sábado, 7 de enero de 2017

Las 3 LEYES de NEWTON


 

 La cinemática describe el movimiento de los cuerpos usando conceptos como "sistema de referencia", "posición", "velocidad", "aceleración" etc;. Es decir, la cinemática estudia el movimiento de una forma cuantitativa, pero no se preocupa de las causas que lo producen.


          

Así como la cinemática está ligada al nombre de Galileo, la dinámica lo está al de Newton, quien, curiosamente, nació en el mismo año que murió Galileo (1.642).

 

 La dinámica permite responder a preguntas como:¿Por qué un cuerpo tiene un determinado movimiento?¿Cómo podemos modificar la velocidad de un cuerpo?, etc. Para ello es necesario introducir nuevos conceptos como masa o fuerza.




La dinámica newtoniana se resume en tres leyes  o principios acerca del movimiento, recogidos en su obra Principia Mathematica Philosophiae Naturalis

Ejemplos de interacciones y fuerzas


Leyes de Newton

1ª ley o 
Principio de Inercia
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
2ª ley o 
Principio Fundamental de la Dinámica
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.
3ª ley o 
Principio de Acción-Reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

1ª Ley de Newton o Principio de Inercia

Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o todas las que actúan se anulan entre sí dando una resultante nula, entonces el cuerpo no variará su velocidad. Esto significa que, si está en reposo seguirá en reposo y si se mueve lo seguirá haciendo a la misma velocidad.

La primera Ley 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.

2ª Ley de Newton o Principio fundamental de la Dinámica

Si sobre un cuerpo actúa una fuerza, dicho cuerpo modificará su velocidad, es decir, adquirirá una aceleración. Dicha fuerza y su aceleración generada son proporcionales y están relacionadas con la formula:


\boxed{F = m \times{a}} \begin{cases}F=Fuerza (N) \\ m=masa (kg) \\ a=aceleracion (m/s^2)   \end{cases}

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.


Tanto la fuerza como la aceleración son
magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido.

3ª Ley de Newton o Principio de acción y reacción

Si un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza (que podemos llamar acción), el otro ejerce sobre éste otra fuerza igual pero en sentido contrario (llamada de reacción).

 La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.


Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.







jueves, 5 de enero de 2017

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL



La teoría de la gravedad fue propuesta por Isaac Newton. La historia dice que cuando Newton estaba sentado en su jardín, observó que una manzana caía de un árbol. 

A partir de ahí, formuló la hipótesis de que la manzana había caído porque una fuerza la atraía hacia la Tierra. 

De este modo, desarrolló su famosa teoría de la gravitación, según la cual la fuerza de la gravedad actúa sobre todas las cosas: las personas, los objetos, la Luna, etc…

 Por ejemplo, haciendo que la Tierra atraiga hacia ella a todo; de ahí que no caigamos .


.


Ley de la Gravedad de Isaac Newton: 
La fuerza con que se atraen dos cuerpos de masas M y m es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que les separa.

Expresado matemáticamente:
Donde M y m son las masas de los cuerpos, r es la distancia que les separa y G la constante de gravitación universal que vale: 6,67392×10 -11 m3/s2kg


Características de la fuerza de la gravedad:
-Es una fuerza a distancia, para que exista la fuerza, no es necesario que estén en contacto

-Es una fuerza atractiva: dos cuerpos se atraen solo por el hecho de tener masa

-Es una fuerza muy débil: solamente se aprecia cuando al menos uno de los cuerpos tiene una masa muy grande.

-Depende de la masa de los cuerpos, cuanto mayor es la masa de los cuerpos la fuerza resulta mayor (es directamente proporcional al producto de las masas de los cuerpos).

-Depende de la distancia entre los cuerpos, la fuerza será menor cuanto más alejados están los cuerpos entre sí (es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos).

-Afecta a todos los cuerpos del universo.

Es importante evitar la confusión entre peso y masa. Ordinariamente decimos que «pesamos» un cuerpo cuando en realidad averiguamos su masa.



