2. Principios de funcionamiento de las máquinas térmicas y elécttricas

Resultado de Aprendizaje 2.1 Interpreta el calor como una forma de transferencia de energía, distinguiendo entre los conceptos de calor, temperatura y energía interna.

A. Calor y temperatura:

Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, las moléculas que lo forman incrementan su energía cinético molecular. Esto significa que su movimiento es mas intenso, produciendo una transformación de energía en todo el medio que circunda el cuerpo, el cual puede transferir esa energía a otro cuerpo que tenga menor temperatura.

El calor es la energía que se transfiere de una sustancia a otra a través de un medio elástico como puede ser el aire, el agua o cualquier medio que propague la vibración de las moléculas, al existir una diferencia de temperaturas en ambas.

Como ya te habrás dado cuenta calor y temperatura son pues dos conceptos distintos pero relacionados entre si.  El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. Tanto la temperatura y el calor son magnitudes escalares y para su correcta definición solo necesitamos del numero y una unidad.

 

Unidades para medir Calor

Al calor se le asigna la letra Q. Las unidades que lo miden en el sistema internacional son los Joules y las calorías y en el sistema ingles los BTU= British thermical Unit

 Se tienen las siguientes equivalencias: 1cal= 4.186 Joules

                                                               1 BTU= 252 Cal = 778ftlb

Si el calor se expresa con signo positivo esta ganando calor y si se expresa con signo negativo esta cediendo calor. Si el calor es igual con cero quiere decir que se ha alcanzado equilibrio térmico en un sistema.

Escalas termométricas:

La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.

 

Energía Interna

 

 

Medios de transferencia de Calor

La termodinámica es la ciencia que estudia la relación entre el calor y otras formas de energía. El calor es energía en tránsito. Siempre que existe un gradiente de temperatura en un sistema o se ponen en contacto dos sistemas a diferente temperatura, se transfiere energía entre ellos. Sabemos de esta transferencia, no porque la veamos, sino por los cambios que se producen en el o los sistemas. La termodinámica, basándose en los estados de cada sistema desde un punto de vista macroscópico, es decir, en función de atributos tales como la presión, la temperatura y el volumen, que se pueden medir, determina si ha habido cambios en la energía interna de los mismos. En cumplimiento del primer principio y descartada la interacción de trabajo con el exterior, la variación de energía interna solo puede ser debida a calor, es decir, a transferencia de energía de un sistema al otro.

Modos de transferencia de Calor

1. Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio material por contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de temperatura y en virtud del movimiento de sus micropartículas. El medio puede ser sólido, líquido o gaseoso, aunque en líquidos y gases solo se da la conducción pura si se excluye la posibilidad de convección. La cantidad de calor que se transfiere por conducción, viene dada por la ley de Fourier. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal, es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo.
2. Convección: La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos. El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un gradiente de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de calor transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton.
3. Radiación: Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.

 



 

 

 B. Propiedades Termodinámicas de la materia.

Las Propiedades térmicas de los materiales son las que determinan el comportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura, es decir, el comportamiento de éstos frente al calor.

 Las propiedades térmicas de los materiales son las siguientes:

1. Calor específico: 
   

   Cantidad de calor que por kilogramo necesita un cuerpo para que su temperatura se eleve en un grado centígrado

El calor especifico es una propiedad especifica de las sustancias. y se usa en la formula para determinar la cantidad de calor que se manifiesta en un sistema de acuerdo a sus variaciones de temperatura y la cantidad de masa presente. Matemáticamente

Q= mCp(T2 - T1)        donde T2 y T1 = diferencia de temperatura

                                               M = masa

                                                Cp= Calor específico

                                                Q= cantidad de calor

 

2. Capacidad Calorífica: Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión

 

 

 

3. Calor Latente: El calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.

Los cambios de estado se caracterizan por lo siguiente:

-No cambian la naturaleza de la sustancia.

-Se producen a temperatura constante para cada presión.

-La sustancia absorbe o cede calor. El calor invertido en el proceso para la unidad de masa recibe el nombre de calor latente de cambio de estado.

