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Bitácora de mecánica clásica del
Typology: Essays (university)
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La ciencia es el conjunto sistemático de conocimientos, métodos y conceptos con que el hombre describe y explica los fenómenos. Es el conocimiento obtenido mediante la observación de patrones regulares, de razonamientos y de experimentación en ámbitos específicos, a partir de los cuales se generan preguntas, se construyen hipótesis, se deducen principios y se elaboran leyes generales y sistemas organizados por medio de un método científico. La ciencia considera distintos hechos, que deben ser objetivos y observables. Estos hechos observados se organizan por medio de diferentes métodos y técnicas, (modelos y teorías) con el fin de generar nuevos conocimientos. Para ello hay que establecer previamente unos criterios de verdad y asegurar la corrección permanente de las observaciones y resultados, estableciendo un método de investigación.
La física se ocupa de la naturaleza y busca descifrar sus leyes. Más exactamente: la física tiene la tarea de entender las propiedades y la estructura y organización de la materia y la interacción entre las partículas fundamentales. Esta ciencia no desarrolla únicamente teorías: también es una disciplina de experimentación. Sus hallazgos, por lo tanto, pueden ser comprobados a través de experimentos. Además sus teorías permiten establecer previsiones sobre pruebas que se desarrollen en el futuro.
La mecánica clásica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos y su evolución en el tiempo bajo la acción de fuerzas. En particular la mecánica clásica estudia las leyes del comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposos y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz; la mecánica clásica se subdivide en cinemática, dinámica y estática. Existen varias formulaciones diferentes, en mecánica clásica, para describir un mismo fenómeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan, llegan a la misma conclusión.
La mecánica de un cuerpo rígido es aquella que estudia el movimiento y equilibrio de sólidos materiales ignorando sus deformaciones. Se trata, por tanto, de un modelo matemático útil para estudiar una parte de la mecánica de sólidos, ya que todos los sólidos reales son deformables. La mecánica de los cuerpos rígidos se divide en dos: Estática. La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, cuando su velocidad es igual a cero o bien cuando tiene velocidad constante. Dinámica. La dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. La dinámica se integra de: Cinemática: parte de la mecánica que la geometría del movimiento y se usa para relacionar el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y el tiempo, sin hacer referencia a la causa del movimiento. Cinética: estudia la relación existente entre las fuerzas actuando sobre los cuerpos, su masa y su movimiento causado por las fuerzas conocidas o para determinar las fuerzas necesarias para producir un movimiento (hace referencia a la causa del movimiento. 3.2 MECÁNICA DE LOS CUERPOS DEFORMABLES. Los cuerpos rígidos no existen; el concepto de cuerpo rígido es puramente ideal ya que todos los cuerpos se deforman cuando están sometidos a fuerzas. Muchas veces estas deformaciones son imperceptibles y para poderlas determinar se requiere de aparatos de medición más o menos sofisticados. Que un material se deforme más o menos, depende de varios factores entre los cuales se pueden citar las cargas a que está sometido, la forma y dimensiones y sus propiedades mecánicas; resistencia, ductilidad, etc. La mecánica de sólidos deformables estudia el comportamiento de los cuerpos sólidos deformables ante diferentes tipos de situaciones como la aplicación
ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.
“Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, hasta que una fuerza actúe sobre él”. Esto quiere decir que todo cuerpo en equilibrio estático (con velocidad 0) o en equilibrio dinámico (con velocidad constante y el línea recta) permanecerá en esta condición a menos que una fuerza neta actúe sobre dicho objeto. Esta ley explica que un cuerpo en equilibrio (ya sea de forma estática o dinámica) permanecerá en este estado siempre y cuando no existan fuerzas externas que actúen sobre él. *Fuerza neta: es una suma total de todas las fuerzas, puede ser = 0 o ≠ 0. *Fuerza normal: fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado en ella. Es perpendicular a la superficie. *Equilibrio: Estado de inmovilidad de un cuerpo sometido de 2 o más fuerzas de una misma intensidad que actúan en sentido opuesto. Condición para Estático: V=0, ∑Fx=0, ∑Fy=0, ∑Fz= que exista equilibrio Dinámico: V=K, ∑Fx=0, ∑Fy=0, ∑Fz= *Inercia: En física, la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras la fuerza sea igual a cero, o la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él. 4.2 SEGUNDA LEY DE NEWTON: EL PRINCIPIO DE MASA. “La fuerza neta aplica sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.” La fuerza y la aceleración están sin duda relacionadas. Esta relación, hallada por Newton es:
∑ ⃗ FAplicadas ¿^ m×^ ⃗ a La ecuación anterior, contiene la siguiente información La fuerza resultante y la aceleración tienen la misma dirección y sentido. Si la suma de las fuerzas aplicadas es cero, entonces la aceleración es cero. Lo que significa que el cuerpo está en reposo, no se mueve, o se mueve con velocidad constante. Si la fuerza resultante aplicada aumenta, la aceleración aumenta proporcionalmente. Si se aplica la misma fuerza a dos cuerpos, uno de gran masa, y otro de masa menor, el primero adquiere pequeña aceleración y el segundo una aceleración mayor. La aceleración es inversamente proporcional a la masa. Cuando sobre un cuerpo existe una única fuerza, la expresión de la segunda ley se reduce a: ∑ ⃗ F = m× ⃗ a 4.3 TERCERA LEY DE NEWTON : EL PRINCIPIO DE INTERACCION O PRINCIPIO DE ACCION Y REACCION. “Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), este último ejerce una fuerza de sentido contrario pero de igual magnitud sobre el primero (reacción)”. Esta ley se cumple cuando dos cuerpos interactúan entre sí. Existen algunas limitaciones para velocidades muy altas o para grandes distancias, pero para fenómenos ordinarios o cotidianos como los que nos importan a nosotros, la podemos utilizar perfectamente. Suma resultante todas las fuerzas sobre el cuerpo
2.- Dos pequeñas esferas cilíndricas están cargadas eléctricamente con los siguientes valores: Q 1 = -20 MC y Q 2 = +50 MC y se encuentran separadas por una distancia de 2.5cm. Determina la fuerza que existe en esas partículas. Q1= -20MC= 20x10-6^ f^ =^
d 2 Q2= +50 MC= 50x10-6 f =
9 )( 20 × 10 − 6 )( 50 × 10 − 6 ) (0.025) 2 f^ =^14400 N 2.2 EJERCICIOS SEGUNDA LEY DE NEWTON. 1.- ¿Qué aceleración adquirirá un cuerpo de 0.5Kg cuando sobre él actúa una fuerza de 200000 dinas? Datos m= 0.5Kg 1N= 100000 dinas a=? 2N= 200000 dinas F= 200000 dinas F = ma→ a =
m
2 Kgm / s 2 0.5 Kg
2.- una fuerza le proporciona a la masa de 2.5Kg una aceleración de 1.2m/s^2. Calcula la magnitud de dicha fuerza en Newton y dinas. Datos m= 2.5Kg 1N= 100000 dinas a= 1.2m/s^2 3N= 300000 dinas F=? F = ma = (2.5Kg)(1.2m/s^2 ) = 3N o 300000 dinas
M= 0.5 Kg F=?
Depende de muchos factores, como el momento de inercia, los vectores que actúan sobre ese cuerpo con diferentes magnitudes, dirección, punto de aplicación, línea de acción y ángulo de inclinación de las fuerzas sobre el cuerpo pero a simple vista, podríamos decir que jalar y empujar es lo mismo aunque no siempre es así. Si la fuerza tiene un ángulo de 0º, jalar y empujar es lo mismo gracias al principio de transmisibilidad porque la fuerza “atraviesa” el cuerpo y no hay ninguna interferencia más que la fricción. Pero si la fuerza tiene un ángulo diferente a 0º, el jalar y empujar ya no es lo mismo. Cuando es así podemos afirmar que el jalar es más fácil ya que se genera un empujón hacia arriba pero si se empuja la fuerza se genera hacia el suelo, como si se quisiese enterrar el objeto generando una interferencia más.
La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala atómica, molecular y supramolecular. La más temprana y difundida descripción de la nanotecnología se refiere a la meta tecnológica particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a macroescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. 7.1 EJEMPLOS DE NANOTECNOLOGÍA. F1 F1=F2 F
Introducción de nano partículas: como antioxidantes o carotenoides en el agua y en los zumos. Nano cápsulas: utilizadas para el transporte de vitaminas, minerales y aceites esenciales, y el encapsulamiento de las mismas para protegerlas y preservar el sabor de los alimentos. Seguridad y detección: Un nano cantiléver recubierto de proteínas, que por naturaleza vibra a una determinada frecuencia, es una nueva clase de sensor de silicona extremadamente pequeño para la rápida detección de virus y bacterias. Cuando una bacteria llega al dispositivo, éste comienza a vibrar con una frecuencia distinta, lo que facilita su localización.
