ESTUDIO DE LA DINAMICA
CASA DEL TESORO 2º I
"Pensar crítica y reflexivamente en relación con los fenómenos físicos desde el campo de la mecánica clásica"
El enfocarnos en los temas a desarrollar era para cunplir el proposito de:Abarcar los conceptos y principios fundamentales de la dinámica. Revisando el concepto de Dinámica y abordando los conceptos de inercia, fuerza, peso y masa; podrás estudiar las "Leyes de Newton" y las relaciones entre los tipos de energía mecánica y la potencia. Así podrás desarrollar habilidades como:
- Utilizar los conceptos de inercia, masa, fuerza y peso en la descripción de fenómenos de movimiento.
-Aplicar los conceptos de enrgía potencial y ecánica en la resolución de problemas relativos a fenómenos de movimiento.
-Reconocer los fenómenos de estudio de la dinámica, mediante las variables o magnitudes físicas que los describen.
-Utilizar los principios que subyacen en las leyes de Newton como herramienta para la solución de problemas relativos a fenómenos de movimiento.
1.- ¿Como explicas que es una fuerza?
Para la física, la fuerza es cualquier acción o influencia que puede modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo. Esto quiere decir que una fuerza puede dar aceleración a un cuerpo, modificando la velocidad, la dirección o el sentido de su movimiento.
El primer físico en describir el concepto de fuerza fue Arquímedes, aunque sólo lo hizo en términos estáticos. Galileo Galilei le otorgó la definición dinámica, mientras que Isaac Newton fue quien pudo formular en forma matemática la definición moderna de fuerza.
2.- Define ¿que es una fuerza de fricción estática y una fuerza de fricción dinámica?
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica), o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
2.- ¿Como se determinan las fuerzas fundamentales en la naturaleza? (son cuatro)
Las fuerzas fundamentales son 4:
Gravitación: la que tiene lugar entre cuerpos dotados de masa. (es la más general de las fuerzas, pues su influencia afecta incluso a la luz). El comportamiento del universo viene descrito por esta fuerza. Es la más débil de las 4, depende del producto de las masas que se atraen y de la inversa del cuadrado de la distancia. Su alcance, en teoría, es infinito; es decir que vos, con tu masa estás interactuando en todo momento con el universo. La expresión matemática para esta fuerza es:
Fg = G.m(1).m(2)/r² (G es la constante de gravitación universal) por cuestiones de sistemas de referencia, a esta expresión generalmente se la pone con signo negativo.
Fuerza electromagnética: la que se establece entre partículas cargadas. Una partícula con carga (por ejemplo un electrón), genera un campo eléctrico en el espacio, y toda carga que se ubique en ese campo siente una fuerza de tipo eléctrico. La dirección de esta fuerza coincide con la recta que une a las cargas y su sentido depende del signo (si son de igual signo se repelen, y se atraen si tienen distinto signo). Cuando las cargas están en movimiento generan, además del campo eléctrico un campo magnético. Estos campos están unificados mediante unas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell, y se conoce como campo electromagnético. El alcance también es infinito y la forma de la ecuación para la fuerza electrostática es similar a la de la gravedad.
F(e) = k.q(1).q(2)/r² (aquí k es la constante eléctrica).
Fuerza nuclear fuerte. Es la responsable de la estabilidad de los núcleos. En los núcleos atómicos hay partículas con carga positiva (protones) y sin carga (neutrones). Si no existiera esta fuerza, los protones por tener igual carga se repelen y harían estallar el núcleo. Esta fuerza es más potente que la repulsión eléctrica (es la más potente de las cuatro fuerzas) y actúa en la interacción protón - protón; protón con neutrón; y neutrón con neutrón. Su alcance es muy corto, del orden del radio atómico; es decir que para distancias mayores a 10^-15m (aproximadamente) esta fuerza ya no actúa.
Fuerza nuclear débil. Se la llama así por razones históricas, pero en realidad no es una fuerza que "una" o "separe" algo, es la interacción responsable de la desintegración beta de los núcleos. Cuando un neutrón está en un núcleo atómico, es relativamente estable; pero si se lo saca del núcleo se desintegra al cabo de unos 15 minutos generando protón, electrón, antineutrino electrónico y radiación de alta frecuencia. (en otro esquema de desintegración permitido por las leyes de conservación puede generar antiprotón, positrón y neutrino electrónico).
Gravitación: la que tiene lugar entre cuerpos dotados de masa. (es la más general de las fuerzas, pues su influencia afecta incluso a la luz). El comportamiento del universo viene descrito por esta fuerza. Es la más débil de las 4, depende del producto de las masas que se atraen y de la inversa del cuadrado de la distancia. Su alcance, en teoría, es infinito; es decir que vos, con tu masa estás interactuando en todo momento con el universo. La expresión matemática para esta fuerza es:
Fg = G.m(1).m(2)/r² (G es la constante de gravitación universal) por cuestiones de sistemas de referencia, a esta expresión generalmente se la pone con signo negativo.
Fuerza electromagnética: la que se establece entre partículas cargadas. Una partícula con carga (por ejemplo un electrón), genera un campo eléctrico en el espacio, y toda carga que se ubique en ese campo siente una fuerza de tipo eléctrico. La dirección de esta fuerza coincide con la recta que une a las cargas y su sentido depende del signo (si son de igual signo se repelen, y se atraen si tienen distinto signo). Cuando las cargas están en movimiento generan, además del campo eléctrico un campo magnético. Estos campos están unificados mediante unas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell, y se conoce como campo electromagnético. El alcance también es infinito y la forma de la ecuación para la fuerza electrostática es similar a la de la gravedad.