-El valor de la temperatura a la que se producen y el valor del calor latente correspondiente son característicos de cada cambio de estado y de la naturaleza de la sustancia

 

4. Dilatación de los cuerpos:

Los cuerpos que se encuentran en movimiento o que reciben calor aumentan las vibraciones de sus moléculas. Esto trae como consecuencia que exista un incremento en sus volúmenes, lo que se conoce como dilatación térmica.La dilatación es un factor importante que se considera para la planificación de proyectos de ingeniería, como la construcción de puentes o edificios, entre otros. Por esta razón, es común ver en pistas y veredas unas pequeñas separaciones para evitar que se produzcan rompimientos cuando ganen calor y se dilaten.La dilatación es el aumento de las dimensiones de los cuerpos, la cual depende del material del que están formados. Así, por ejemplo, el oro se dilata mucho más rápido que el vidrio. La dilatación puede ser lineal, superficial o volumétrica.

 

 

 

 

 

C. Leyes de los Gases:

Las leyes de los gases son un conjunto leyes químicas y físicas que permiten determinar el comportamiento de los gases en un sistema cerrado.

 

Los principales parámetros de las leyes de los gases: Presión, Temperatura, Volumen, moles o cantidad de masa del gas. Para poder aplicar las leyes de los gases se debe definir qué es un gas ideal. Un gas ideal es un gas teórico compuesto de partículas que se mueven al azar y que no interactúan entre ellas. Los gases en general se comportan de manera ideal cuando se encuentran a altas temperaturas y bajas presiones. Esto es debido a la disminución de las fuerzas intermoleculares. Cuando un gas se encuentra a muy baja temperatura y/o bajo condiciones de presión extremadamente altas ya no se comporta de forma ideal. Bajo estas condiciones las leyes de los gases no se cumplen. Nos referimos a condiciones estándar cuando una sustancia se encuentra a 1 atm de presión y 273 K de temperatura (es decir, 0ºC) tiene un volumen de 22,4 L por mol de sustancia.

 

 

 

 

 

 

 

 D. Leyes de la termodinámica.

La termodinámica trata de los mecanismos de la transformación de la energía calorífica en mecánica y viceversa. Su comportamiento se rige bajo cuatro leyes que son universalmente válidas cuando se aplican a sistemas que caen dentro de las restricciones implícitas en cada uno.

En las diversas descripciones teóricas de la termodinámica, estas leyes pueden expresarse en formas aparentemente diferentes, pero las formulaciones más destacadas son las siguientes

 

a) La ley cero de la termodinámica tiene diferentes contenidos, en diferentes autores y en diferentes contextos; es decir, puede referirse a uno u otro de los siguientes dos aspectos de los estados de equilibrio de un sistema termodinámico: establecer el equilibrio termodinámico, o transitividad del equilibrio térmico

b) La primera ley de la termodinámica establece la equivalencia entre el trabajo mecánico y la cantidad de calor como formas de intercambio de energía entre un sistema y el mundo circundante. Una de sus consecuencias es la existencia de una función estatal llamada energía interna.

 

c)  La segunda ley de la termodinámica es compatible con una forma primaria, la existencia incapaz de máquinas térmicas que recibieron un poco de calor desde una fuente para producir equivalente trabajo mecánico. Una de sus consecuencias es la existencia de una función estatal llamada entropía

 

d)  La tercera ley de la termodinámica establece que cuando la temperatura tiende a cero absoluto, la entropía de cualquier sistema tiende a cero. No es el resultado de la abstracción directa de los hechos experimentales, sino la extensión de las consecuencias de los principios precedentes

 

 

 

Actividad de evaluación 2.1.1 Construir un horno solar y elaborar un reporte de funcionamiento

 

 

Resultado de Aprendizaje 2.2Distingue las diferentes formas de Energía y su aprovechamiento para la sociedad, identificando las desventajas y desventajas en su producción y almacenamiento.

A. Energía Eléctrica

 

La energía eléctrica es un tipo de energía que se genera por la atracción y repulsión entre cargas eléctricas. Tiene la capacidad de transformarse en otros tipos de energía, tales como la energía lumínica, la energía térmica o la energía mecánica. Como ejemplos de energía eléctrica podemos mencionar los siguientes: la corriente alterna, la corriente directa, las baterías (que transforman la energía química en eléctrica) y la transmisión del impulso nervioso por los axones de las neuronas. Existen dos tipos de electricidad: la electricidad estática y la electricidad corriente. Veamos en qué consisten cada una de ellas.