LA CAUSA DEL ORDEN DEL UNIVERSO ES AL FUERZA DE LA GRAVEDAD


La fuerza de la gravedad es la responsable de que los cuerpos caigan hacia la superficie terrestre y también sirve para explicar el movimiento de los cuerpos celestes. Fue la gravedad lo que hizo que la materia se agrupase formando los astros, los cúmulos y supercúmulos de galaxias

La dinámica es la parte de la física que estudia la relación entre las fuerzas y el movimiento de los cuerpos.  Isaac Newton enunció las leyes que aún son la referencia.





Sabías que: LA MASA Y EL PESO SON DIFERENTES


La masa (m) y el peso (P) se confunden en el lenguaje cotidiano pero son MAGNITUDES FÍSICAS DIFERENTES y están relacionadas entre sí por la expresión:




Características de la PESO
Características de la MASA
-Es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo (ocasiona la caída de los cuerpos)
-Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo
-Es una magnitud vectorial
-Es una magnitud escalar
-El instrumento de medida es el dinamómetro
-El instrumento de medida es la balanza
-Es una magnitud derivada
-Es una magnitud básica
-Su valor es variable, depende de la gravedad del lugar donde se mide.
-Su valor es invariable, no cambia en función del lugar del universo dónde se encuentre el cuerpo.
-Su unidad de medida es el Newton (N)
-Su unidad de medida es el kilogramo (kg)

Aunque en el uso cotidiano el peso y la masa a menudo se confunden y se emplean indistintamente, en el ámbito de la física ambas magnitudes se diferencian claramente, ya que corresponden a propiedades distintas.

La masa (m) es la cantidad de materia de un cuerpo y el peso (P) es el efecto de la gravedad sobre esa materia.

Ambas magnitudes, masa y peso, son directamente proporcionales y están relacionadas por la siguiente ecuación:    
P = m • g 
P = peso, en Newton (N)
m = masa, en kilogramos (kg)
g = constante gravitacional, que es 9,8 en la Tierra (m/s2)

Esta relación permite calcular una de las magnitudes conociendo la otra, siempre y cuando conozcamos la intensidad del campo gravitatorio o gravedad (g).


Por ejemplo, veamos la diferencia de peso de un mismo cuerpo en la Tierra y en la Luna:


En la Tierra, dado que la intensidad del campo gravitatorio es 9,8 m/s2, el peso correspondiente a un cuerpo cuya masa sea 80 kg es:
En la Luna en cambio, donde la intensidad del campo gravitatorio es 1,6 m/s2, el peso correspondiente a ese mismo cuerpo de 80 kg de masa es:

Masa del cuerpo = 80 kg
Gravedad en la Tierra = 9,8 m/s2
Peso en la Tierra = 784 N
      P= m x g =  80 x 9,8 = 784 N


Masa del cuerpo = 80 kg
Gravedad en la Luna = 1,6 m/s2
Peso en la Luna = 129.6 N
      P= m x g =  80 x 1,6 = 128 N






jueves, 8 de diciembre de 2016

Contaminación atmosférica

El aire limpio es transparente aunque cuando lo observamos en la atmósfera, con su gran espesor, manifiesta un bello color azul. Si a la atmósfera le añadimos el humo de los coches, de las fábricas, de las calefacciones, etc. lo oscurecemos, el aire se vuelve opaco y decimos que es aire contaminado.


¿Qué es la contaminación?

La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de materias que en determinadas cantidades implican un riesgo, daño o molestia grave para las personas y demás seres vivos, bienes de cualquier naturaleza, así como que puedan atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables.

La contaminación atmosférica puede ser natural, producida por erupciones volcánicas o incendios forestales no provocados o por la actividad biológica de los seres vivos. Pero este tipo de contaminación ha existido siempre y el planeta Tierra es capaz de autorregularse.

Pero la más dañina y difícil de regular es la contaminación atmosférica de origen artificial, debida a las actividades del ser humano. Los procesos industriales y la quema de combustibles fósiles son los principales focos de contaminación.


