22.11.05

Conceptos fisica 3º Medio

Prof : Christian A. Quiroz Ravanal

Conceptos básicos para prueba integrativa 3 Medio

Movimientos

Cinemática : se ocupa de describir los movimientos y determinar cuáles son sus características

Dinámica : estudia las relaciones que existen entre las fuerzas y las alteraciones que éstas provocan en
el movimiento de los cuerpos.

Trayectoria : es la línea formada por las sucesivas posiciones por las que pasa un móvil.

Movimientos rectilíneo : es el movimiento cuya trayectoria es una línea recta.


Movimientos circulares : Son aquellos en que su trayectoria es sobre la línea de una circunferencia

Movimientos elípticos : el movimiento del cuerpo realiza una trayectoria en forma de elipse

Movimientos parabólicos : La trayectoria del móvil es representada por una parábola.


Distancia : La distancia recorrida por un móvil es la longitud de su trayectoria y se trata de una
magnitud escalar

Desplazamiento : Segmento dirigido que une el punto de partida con el de llegada por lo tanto es un
vector.



Rapidez : es una magnitud escalar que relaciona la distancia recorrida con el tiempo.

Velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el cambio de posición (o desplazamiento)
con el tiempo.

Importante : En el Sistema Internacional, la unidad para la rapidez es el m/s (metro por segundo).

Rapidez media :La rapidez media de un cuerpo es la relación entre la distancia que recorre y el tiempo
que tarda en recorrerla. Si la rapidez media de un coche es 80 km/h, esto quiere decir
que el coche recorre una distancia de 80 km en cada hora.

Decir que la rapidez media es la relación entre la distancia y el tiempo, es equivalente a decir que se trata del cociente entre la distancia y el tiempo

Por ejemplo, si un coche recorre 150 km en 3 horas, su rapidez media es:
150 km / 3h = 50 km/h

¿Podrías calcular la distancia que recorrería el coche anterior en media hora?

Solución :

Queremos calcular la distancia que recorrerá en media hora un coche que circula con una rapidez media de 50 km/h.

Como :
rapidez media = distancia / tiempo

si despejamos la distancia, será:

distancia = rapidez media • tiempo = 50 km/h • 0,5 h = 25 km

Velocidad media

La velocidad media relaciona el cambio de la posición con el tiempo empleado en efectuar dicho cambio.




Rapidez instantánea : la rapidez en un instante cualquiera.

Rapidez media : es la distancia total recorrida entre el tiempo total transcurrido

velocidad instantánea : Si al valor de la rapidez instantánea le unimos la dirección, entonces
tendremos una medida de la velocidad instantánea.

La rapidez no tiene en cuenta la dirección. La velocidad sí que tiene en cuenta la dirección. La velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el desplazamiento o cambio de la posición con el tiempo.

Rapidez constante : Si un cuerpo se mueve y su rapidez instantánea es siempre la misma, se está
moviendo con rapidez constante.

Velocidad constante : Si un cuerpo se mueve y su velocidad no cambia durante todo el trayecto
entonces se está moviendo con velocidad constante.

Velocidad Media : Es el cuociente entre el desplazamiento y el tiempo transcurrido.

Aceleración . La aceleración es una magnitud vectorial que relaciona los cambios en la
velocidad con el tiempo que tardan en producirse. Un móvil está acelerando mientras su
velocidad cambia.

Una característica de los cuerpos acelerados es que recorren diferentes distancias en intervalos regulares de tiempo

Aceleración constante : El móvil está afectado siempre por la misma aceleración.


Aceleración media : Es la variación de velocidad dividida por la variación de tiempo y se calcula por
medio de la formula :

Aceleración instantánea : Para conocer la aceleración instantánea se puede utilizar la misma aproximación que hicimos para el caso de la velocidad instantánea: tomar un intervalo muy pequeño y suponer que la aceleración media en él equivale a la aceleración instantánea.