 

a) Electricidad Estática: La electricidad estática es aquella que se produce mediante la fricción de dos cuerpos que tienen la capacidad de cargarse eléctricamente. Durante el roce, uno de los cuerpos es propenso a perder algunos electrones y el otro a ganarlos, lo cual produce un exceso de carga. Esa acumulación de carga es llamada electricidad estática, y se caracteriza por ser temporal .Por ejemplo, se produce electricidad estática cuando frotamos un globo con el cabello. Después del roce constante, el cabello tenderá a adherirse al globo. La electricidad estática suele usarse, por ejemplo, en la xerografía, un tipo de técnica de impresión en seco. También es útil en la agricultura para el control de plagas. Se usa asimismo en los procesos de desinfección con aspersores electrostáticos, en dispositivos médicos, en pinturas en polvo, etc.

 

 

 

b) Energía Corriente: La electricidad corriente es la que se usa habitualmente en los hogares. La electricidad corriente se produce como consecuencia del movimiento de cargas, es decir, por el flujo de cargas que resulta del movimiento libre de electrones a través de un conductor apropiado. Los materiales que mejor conducen la energía eléctrica corriente son los metales cobre, plata y aluminio.

 

 

Parámetros básicos en el calculo de la energía eléctrica

 

a) Los parámetros básicos de cálculos de energía eléctrica estática son la magnitud de las cargas eléctricas, la distancia que las separa, la fuerza con que estas cargas se repelen y están definidas mediante la ley de Coulomb, mediante esta ley también podemos definir la magnitud del campo eléctrico de una partícula cargada así como su potencial eléctrico

 

 

 

b) Los parámetros básicos en un sistema de corriente eléctrica, son la intensidad de corriente, caída de potencial y resistencia y están regidos por distintas leyes entre ellas, la ley de Ohm, de Kirchhoff , resistividad, etc.

B. Medios de Generación de Energía Eléctrica

La energía eléctrica se obtiene de la naturaleza de varias formas. Podemos enumerar las siguientes:

• Centrales termoeléctricas: son las que usan combustibles fósiles como fuente de energía. Son altamente contaminantes debido a la emanación de gases tóxicos.
• Centrales nucleares: la energía se obtiene por medio de una reacción nuclear específica. Sus residuos son tóxicos. Eventuales accidentes provocarían radiación nuclear sumamente nociva para la salud.
• Centrales hidroeléctricas: son aquellas que aprovechan el movimiento del agua para crear energía.
• Centrales solares: obtienen energía de la luz solar a través de paneles que contienen un líquido conductor del calor.
• Centrales eólicas: obtienen energía de la fuerza del viento por medio de un sistema de hélices.
• Centrales geotermoeléctricas: obtienen energía de la corteza terrestre donde se almacena calor

C. Recursos Energéticos

A.Fuentes alternativas

 

B. Importancia del uso responsable de la energía para el cuidado del medio ambiente

 

lee el siguiente articulo

Analiza el siguiente articulo y video

 

C. Obtención, Transformación y aprovechamiento de la energía.

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Analiza los siguientes artículos y video

 

 

Actividad de Evaluación 2.2.1 Elaborar un ensayo acerca de las diferentes fuentes de energía y su aprovechamiento para la sociedad, así como ventajas y desventajas en su producción y almacenamiento.
 Para elaborar el ensayo deberás considerar lo siguiente:
 1. Introducción  Presentación del tema  Relevancia  Enfoque con el cual se le va a tratar, incluyendo una hipótesis o proposición al respecto (tesis).   Intención del ensayo.   Breve descripción del contenido del ensayo. 

 2. Desarrollo  Confronta los planteamientos de otros con los propios como autor del ensayo.  Enfoque con que aborda el contenido:  o Medios de generación de energía eléctrica. o Recursos energéticos.  - Obtención, transformación y aprovechamiento de la energía. - Fuentes alternativas - Importancia del uso responsable de la energía para el cuidado del medio ambiente  Ideas principales, siguiendo un orden lógico   Plantea la tesis que se pretende defender o rebatir, formulada de forma afirmativa.  Argumentación de tu punto de vista, justificando con razones (premisas) esa postura.   Postura personal clara, crítica y fundamentada con respecto al tema.   Ejemplos, hechos, argumentos elaborados por otros o estadísticas que ayuden a corroborar la información.  Demostración de su tesis, con base en razones o argumentos.   Justificación de las opiniones personales utilizando argumentaciones sólidas.  Argumentos válidos vinculados a una idea principal (tesis) y organizados de manera lógica y secuencial.   Motiva el interés del lector por abundar en el tema.