Contaminantes principales del aire

  • Gases
  • Ruido
  • Partículas sólidas
  • Luz


Los  principales problemas ambientales derivados de la contaminación son:



Efectos de la contaminación

-Las principales sustancias que el ser humano emite a la atmósfera son gases nocivos y partículas sólidas o líquidas. Los gases emitidos son principalmente óxidos de nitrógeno y de azufre que provocan la lluvia ácida, con los siguientes efectos:

  • Contaminación de ríos y lagos, perjudicando a los seres vivos.
  • Contaminación de suelos, perjudicando a las plantas.
  • Deteriora la superficie de edificios hechos con roca caliza (mal de la piedra).


-Los CFCs presentes en sistemas de refrigeración, frigoríficos y aerosoles destruyen la capa de ozono de la ionosfera.

-El metano y el dióxido de carbono alteran el efecto invernadero natural de la atmósfera que favorece  el cambio climático, que se manifiesta de varias formas:

  • Aumento de inundaciones, sequías, huracanes, etc.
  • Desertización.
  • Pérdida de hielo en los casquetes polares.
  • Aumento del nivel del mar.

-Las partículas más nocivas son los humos y cenizas procedentes de la combustión de combustibles fósiles, las "nieblas" y aerosoles que escapan de algunas industrias químicas, el polvo de de las canteras y explotaciones mineras.

-Tampoco debemos olvidar la contaminación acústica y la contaminación lumínica.

Y como contaminación natural, el excesivo polen de las plantas en determinadas estaciones del año.

-La contaminación produce sobre los seres humanos y animales: bronquitis crónica, catarros y dificultades respiratorias, cansancio y cefaleas, irritación de los ojos y mucosas, afecta a la inteligencia de los niños, produce modificaciones genéticas y malformaciones en los fetos.

-Algunos de estos son cancerígenos.

-Sobre las plantas producen alteración de diversos mecanismos vitales y daños en las hojas, flor y fruto.

-La acción de los contaminantes atmosféricos sobre los materiales causa daños irreparables sobre los objetos y los monumentos de alto valor histórico-artístico bien por la sedimentación de partículas sobre la superficie de los mismos, afeando su aspecto externo, o por ataque químico al reaccionar el contaminante con la piedra.

-Otro efecto a tener en cuenta es la corrosión de los metales en puentes y otras estructuras.









martes, 6 de diciembre de 2016

Ley de HOOKE

LEY DE HOOKE

El alargamiento de un muelle es directamente proporcional a la fuerza que lo produce:
F = k.x

F= fuerza aplicada expresada en N  
 x = alargamiento producido expresado en m
k =constante recuperadora del muelle que se mide en N/m y que depende del muelle utilizado    



Ya sabemos que las fuerzas se miden  con un instrumento llamado dinamómetro. 
Su funcionamiento se basa en el alargamiento que sufre un muelle, que lleva en el interior, cuando se cuelga de él un objeto. 

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton (físico y matemático inglés llamado Isaac Newton 1643-1727)


El dinamómetro tiene dos ganchos (el superior para colgarlo y el inferior  sirve para colgar los pesos o ejercer las fuerzas a medir) y el muelle interior que lleva impresa una escala  para medir la fuerza en N.


¿Qué es una fuerza?


¿Qué es una fuerza?


En nuestra vida cotidiana usamos a menudo la palabra fuerza. Por ejemplo:

  • Si una cosa cae al suelo, decimos que es debido a la fuerza de la gravedad.
  • Si enfrentamos dos imanes decimos que la repulsión o la atracción entre ellos es debida a la fuerza magnética.
  • Al empujar una cosa para moverla también decimos que hacemos fuerza.
  • Y lo mismo si apretamos un balón hasta deformarlo o estiramos un muelle.

Estos ejemplos son casos muy distintos. Entonces, ¿qué es una fuerza?