Importante : En el Sistema Internacional, la unidad de aceleración es 1 (m/s)/s, es decir
1 m/s².
Dirección de la aceleración :Como la aceleración es una magnitud vectorial, siempre tendrá asociada una dirección. La dirección del vector aceleración depende de dos cosas:
a) de que la rapidez esté aumentando o disminuyendo
b) de que el cuerpo se mueva en la dirección + o - .

El acuerdo que hemos tomado es:
a) Si un móvil está disminuyendo su rapidez (está frenando), entonces su aceleración va en el sentido contrario al movimiento.
b) Si un móvil aumenta su rapidez, la aceleración tiene el mismo sentido que la velocidad.

Ecuaciones

Todos los cálculos relacionados con las magnitudes que describen los movimientos rectilíneos podemos hacerlos con estas dos ecuaciones:

d = V0 • t + ½ • a • t2

Vf = V0 + a • t


d es el desplazamiento del móvil
t es el intervalo de tiempo que estamos considerando
vo es la velocidad inicial (al principio de nuestro intervalo de tiempo)
vf es la velocidad final (al final de nuestro intervalo de tiempo)

Si el móvil parte del reposo

Esto quiere decir que la velocidad inicial es cero. Al sustituir este valor en las ecuaciones anteriores, queda:

d = ½ • a • t2
Vf = at

Si el movimiento es uniforme
Es el movimiento de velocidad constante, es decir el movimiento con aceleración cero.
Al dar valor 0 a la aceleración, las ecuaciones del principio quedan así:

d = V0 • t
Vf = Vi
Movimiento Circular Uniforme ( M.C.U.)

Movimiento circular :Se define movimiento circular como aquél cuya trayectoria es una
circunferencia.

Movimiento circular uniforme : Un movimiento circular es uniforme cuando el móvil describe
ángulos iguales en tiempos iguales.

Período : Se llama período de un movimiento circular uniforme al tiempo que emplea el móvil en dar
una vuelta entera. En el movimiento circular uniforme el período es constante.

Velocidad lineal : Es el cuociente entre la distancia ( arco ) recorrida y el tiempo empleado en
recorrerla.

Vel lineal









V = d/t



Velocidad angular : Es el cuociente entre el ángulo descrito y el tiempo empleado en describirlo. Se la
representa con la letra omega ( ω )

ω = α / t

Se tiene un hilo de 1 metro de largo y atémosle una piedra en el extremo y otra a 80cm, hagámoslas girar a razón de 3 vueltas por segundo. ¿Cual de las dos piedras tiene mayor velocidad?.

Velocidad lineal

V1 = d1 / t = 3 x 2π x r1 = 18,85 m/s
1s


V2 = d2/ t = 3 x 2π x r2 = 15,08 m/ s
1s

Velocidad angular.

ω= α1 x t = 3 x 360° = 1080° /s
1 s
ω = α2 / t = 3 x 360° = 1080° / s
1 s

En el movimiento circular uniforme, la velocidad es constante. Por eso el movimiento se llama uniforme.




Ejemplo 1
Un punto describe una trayectoria circular tardando 3,52 s en dar cinco vueltas. Calcular:
a) La velocidad angular en r.p.m y en rad/s
b) El periodo y la frecuencia del movimiento
c) El ángulo girado al cabo de 0,65 s de iniciado el movimiento.
Solución:
a)

b)

c)  =  . t = 2,84  s – 1 . 0,65 s = 1,85  rad  5,81 rad
Ejemplo 2
En el laboratorio se estudia el movimiento de un disco, de radio 10 cm, que gira con velocidad constante, midiéndose el tiempo que tarda en dar cinco vueltas. Los valores obtenidos se dan en la tabla adjunta.
Medida t (s) . Cinco vueltas
1 4,258
2 4,305
3 4,221
4 4,214
5 4,296
a) Calcular la velocidad angular del disco.
b) Determinar la velocidad lineal de un punto de su periferia y de otro situado a 3 cm del centro.
c) ¿Cuánto tardará en girar 120 0?