3. Conclusión  Redactar a partir de lo planteado en la introducción y en los argumentos con que se defendió el punto de vista personal.   Retoma los argumentos principales que llevaron a comprobar o a refutar la hipótesis o tesis con la que se inició el ensayo.

 4. Lenguaje y redacción  Redacta con claridad y precisión, cumpliendo con las reglas sintácticas y ortográficas.  Incluye las citas textuales entre comillas, enlistando los datos del/los libro(s) que sirvió de referencia.  Integra notas a pie de página indicando la fuente de la que se extrajo la información.  Utiliza fuentes de información confiables.   Incluye al final la bibliografía en que se documentó el ensayo, en formato APA.

5. Actitudes  Opina de manera respetuosa sobre los ensayos de sus compañeros.

 

Ejemplo de ensayo

 

D. ENERGIA

Objetivo.  Construye un modelo de conservación de la energía mecánica: cinética y potencial en ausencia de fricción, distinguiendo diferentes transformaciones de energía.

En este resultado de aprendizaje analizaremos el concepto de energía mas a fondo, como ya mencionamos la energía esta estrechamente relacionada con los conceptos que analizamos anteriormente; fuerza, trabajo y potencia. En esta sección analizaremos mas a fondo el concepto de energía.


La energía se define como la capacidad de producir trabajo. En el sistema internacional de unidades, la unidad con que se mide la energía es el Joule y equivale a un Nm, y en el sistema CGS, el ergio que equivale a una dina.cm.
Como ya analizaste en otros módulos, la energía esta en constante transformación. La que se halla contenida en la materia se transforma cuando esta entra en movimiento, y el movimiento puede provocar que esta cambie cuando ésta cambia de posición. De aquí que la energía puede clasificarse como: Energía potencial y Energía cinética. La suma de ambas nos da la energía  mecánica

Energía Potencial: Esta se define en función de la posición de la partícula, matemáticamente:
                                                   
                                            Ep = mgh

donde m= masa de la partícula     g= gravedad       h= altura





Energía Cinética; cuando se mueve un cuerpo porque se le aplica una fuerza constante, cambia de posición constantemente. Esto implica que tiene energía porque se encuentra en movimiento y esta se cuantifica de acuerdo a la siguiente relación matemática.

                                           

donde: m= masa        V= velocidad








Energía Mecánica: de un cuerpo o de un sistema físico es la suma de su energía cinética y la energía potencial





Ejemplo de calculo de la energía mecánica:

En el siguiente juego de diapositivas contiene la información necesaria para la realización de la actividad de evaluación 1.2,1

C. FUERZAS

INTRODUCCION....inicio de sesión

ANALIZAREMOS LOS TEMAS A TRATAR EN  ESTA NUEVA ETAPA.

El concepto de Fuerza en la mecánica clásica es muy simple, y se define como la capacidad física de un sistema para realizar Trabajo, el trabajo a su vez es el producto de una fuerza por su desplazamiento, por lo que la relación entre ambos conceptos queda mas que resaltada.

 Aquí tenemos un ejemplo de una partícula impulsándose y moviéndose con rapidez por lo que lleva una gran cantidad de energía cinética, esta realizando trabajo y su potencia dependerá de cuanto tiempo le tome llegar a su meta.

Situaciones de este tipo son clásicas en el análisis de la mecánica. Ya que para movernos y salir de un estado de reposo tenemos que aplicar un impulso coordinado a nuestras extremidades, ponernos de pie y caminar. Lo cotidiano de esta acción, nos implica la observación de ciertas magnitudes físicas y definirlas. Tomaremos con fines ilustrativos el movimiento de nuestro cuerpo  y lo consideraremos "sistema":

1. Energía. que es aquella capacidad que tiene mi sistema y me permite tomar un impulso y tener la fuerza suficiente aplicada con la intención de ponerme en pie, cuando estamos enfermos, nuestras energías son empleadas por nuestro organismo para combatir aquello que esta poniendo en jaque nuestro sistema, y aunque podemos ponernos en pie, en muchas ocasiones no es suficiente para caminar y seguir en la dirección que deseamos

2. Fuerza. es ese impulso o empuje que aplico a mis extremidades y que debe ser tal que pueda sostener la masa de mi sistema, toda partícula tiene masa y recordemos que es una propiedad general de la materia, a menor masa menor cantidad de fuerza es necesaria para moverse, por esto es importante mantener una masa corporal sana y adecuada  a los estándares de salud, ya que entre mas masa corporal, mas esfuerzo mi sistema necesita para moverme y por lo tanto necesitare mas energía para generar el esfuerzo necesario para trasladarme, lo que traerá desgaste a mi sistema por mantenerlo a un sobreesfuerzo constante.