F(e) = k.q(1).q(2)/r² (aquí k es la constante eléctrica).
Fuerza nuclear fuerte. Es la responsable de la estabilidad de los núcleos. En los núcleos atómicos hay partículas con carga positiva (protones) y sin carga (neutrones). Si no existiera esta fuerza, los protones por tener igual carga se repelen y harían estallar el núcleo. Esta fuerza es más potente que la repulsión eléctrica (es la más potente de las cuatro fuerzas) y actúa en la interacción protón - protón; protón con neutrón; y neutrón con neutrón. Su alcance es muy corto, del orden del radio atómico; es decir que para distancias mayores a 10^-15m (aproximadamente) esta fuerza ya no actúa.
Fuerza nuclear débil. Se la llama así por razones históricas, pero en realidad no es una fuerza que "una" o "separe" algo, es la interacción responsable de la desintegración beta de los núcleos. Cuando un neutrón está en un núcleo atómico, es relativamente estable; pero si se lo saca del núcleo se desintegra al cabo de unos 15 minutos generando protón, electrón, antineutrino electrónico y radiación de alta frecuencia. (en otro esquema de desintegración permitido por las leyes de conservación puede generar antiprotón, positrón y neutrino electrónico).
3.- ¿De que manera explicas la aplicación de cada una de las Leyes de Newton?
Primera ley de Newton (ley de inercia): Todos los cuerpos se mantienen firmes y constantes en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas.
Segunda ley de Newton: el cambio de movimiento proporcional a la fuerza, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza.
Tercera ley de Newton (ley de la acción y reacción): Esta ley afirma que cuando uno objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto ejerce también una fuerza sobre el primero.
Durante siglos el problema del movimiento y sus causas fue un tema central de la filosofía natural, un primer apelativo de lo que ahora llamamos física.
Ejemplos:
Ley de inercia, de masa y acción y reacción.
Ejemplo:
Si en una bicicleta dejaras de pedalear, seguirías indefinidamente si no actuara sobre ella el rosamiento y la gravedad.
Además se detendría más rápido si va en arena, que si va en asfalto.
Ley de masa: La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional al producto de su masa y su aceleración
F= m . a
donde F es la Fuerza, m la masa y a la aceleración que adquiere el cuerpo.
Cuando la aceleración es la de la gravedad la fórmula es:
P= m . g
donde P es peso, m masa y g la aceleración de la gravedad.
Ley de acción y reacción: A cada fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, corresponde una de igual intensidad pero de sentido contrario a la primera.
Los rociadores para el césped, al salir el agua, esta ejerce una fuerza sobre el aire, como reacción el rociador gira.
4.- ¿Como explicarías la Ley de la Gravitación Universal que rige el movimiento de los planetas?
La ley de la Gravitación Universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Ésta fue presentada por Isaac Newton en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687, donde establece por primera vez una relación cuantitativa (deducida empíricamente de la observación) de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.
Relación con las Leyes de Kepler
Las Leyes de Kepler (enunciadas por Johannes Kepler) eran una serie de tres leyes empíricas que describían el movimiento de los planetas a través de las observaciones existentes. Aunque éstas describían dichos movimientos, los motivos de por qué éstos eran así o qué los causaban permanecían desconocidas tanto para Kepler como para sus coetáneos. Sin embargo, éstas supusieron un punto de partida para Newton, quien pudo dar una formulación matemática a dichas leyes, lo cual junto con sus propios logros condujeron a la formulación de la ley de la Gravitación Universal. En especial, a través de dicha ley Newton pudo dar la forma completa a la Tercera ley de Kepler, que describe que los cuadrados de los periodos de las órbitas de los planetas son proporcionales a los cubos de sus distancias al Sol. Es decir, que los planetas más alejados del Sol tardan más tiempo en dar una vuelta alrededor de éste (su año es más largo).
5.- Determina los conceptos de trabajo, potencia y energía mecánicos.
Definición. El trabajo físicamente considerado, es una magnitud directamente proporcional a la fuerza, y al espacio recorrido por el punto de aplicación de dicha fuerza en su misma dirección
Definición .potencia es una magnitud directamente proporcional al trabajo, e inversamente proporcional al tiempo correspondiente
Definición. La palabra energía representa a todo lo que es trabajo, o que puede convertirse en trabajo. Un cuerpo, o un sistema de cuerpos posee energía cuando es capaz de desarrollar algún trabajo
5.- ¿Explica cuando tiene energía potencial y cuando energía cinética un cuerpo?
La relación que permite obtener la energía cinética traslacional es K=1/2mv2, donde m es la masa del cuerpo en movimiento y v es la velocidad a la que el cuerpo en movimiento se traslada.
P.-¿Qué es energía potencial?
R.-La energía potencial de un cuerpo se define como la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del mismo. Este concepto indica que cuando un cuerpo se mueve con relación a cierto nivel de referencia puede acumular energía. Un caso típico es la energía potencial gravitacional la cual se evidencia al levantar un cuerpo a cierta altura, si lo soltamos, la energía potencial gravitacional se liberará convirtiéndose en energía cinética al caer.
P.-¿En qué unidades se expresan las energías cinética y potencial?
R.-Tanto la energía potencial como la energía cinética tienen la misma unidad que es el joule.
6.-Explica detalladamente la Ley de la Conservación de la energía?
La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor. Dicho de otra forma: la energía puede transformarse de una forma a otra o transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable (o constante).
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