Solución:
a) Calculamos el periodo del movimiento (tiempo que tarda en dar una vuelta), hallando la media de los valores obtenidos y dividiendo por cinco:
tmed = 4,258 s ; T = 0,852 s.
Cálculo de la velocidad angular :

b) Un punto situado en la periferia del disco describirá una circunferencia de radio 10 cm = 0,10 m
v =  . R = 2,35  s-1. 0,10 m = 0,235  s-1  0,74 m .s-1 = 0,74 m/s
Par el punto situado a 3 cm del centro : R = 3 cm = 0,03 m:
v =  . R = 2,35  s-1. 0,03m = 0,0705  s-1  0,22 m .s-1 = 0,22 m/s
Como se deduce del cálculo ambos puntos giran con idéntica velocidad
angular (), ya que recorren el mismo ángulo, pero la velocidad lineal
aumenta a medida que nos desplazamos hacia la periferia.
c) Pasamos los grados a radianes:


Frecuencia : Se llama frecuencia del movimiento circular el número de vueltas que el móvil da en 1
segundo.





Representación grafica de la velocidad angular.

La velocidad angular de un movimiento circular es, como la velocidad rectilínea, una magnitud vectorial. Se la representa gráficamente por medio de un vector, cuyas características son las siguientes.

1.- Dirección : Es perpendicular al plano al que pertenece la circunferencia que describe el móvil ( es
paralelo al eje de rotación )

sentido



dirección



2.-Sentido : Se obtiene mediante una convención . Es el mismo sentido en que avanza un tirabuzón,
colocado perpendicularmente al plano en que efectúa el movimiento, cuando se lo hace
girar en el mismo sentido que tiene el móvil.

3.- Medida : Se representa mediante una escala adecuada.

Aceleración Centrípeta

La velocidad tangencial o lineal de un móvil que se mueve con M.C.U. no es constante, porque es un vector que si bien mantiene su medida, varía su dirección en cada instante, pues es tangente a la circunferencia en el punto que ocupa el móvil. Esa variación del vector velocidad implica la existencia de una aceleración ( cuociente entre la variación de velocidad y el tiempo en que se produce). Para que se haya producido ese cambio de la dirección, ha actuado el vector ∆v, cuya dirección y sentido son los del vector aceleración. Como el sentido es hacia adentro de la circunferencia, la aceleración se llama aceleración centrípeta.

ac = ω2• R

Significado de la formula:

a) La aceleración centrípeta es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad angular
b) La aceleración es directamente proporcional al radio de la circunferencia descrita

Movimiento circular uniformemente variado

Si la velocidad angular no permanece constante, el movimiento circular se llama variado

“Se llama circular uniformemente variado aquél cuya velocidad angular experimenta variaciones iguales en tiempos iguales”

Aceleración angular : Es el cuociente entre la variación de velocidad angular y el tiempo en que se
produce.





Fuerza y presión
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
F = m a
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea,
1 N = 1 Kg • 1 m/s2
La fuerza peso :
La atracción que ejerce un cuerpo celeste es llamada Fuerza de gravedad o peso, y esta varía según la masa del cuerpo celeste. Esta fuerza va en dirección al centro de la tierra.
¿Es lo mismo la masa y el peso?
La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc.

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.

El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae)
P = m • g

Para definir la presión se debe recurrir a la noción (más elemental) de fuerza:
La presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie a la cual está aplicada.
La medida de la presión se puede calcular entonces dividiendo la intensidad de la fuerza por el área de la superficie:
.
Por ser el cociente que resulta de dividir dos magnitudes escalares, la presión es también un escalar. (La fuerza es una magnitud vectorial, pero la "intensidad de la fuerza" es un escalar.) Es importante tomar en cuenta que la fuerza debe estar "aplicada" a la superficie. Consideremos los casos representados en la figura siguiente:



(a) (b)
Figura 1
En el primero (figura 1a), la fuerza está aplicada a la superficie. En el segundo (figura 1b), sólo una parte de ella lo está y debe ser considerada a la hora de calcular la presión (figura 2).