Las fuerzas son los agentes que la física utiliza para explicar las interacciones entre los cuerpos, es decir, lo que le ocurre a un cuerpo debido a la presencia cercana o lejana de otro cuerpo. Estas interacciones pueden ser:


  • Fuerza por contacto directo: Requiere contacto entre los cuerpos. Ejem caballo tirando de un carro, niño empujando una silla.
  • Fuerza a distancia: se ejerce sin que haya contacto entre los cuerpos y son de tres tipos:
    -Gravitatorias: entre cuerpos que tienen masa.
    -Magnéticas entre dos imanes o un imán con el hierro
    -Eléctricas: entre cuerpos con cargas eléctricas. 

FUERZA es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo o deformarlo.




   La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton (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

   Las fuerzas se miden con un instrumento llamado dinamómetro. 
Su funcionamiento se basa en el alargamiento que sufre un muelle cuando
se cuelga de él un objeto.

Los resultados o efectos de la acción de una fuerza son de dos tipos:
     -Cambios de forma: pueden deformarlos como estirar un muelle o amasar arcilla.
     -Cambios en el estado de reposo o movimiento de un cuerpo: como al acelerar
        o frenar un vehículo.


 Según el comportamiento de los cuerpos al ejercer una fuerza se clasifican:

  •   -Rígidos son los que no se deforman al ejercer sobre ellos una fuerza. Ejem una roca
  •   -Plásticos: se deforman bajo la acción de una fuerza, pero no recuperan su inicial si cesa la fuerza.
       Ejem Plastilina.
  •   -Elásticos: se deforman pero recuperan su forma inicial, cuando la fuerza deja de actuar.
       Ejem. Muelle.

    Cuerpo elástico                       Cuerpo plástico                               Cuerpo rígido      

Las fuerzas se representan por vectores:

· Dirección: recta sobre la que actúa la fuerza.
· Punto de aplicación: es el punto donde se ejerce la fuerza.
· Sentido: es la orientación de la fuerza sobre la recta.
· Módulo es el valor numérico de la fuerza. Intensidad es el valor de la fuerza. Se expresa con un nº y una unidad de medida.

Animación: Dibuja las fuerzas








lunes, 5 de diciembre de 2016

ROZAMIENTO

La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto, se desplazan uno sobre el otro o intentan hacerlo, sus superficies rozan y se produce una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza de rozamiento.  Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso).


Fuerza de rozamiento, F, es una fuerza opuesta al movimiento, que se produce por la interacción entre las superficies en contacto de dos cuerpos


La fuerza de rozamiento depende de dos factores:

-De la rugosidad de las superficies, a igualdad de peso, cuanto más rugosas son las superficies, mayor es la fuerza de rozamiento entre ellas.

-Del peso del cuerpo apoyado, a igual rugosidad de las superficies, cuanto mayor es el peso del cuerpo apoyado, mayor es la fuerza de rozamiento entre ellas.
                                                                                   La fuerza de roce que opone el aire
                                                                                                               
favorece la función del paracaídas






RESOLVEMOS PROBLEMAS de MOVIMIENTO


1-Un conductor sale de su casa y viaja hacia el norte de la ciudad empleando dos horas en su recorrido, posteriormente se devuelve a su lugar de partida y emplea tres horas en su recorrido de regreso, si la distancia entre el norte de la ciudad y la casa del conductor son 1.6 km, calcular:

    a. Rapidez de todo el recorrido.

    b. Velocidad de todo el recorrido.

    c. Velocidad en la primera parte del recorrido.

(En este tipo de ejercicios se debe hacer un acto de fé y pensar que la trayectoria es una línea recta y que el cuerpo en movimiento mantiene una velocidad constante durante TODO el recorrido).