3. Desplazamiento. Al moverme, cambio de posición y es una señal de aplicación de una fuerza y es indicativo de que esta a cambiado mi condición de equilibrio estático.

4. Aceleración. Si al iniciar mi desplazamiento cuento con la fuerza suficiente, para seguir impulsándome, podre aumentar mi velocidad inicial al realizar un nuevo esfuerzo, o bien por el contrario sino me siento con la energía suficiente mi sistema puede disminuir su fuerza y volver a mi estado de reposo o bien disminuir mi velocidad. Por lo que mi condición de equilibrio traslacional se vera afectada.

5. Trabajo. Cada vez que un sistema aplica una fuerza para desplazarse esta realizando trabajo.

6. Potencia.La potencia habla de la rapidez con que se realiza una actividad y es una medida de la eficiencia de un sistema, si estoy enfermo me tomara mas tiempo subir una escalera que si estoy sano.

Los conceptos resaltados son comunes en el análisis de la mecánica clásica y deben ser analizados de manera detallada, porque se aplican tanto en situaciones cotidianas, como académicas y laborales. Todos los hemos aplicado en muchos contextos y serán importantes, para lograr nuestro resultado de aprendizaje.

Si bien la mecánica clásica, no explica el movimiento, causas y efectos a nivel atómico y mucho menos allá afuerita en el universo,  es la que rige las observaciones simples en nuestro entorno e invariablemente nos sirve para acercarnos a la comprensión del movimiento y causas del mismo.

Se dice que la Mecánica Clásica se encuentra en crisis, ya que con la llegada de la mecánica relativista se pone en duda muchos aspectos cotidianos aceptados... pero como en todo proceso cognitivo... empecemos por el principio.

 

Iniciaremos recordando los siguientes aspectos analizados anteriormente.

1. Las magnitudes físicas se clasifican en escalares y vectoriales---¿cuáles son sus características principales?

2. Las magnitudes vectoriales se representan por medio de vectores---¿qué es un vector y cómo lo puedo representar?

3. Los vectores son herramientas que me permiten resolver situaciones en donde tenemos varias magnitudes vectoriales presentes---¿qué métodos de solución de sistemas vectoriales conoces?

4. Al moverse una partícula se desplaza en una trayectoria definida---¿que tipos de trayectoria puede seguir una partícula?

5. La masa y peso de un cuerpo, ¿representan lo mismo? ¿porque?

6. La variación de velocidad de un cuerpo se conocen como aceleración.

7. Un sistema de referencias es un auxiliar al momento de buscar solución a sistemas vectoriales, el más común es....

8. Una magnitud física debe presentar siempre un numero y si unidad, ¿es correcto o falso?

 

 

Las respuestas a esas preguntas son de reflexión, y ya deben formar parte de tus conocimientos previos.

Los siguientes Link te servirán de reforzamiento en estos temas.

 

Magnitudes escalares o vectoriales

Solución de sistemas vectoriales.

 

Estos tutoriales son similares a lo que hicimos en clase. Solo recuerden que el valor de las componentes depende de su posición en el plano cartesiano, pueden ser positivas o negativas. Tomen en consideración los ejercicios que estuvimos resolviendo en clases.
 Nos servirán para el análisis de las Fuerzas y Leyes de Newton, que forma la primera parte de nuestro resultado de aprendizaje.

La fuerza como causante del movimiento de los cuerpos, leyes de Newton y fricción.....Desarrollo

Una vez que definimos el concepto de fuerza, la reconocemos como la causa de que un cuerpo se mueva. Este fenómeno, la cusa del movimiento es analizado en la Dinámica. Como han experimentado en lo cotidiano las fuerzas tienen distintos efectos, si aplastas una lata esta se deforma y si pateas un balón este cambia de posición. Debido a lo anterior los efectos de las fuerzas pueden definirse de acuerdo a las características que desean medirse. en el caso de que interesen los aspectos de los cambios de movimiento, es  decir la fuerza que lo causa, este dependerá de la masa de la partícula y la aceleración que experimente, es decir la fuerza=masa x aceleración. Por esto una fuerza tiene como unidad el Newton en el sistema MKS, que equivale 

                                     1 N = 1 kgm/s²

Si deseamos hacer un análisis mas detallado de las fuerzas y deseamos conocer no solo su magnitud si no su dirección y sentido de su acción entonces  se consideran magnitudes vectoriales y se representan con vectores. Existen distintos tipos de fuerzas, pero se clasifican en dos tipos: por contacto y a distancia.