El Sistema Métrico Decimal es un sistema de unidades basado en el metro, medida de longitud, y en el cual las unidades de mayor o menor tamaño de cada unidad de medida están relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos de 10, respectivamente. 8.1.- MAGNITUDES BÁSICAS Y DERIVADAS. El sistema métrico original tenía dos magnitudes básicas y de ellas nacían otras magnitudes derivadas: Como unidad de medida de longitud se adoptó el metro (del griego: medida), definido como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, cuyo patrón se reprodujo en una barra de platino. Como medida de peso se adoptó el kilogramo; definido a partir del peso de un decímetro cúbico (dm^3 ) de agua pura a su densidad máxima(unos 4 °C) y materializado en un kilogramo patrón, de forma cilíndrica y también de platino. De estas magnitudes básicas se derivaron otras, dependientes de las básicas: Unidad de volumen de líquidos: el litro, equivalente a un decímetro cúbico ( dm^3 ). Unidad de volumen de sólidos: el estéreo, igual a un cubo de un metro de lado (1 m^3 ). Unidad de superficie: el área, equivalente a un cuadrado de diez metros de lado (1 dam^2 ).
El Sistema Métrico Decimal lo utilizamos en la medida de las siguientes magnitudes:
- 1 Ciencia………………………………………………………………………. - 1.1 Clasificación de la ciencia…………………………………………………. - 2 Física………………………………………………………………………… - 3 Mecánica clásica…………………………………………………………… - 3.1 Mecánica de los cuerpos rígidos…………………………………………. - 3.2 Mecánica de los cuerpos deformables………………………………….. - 3.3 Mecánica de los fluidos...………………………………………………….. - 4 Leyes de Newton…………………………………………………………… - 4.1 Primera ley de Newton: Principio de inercia…………………………….. - 4.2 Segunda ley de Newton: Principio de masa…………………………….. - 4.3 Tercera ley de Newton: Principio de acción y reacción………………... - 4.4 Cuarta ley de Newton: Principio de gravitación universal…………….. - 5 Ejercicios leyes de Newton……………………………………………….. - 5.1 Ejercicios primera ley de Newton………………………………………… - 5.2 Ejercicios segunda ley de Newton……………………………………….. - 6 ¿Qué es más fácil, jalar o empujar?..................................................... - 7 Nanotecnología…………………………………………………………….. - 7.1 Ejemplos de nanotecnología……………………………………………… - 8 Sistema métrico…………………………………………………………….. - 8.1 Magnitudes básicas y derivadas…...............……………………………. - 8.2 Múltiplos y submúltiplos de unidades de medida………………………. Gigametrocúbicos 432 x 10-27^ Gm^3 1 Gm^3 = 1 x 10^27 m^3 Terametrocúbicos 432 x 10-36^ Tm^3 1 Tm^3 = 1 x 10^36 m^3 Petametrocúbicos 432 x 10-45^ Pm^3 1 Pm^3 = 1 x 10^45 m^3 Exacmetrocúbicos 432 x 10-54^ Em^3 1 Em^3 =1 x 10^54 m^3 Zettametro cuadrado (^) 432 x 10-63^ Zm^3 1 Zm^3 = 1 x 10^63 m^3 Yottametro cuadrado 432 x 10-72^ Ym^3 1 Ym^3 = 1 x 10^72 m^3 8.3UNIDADES DE MAGNITUD DE LONGITUD. La unidad principal para medir longitudes es el metro. Está dividido en decímetros (dm), centímetros (cm), milímetros (mm). Son sus submúltiplos. El kilómetro (km), hectómetro (hm) y el decámetro (dam), son unidades más grandes por lo tanto son sus múltiplos: 8.4UNIDADES DE MEDIDA DE MASA. La unidad fundamental de masa es el kilogramo, pero el sistema de múltiplos y submúltiplos se estableció a partir del gramo: 8.5UNIDADES DE MEDIDA DE CAPACIDAD. La unidad principal para medir capacidades es el litro. Kilómetro km 1000 m Hectómetro hm 100 m Decámetro Dam 10 m Metro M 1 m Decímetro Dm 0.1 m Centímetro Cm 0.01 m Milímetro Mm 0.001 m Kilogramo kg 1000 g Hectogramo hg 100 g Decagramo dag 10 g Gramo G 1 g Decigramo dg 0.1 g Centigramo cg 0.01 g Miligramo mg 0.001 g