Generalmente un dibujo ayuda a comprender la situación, haremos la toma de datos (identificar los datos conocidos) y escribir la  fórmula que los relaciona y después sustituir cada letra por su valor .
Datos conocidos: Tiempos                                          Datos desconocidos
Hacia el norte: 2 horas                                                 Rapidez y velocidad
De regreso a la casa: 3 horas
Distancia de la casa al norte: 1.6km

a. Para calcular la rapidez de todo el trayecto, reemplazamos en la fórmula los valores de "s" y "t", "s" es igual al espacio total recorrido que corresponde a:  1.6km + 1.6km = 3.2km

t equivale al tiempo en recorrer dicho espacio y es:    2h + 3h = 5h

Al sustituir los valores en la fórmula obtenemos:
Significa que cada hora el vehículo avanzó 0.64km en promedio, por tal razón la rapidez se considera como velocidad media

b. Como el desplazamiento resultante es cero, (Es cero porque el conductos regresa de nuevo a su posición inicial, de nuevo hacemos un acto de fé y suponemos que aparcó el coche en el MISMO lugar, ni un centímetro más) la velocidad es cero, al reemplazar el fórmula obtenemos:


c. La velocidad hacia el norte se determina reemplazando en la fórmula x por 1.6km y t por 2h, la respuesta debe ser 0.8km/h.


2-Un motorista circula durante media hora recorriendo 45 kilómetros . Calcula su velocidad en metros por segundo.

Fórmula
Toma de datos, 
Sustituir cada letra por su valor y operar:
t = 1/2 h 
s = 45 km 
¿v?
V = 45000/1800 = 25 m/s
Los expresamos en las unidades en m/s
t = 1/2 h = 30 x 60 = 1800 s
s = 45 km  = 45x1000 = 45000 m  


3-Un caracol avanza con una velocidad de 3 cm/min. ¿Cuánto tardará en recorrer 50 cm? Expresa el resultado en unidades del SI


Fórmula
Toma de datos
v = 3 cm/min 
s = 50 cm  m      
¿t?
       
velocidad del caracol  
        

         distancia a recorrer

         

A continuación escribimos la ecuación de la velocidad media y despejamos el tiempo

                           
Por último sustituimos en esta ecuación los datos que conocemos, expresados en unidades del SI:

                   




¿Rapidez o Velocidad?



RAPIDEZ: Mide la distancia recorrida en la unidad de tiempo. Es una magnitud escalar, importa solo la cantidad.


VELOCIDAD: Mide el desplazamiento recorrido entre unidad de tiempo. es una magnitud vectorial, importa la cantidad y hacia donde se dirige.



Cuando hablamos de rapidez nos referimos a "cuanto" en cantidad (determina el espacio recorrido), pero al hablar de velocidad estaremos hablando de "cuanto" en cantidad  y hacia donde (depende del desplazamiento, es decir, de los puntos inicial y final del movimiento, y no como la rapidez, que depende directamente de la trayectoria) .

"La velocidad es la rapidez con dirección y sentido"
 


La velocidad puede definirse como la cantidad de espacio recorrido por unidad de tiempo con la que un cuerpo se desplaza en una determinada dirección y sentido.

Su unidad de medida en el S.I. es el metro por segundo (m/s), esto quiere decir que la velocidad (módulo) de un cuerpo es de 5 m/s estamos indicando que cada segundo ese mismo cuerpo se desplaza 5 metros. 



PROBLEMA

Un jugador de golf se encuentra en línea recta a 4.5 metros de un hoyo. Calcular:
a) La velocidad a la que debe golpear la pelota para que llegue al hoyo en 9 segundos.
b) El tiempo que tarda en llegar la pelota al hoyo si la golpea con una velocidad de 2 m/s

 a) Dado que la distancia en línea recta (desplazamiento) es de 4.5 m y el tiempo que tarda en recorrer esa distancia son 9 segundos, basta con sustituir los datos en la ecuación de la velocidad:
Datos
Fórmula
Sustituimos y calculamos
s = 4.5 m
t = 9 s
¿v?


b) En este apartado conocemos la distancia recorrida por la pelota 4.5 m y su velocidad 2 m/s. Sustituyendo en la misma ecuación anterior

Datos
Fórmula
Sustituimos y calculamos
s = 4.5 m
v = 2 m/s
¿t?