 

 

En Física, contamos con leyes y formulas que brindan reglas generales que nos permiten calcular aquellas observaciones de interés. En el caso de las fuerzas tenemos: las Leyes de Newton, consulta los  siguientes link para mayor información

 

Las leyes de Newton nos permiten explicar las causas del movimiento en nuestro entorno, ya que como se menciona anteriormente el movimiento atómico y el movimiento de los astros necesitan nuevas teorías, como la mecánica cuántica y la relativista.

 

 

 

 

Las leyes de Newton, como puedes ver explican las causas cotidianas del movimiento, es decir las fuerzas  y como observas en el link, video y la imagen, pueden ser calculadas tanto de manera individual, como si están actuando en conjunto, que llamaremos "sistema de fuerzas". Como recordaremos, cuando una fuerza actúa con otras, es posible calcular sus acciones de manera conjunta. Si estas se aplican en un punto tenemos un sistema de fuerzas concurrentes. Y para calcular sus efectos totales, usaremos la determinación de componentes analizada en el R1.1, ya que su actuar conjunto nos permite realizar la sumatoria de las fuerzas.

 

A continuación en los siguientes juegos de diapositivas y videos seleccionados analizaremos situaciones de interés donde se apliquen los conceptos de fuerzas:

1. Primera condición de equilibrio
2. Video de solución de problemas de tensiones.
3. Practica 2. Determinación de fuerzas en equilibrio
4. Segunda condición de equilibrio
5. Video de solución de problemas de la segunda condición de equilibrio
6. Ley de la gravitación Universal
7, Video de la Ley de Gravitación

Trabajo y potencia de una fuerza.

Como analizamos los conceptos anteriores, son tan comunes en nuestra vida diaria que a menudo olvidamos relacionar acciones tan sencillas y cotidianas para hacerlas mas eficientes con nuestros conocimientos básicos de las ciencias. Analicemos la siguiente situación:
En algún momento de tu vida has tenido que levantar un objeto de considerado peso para trasladarlo de un lugar a otro, y seguramente has usado el plano inclinado. Esta maquina simple  consiste en una superficie plana que se dispone formando un ángulo agudo con el piso. De esta manera trasladar dicho objeto sobre la fuerza de este es plano requiere mucho menos esfuerzo que levantarlo con la sola fuerza de los brazos. Otra máquina simple de gran ayuda para levantar objetos muy pesados consta de un sistema de poleas que, ingeniosamente combinadas. permiten levantar pesos con un esfuerzo mínimo.

Como puedes observar en las figuras el uso de las máquinas simples es muy común, todos identificamos su uso. Pero seamos analíticos ¿de qué factores depende la capacidad de trabajo que se hace al usar estas máquinas?

Trabajo: Se define trabajo mecánico a aplicar una fuerza constante paralela a la superficie sobre la que un cuerpo se desplaza. Como podrás darte cuenta, el trabajo mecánico es una forma de transferir energía, ya que se utiliza la energía para que el cuerpo se mueva. Se puede cuantificar el trabajo mecánico utilizando la siguiente expresión:   W = Fuerza x distancia =  1 Nm = 1 Joule

Como ya se analizo anteriormente una fuerza es una magnitud vectorial, pero el trabajo se considera una magnitud escalar, ya que cuantifica únicamente la cantidad de energía necesaria utilizada para mover el cuerpo y por lo tanto no posee dirección ni sentido. El trabajo se puede considerar por lo tanto; como positivo si va en el sentido del desplazamiento. Nulo, si no se logra que el cuerpo se desplace, es decir solo se aplica una fuerza. Negativo, si actúa en sentido contario al desplazamiento que generalmente es debido a la fuerza de fricción. Trabajo Neto  que es igual a la diferencia entre el trabajo positivo y el negativo