Figura 2
Por lo tanto, las dos fuerzas de la figura 1 ejercen sobre la superficie la misma presión. En otras palabras, sólo se debe considerar la componente perpendicular (normal) a la superficie, ya que la otra (tangencial) no se aplica sobre ella.
Para comprender a qué se llama "distribución en una superficie", ver la figura 3.



(a) (b)
Figura 3
Una fuerza de 6 unidades de intensidad aplicada a una superficie de 6 unidades de área produce la misma presión que una fuerza de 1 unidad de intensidad aplicada a una superficie de 1 unidad de área






Si se apilaran muchos bloques —uno encima del otro— se podría vencer la resistencia mecánica del suelo. Por eso, lo más conveniente es ubicar el bloque de dimensiones mayores debajo, de manera que el mismo peso se distribuya en un área más grande. (En el caso de la figura 4b, la presión sobre la superficie de apoyo se reduciría notablemente invirtiendo el orden en que han sido apilados los bloques.) Ésta es la razón por la cual los edificios se apoyan sobre superficies de dimensiones grandes en comparación con las de las secciones de las columnas, llamadas "zapatas" (figura 4a). (A estas zapatas no las vemos porque están por debajo del nivel del suelo.) La situación contraria se presenta cuando una mujer se calza zapatos de "taco alto" (figura4b), pues su peso entonces se concentra en una superficie muy pequeña (aumenta la presión sobre el piso). En los primeros aviones, cuyos pisos se construían con aleaciones blandas, estaba prohibido subir con zapatos de ese tipo.



(a) (b)
Figura 4

Peso específico

Se llama peso específico de un cuerpo el cuociente entre su peso y su volumen


Diferencia entre fuerza y presión
1.- Fuerzas iguales pueden producir presiones diferentes.
20 Kg 20 Kg



S = 10cm2 S = 5 cm2
P = F/S = 2 Kg/cm2 P = F/S = 20/5 = 4 Kg/cm2





Ejercicios

1.- Una escalera mecánica de 28m de largo traslada a los pasajeros a razón de 0,5m/s.¿En
qué tiempo un pasajero pasa de un piso a otro?

2.- Dos atletas salen juntos en la misma dirección con velocidades V1 = 4m/s y V2 = 6m/s.
Después de un minuto,¿Qué distancia los separa ?.

3.- Dos móviles salen de un mismo punto en direcciones opuestas con velocidades V1 =
7m/s y V2 = 13m/s.¿Qué distancia los separa al cabo de 2mín?.

4.- Una lancha y una canoa se encuentran en las orillas opuestas de un lago de 1200m de
ancho. Ambos parten en dirección a la orilla de enfrente con velocidades constantes de
V1 = 54km/h y Vc = 36 Km/h.¿Cuál es el intervalo de tiempo que separa sus llegadas?.

5. Una persona sale todo los días de su casa a la misma hora y llega a su trabajo a las
9am.Un día se traslada al doble de la velocidad acostumbrada y llega a su trabajo a las
8am.¿A qué hora sale siempre de su casa?


6.- Dos corredores están separados 20km en línea recta. Parten al encuentro el uno al otro
en el mismo instante con velocidades de 5m/s y 6m/s respectivamente.¿Qué distancia
los separa después de ½ hora?.

