Cuaderno Digital Física
Cuaderno Digital Física
Leonardo Peralta
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1. Estática
Es la parte de la física que estudia las fuerzas en equilibrio.
Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas o actúan varias fuerzas cuya resultante es cero, decimos que el cuerpo está en equilibrio.
Si un cuerpo está en equilibrio significa que está en reposo o se mueve en línea recta con velocidad constante.
Para un cuerpo en equilibrio la fuerza neta es cero.
Cualquier fuerza se puede describir por completo mediante sus componentes. Si consideramos una fuerza F en un sistema de coordenadas rectangulares, como se ve en la figura, notamos que F se puede expresar como la suma de dos vectores que son las componentes Fx paralelo al eje x y Fy paralelo al eje y. Donde Fx y Fy son los vectores componentes de F. Estas componentes pueden ser números positivos o negativos. Estas componentes forman dos lados de un triángulo rectángulo, cuya hipotenusa tiene la magnitud de F. Así la magnitud y dirección de F están relacionadas con sus componentes por el teorema de Pitágoras, y la definición de tangente.
2. Cuerpo en reposo
El reposo es el estado de la materia en donde el cuerpo no se mueve. Se divide en dos: reposo relativo. reposo permanente.
La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo solo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:
"Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta, no muy lejos de las fuerzas impresas a cambiar su posición"
Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuya resultante no sea nula. Newton toma en consideración, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como tal a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo que se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
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1. II Ley de Newton: Ley de acción-reacción F=m*a
La ley fundamental de la dinámica, segunda ley de Newton o ley fundamental postula que la fuerza neta que es aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere en su trayectoria.
La fórmula de la segunda ley de Newton es:
F= m.a
En donde
F = fuerza neta
m = masa, expresada en Kg.
a = aceleración, expresada en m/s2 (metro por segundo al cuadrado).
2. Leyes de Kepler
Las leyes de Kepler o leyes del movimiento planetario son leyes científicas que describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Reciben el nombre de su creador, el astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630).
El aporte fundamental de las leyes de Kepler fue dar a conocer que las órbitas de los planetas son elípticas y no circulares como se creía antiguamente.
En el siglo XVI, Nicolás Copérnico demostró que los planetas giraban alrededor del Sol, lo que se llamó teoría heliocéntrica.
Ley de las órbitas:
(Ra+Rp)/2
Ley de las Áreas:
A1/t1 = A2/t2
Ley de los periodos:
T1^2/Rm1^3 = T2^2/Rm2^3
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Las tres escalas de temperatura más comunes son: Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Una escala de temperatura puede ser creada identificando dos temperaturas fácilmente reproducibles.
Cuando sobre un cuerpo se ejerce una fuerza constante F y el cuerpo realiza el desplazamiento s, en la dirección que actúa la fuerza, con ello se efectúa trabajo, igual al producto de los módulos de la fuerza y el desplazamiento.
Se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo.
Fórmulas:
W= F . d
Si tiene inclinación:
W= F . d . cos θ
Datos:
F = fuerza (se expresa en Newtons).
d = desplazamiento o distancia (se expresa en metros).
W = trabajo (se expresa en joules).
Decimos que una fuerza es conservativa cuando el trabajo que realiza sobre un cuerpo depende sólo de los puntos inicial y final y no del camino seguido para llegar de uno a otro.
Cuando hay fuerzas no conservativas la energía mecánica del sistema se raparte entre calor y energía mecánica final. La transferencia de energía de un punto A a un punto B no es absoluta, una parte importante de esa energía mecánica inicial se pierde en forma de calor. Ese calor es el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas.
https://youtu.be/qLjEI_1GGNo
Formula:
Em=Ec+Epg
Datos:
Em=Energía Mecánica
Ec= Energía Cinética
Epg= Energía potencial Gravitatoria
Formula:
Epg= mgh
Datos:
m= masa
G= Gravedad
h= Altura
P = W / t
Donde:
P: Potencia desarrollada por la fuerza que realiza el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Vatio (W)
W: Trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J)
t: Tiempo durante el cual se desarrolla el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s).
7.Potencia y eficencia
Potencia es: el trabajo, o transferencia de energía, realizado por unidad de tiempo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo.
Fórmula:
n= Pu/Pe x 100%
Pe= Pu + Pp
Datos:
n= Eficiencia
Pu= Potencia útil
Pe= Potencia entregada
Pp= Potencia Perdida
La cantidad de movimiento, momento lineal, ímpetu o momentum es una magnitud física derivada de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier teoría mecánica. En mecánica clásica, la cantidad de movimiento se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado. Históricamente, el concepto se remonta a Galileo Galilei.
Fórmula:
P=m . V
El impulso mecánico, de una fuerza , es una magnitud vectorial que relaciona dicha fuerza con el tiempo que dura su actuación.
I = F ⋅ Δt
Donde:
I : Es el impulso mecánico de la fuerza. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton por segundo ( N·s )
F : Es la fuerza que estamos considerando, supuesta constante. Su unidad de medida en el S.I. es el newton ( N )
Δt: Es el intervalo de tiempo durante el cual actúa la fuerza. Su unidad de medida en el S.I. es el segundo ( s )
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la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo (F):
σ=F/A
Y= F . ΔL/Δ . Lo
ΔL= Lf- Lo
F= -kx
La ley de Hooke establece que el alargamiento de un muelle es directamente proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, siempre y cuando no se deforme permanentemente dicho muelle.
F=k⋅(x−x0)
donde:
F es el módulo de la fuerza que se aplica sobre el muelle.
k es la constante elástica del muelle, que relaciona fuerza y alargamiento. Cuanto mayor es su valor más trabajo costará estirar el muelle. Depende del muelle, de tal forma que cada uno tendrá la suya propia.
x0 es la longitud del muelle sin aplicar la fuerza.
x es la longitud del muelle con la fuerza aplicada.
La fuerza centrípeta es la responsable de dotar al cuerpo con aceleración normal. Su valor viene dado por:
Fn = m ⋅ an = m ⋅ v2/p ⋅ un
Donde:
Fn : Es la fuerza centrípeta. Se suele usar el subíndice n por que su dirección es normal a la trayectoria y de esta manera se la diferencia de la fuerza centrífuga. Su sentido, al igual que el de la aceleración centrípeta, apunta hacia el centro de curvatura. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton (N)
m: Masa del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el kilogramo (kg)
an : Aceleración normal o centrípeta. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro por segundo al cuadrado (m/s2) y su valor viene dado por an=v2/ρ siendo v la velocidad del cuerpo en ese punto ρ y el radio de curvatura
El movimiento armónico simple (M.A.S.), también denominado movimiento vibratorio armónico simple (m.v.a.s.), es un movimiento periódico de vaivén en el que un cuerpo oscila de un lado a otro de su posición de equilibrio y en intervalos de tiempo iguales. Algunos ejemplos de este movimiento son el movimiento de un péndulo simple o el movimiento de una partícula oscilante sujeta a un resorte que se ha comprimido.
Datos:
x= posición
A= amplitud
w= Fuerza cíclica
θ= Fase inicial
T= 2π/ w
f= 1/π
Fórmulas:
X= ASen(wt+θ)
V= AwCos(wt+θ)
V=W√A^2-x^2
a= -w^2x
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