7.- 8.- Una bomba lanzada desde un avión tarda 10 s en dar en el blanco. ¿A qué altura volaba el avión?
R : 490 m


9.- Desde lo alto de una torre de 150 metros de altura se deja caer una piedra de 10 Kg. ¿Cuánto tardará
en llegar al suelo?¿Cuánto tardaría si pesara 20Kg?.
R : 5,5 s


10.- ¿Que velocidad alcanza un cuerpo al cabo de 3 segundos de caída en el vacío?
R : 29,4 m/s

Alternativas

1.- La cinemática se ocupa de :

a) Describir los movimientos
b) Mantener los objetos en estado de reposos
c) Distribuir los objetos
d) Calcular su temperatura cuando están en movimiento

2.- Trayectoria es:

a) La línea formada por las sucesivas posiciones por las que pasa un móvil
b) La línea recta por donde pasa el móvil
c) El círculo formado por el móvil
d) El tiempo en que demora el móvil en recorrer una cierta distancia

3.- Un movimiento rectilíneo es aquel en que el móvil recorre una línea :

a) Curva
b) Recta
c) Elíptica
d) Redonda



4.- En un movimiento rectilíneo uniforme la variación de velocidad en un intervalo de
tiempo se llama :

a) Velocidad
b) Tiempo
c) Aceleración
d) Fuerza
e) N.A.

5.- En el movimiento rectilíneo variado su característica es que su :

a) Velocidad es constante
b) Su aceleración es constante
c) La distancia es constante
d) El tiempo no varía
e) N.A.

6.- Cuando un móvil va frenando el movimiento es :

a) Acelerado
b) Retardado
c) Diferente
d) Velocidad constante
e) N.A.

7.- En el movimiento circular uniforme la velocidad angular es :

a) Variada
b) Constante
c) Aumenta con el tiempo
d) Disminuye con el tiempo
e) N.A.


Cuestionario


1.- ¿Que es período en un Movimiento Circular?.

2.- ¿Que es Frecuencia Angular?

3.-Que es tiempo en un movimiento circular

4.-¿A que llamamos velocidad angular?

5.- A que llamamos velocidad lineal?

6.- A que llamamos movimiento circular uniforme?

7.- En un movimiento circular uniforme cómo se representa gráficamente la dirección y el
sentido?( Haga un dibujo)

8.-¿A que se le llama fuerza neta?

9.- ¿Que establece la segunda ley de Newton sobre la fuerza neta?

10.-¿Cómo se modifica la dirección de un móvil si queremos que sea curvilíneo?

11.- ¿Que fuerza se necesita para que haya un movimiento circunferencial?

12.- Cual es el valor de la velocidad angular si no hay movimiento?

13.- Cual es la representación gráfica de la dirección en un movimiento circular?

14.- Que es la fuerza centrípeta?

15.- Que ocurre con el período en un movimiento circular, Cambia?, no cambia?

16.- Si la aceleración es constante, la velocidad es constante?

17.- Si el radio de giro es cada vez menor, como afecta a la velocidad lineal?

18.- En que unidades de medida se expresa la velocidad angular?

19.- En que sector de la circunferencia está presente la velocidad lineal?

20.- Unidad en que se mide el desplazamiento angular.

21.-Magnitud física que incluye dirección y sentido

22.- Magnitud física que sólo incluye un valor numérico y la unidad de medida.

23.- Tiempo que dura una vuelta completan un movimiento circunferencial

24.- Cuociente entre el desplazamiento y el tiempo

25.- A que se denomina presión

26.- Que es el peso específico de un cuerpo

27.- Cual es la diferencia entre fuerza y presión

28.- Cual es la diferencia entre peso y masa

29.- Como se puede determinar el peso específico de un sólido regular

30.- Explique un efecto de la presión, dé un ejemplo

31.- ¿A que denominamos rapidez Instantánea?

32.- ¿Cuando decimos que un móvil tiene rapidez constante?

33.- ¿A que denominamos rapidez media?

34.- Haga un esquema de un movimiento circular, elíptico y parabólico

35.- ¿Cuál es la diferencia entre trayectoria y desplazamiento?

36.- ¿A que llamamos movimiento?

37.- Defina rapidez media

38.- Defina velocidad media

39.- ¿A que se denomina velocidad instantánea?

40.- Si el calculo matemático de la aceleración es negativa, ¿que ocurre con el movimiento.?

41.- ¿Es posible que la rapidez instantánea sea mayor que la rapidez media?