Potencia: la necesidad de contar con energía disponible ha conducido al ser humano al estudio de su comportamiento para garantizar el uso adecuado de los recursos naturales. Por ejemplo, la energía que irradia el sol hacia nuestro planeta es captada y "almacenada", para ser transformada en energía eléctrica, calorífica o mecánica a fin de satisfacer a la sociedad, que cada día demanda más. Por esta razón, la energía que gastamos debe ser aprovechada al máximo. Una forma de establecer este gasto es mediante el calculo de la potencia que las máquinas o elementos mecánicos desarrollan. De esta manera. el "gasto" de energía por unidad de tiempo permite establecer patrones de consumo y proyectar la energía que tendrá que estar disponible a futuro

La potencia se puede expresar mecánicamente como

Potencia = Trabajo / tiempo = joule / segundo = Watt
Otra unidad de potencia es el Hp= horse power= Caballo de potencia= 746 W

Es común que los aparatos eléctricos mencionen sus consumos promedios como información importante cuando son adquiridos en sus especificaciones de uso, así por ejemplo: el mptor de una lavadora promedio consume  950 watts en promedio, un microondas 1.5 KW y una nave espacial 33000MW, se pondría a  suponer que los erróneamente que los gastos energéticos en el hogar son muy reducidos ¿Por qué?

Otras formas de representar la potencia es derivada de las consecuencias de relacionar distintas formulas conocidas previamente

P = w/ t     P= (f x d)  /  t     si V = d / t     P=  F x V

 

Consulta las siguientes diapositivas para realizar ejercicios de trabajo y potencia

 

 

 

BIENVENIDOS DE NUEVO

EXCELENTE INICIO DE CLASES CHICOS...

DE ACUERDO A LO INDICADO POR LAS AUTORIDADES ESCOLARES RETOMAREMOS NUESTRAS CLASES EN LINEA POR 15 DIAS MAS.

Por lo anterior, seguiremos trabajando con el Blogger, para al regresar a clases al finalizar los 15 días y retomemos nuestro curso de manera presencial.

Recuerden estar atentos a los avisos de sus jefes de grupo y por favor, no den información de un grupo a otro, tienen que poner atención a las indicaciones que cada uno de sus compañeros asignados les reproducen.

Las actividades a evaluar serán para el resultado 1.2, tiene una ponderación del 25% y las actividades para evaluar ya son realizadas por todos los grupos, ya que todos se nivelaron en cuanto a las actividades del resultado 1.1.

A continuación les detallo esas actividades y su ponderación:
A1.

• Realizar una investigación sobre Fuerza (concepto, tipos, identificación en situaciones cotidianas  unidades)   y las leyes de Newton... Con esta investigación se realizara un mapa mental.
• Realizar una investigación sobre la primera y segunda condición de equilibrio y realizar un cuadro comparativo
• Realizar una investigación de la ley de Gravitación Universal y realizar un mapa mental
• Realizar una investigación sobre el concepto de energía, tipos, fuentes de energía, leyes de conservación, trabajo y potencia y realizar un mapa mental. En esta ocasión  no presentaran de evidencia las investigaciones, únicamente mandaran de evidencia los mapas mentales y su cuadro comparativo
• Ponderación 20%

A. 2 Realizar 3 ejercicios de la actividad 6 y 2 de la actividad 8, de la guía didáctica. 5 de la actividad 11 y 5 de la actividad 12. Los ejercicios que se realizaran los indicare yo en el medio que ocupe para explicar los ejercicios relacionados a cada tema.
     Ponderación 20%

A3. Practica 2,Realizaremos un actividad en equipos referente al tema de fuerzas, trabajaremos de manera virtual. No hay necesidad de salir de sus casas.
Ponderación 30%

A4. Se  realizara la actividad de evaluación 1.2.1 de la guía didáctica esta será realizada de manera individual.
Ponderación 30%

TANTO PARA LA ACTIVIDAD 3 Y 4 SE EVALUARA EL REPORTE DE LAS PRACTICAS.

LA FECHA LIMITE DE ENTREGA DE LAS ACTIVIDADES SERA PARA EL DIA 6 DE MAYO 2020 .

"POR FAVOR PERMANEZCAN EN CASA Y CONTINUEN TRABAJANDO DE MANERA COMPROMETIDA CON SUS MODULOS"



B. Movimiento

El movimiento de los cuerpos es uno de los fenómenos físicos más analizados.  Los cuerpos, ya sean animados o inanimados, pueden estar en reposo o realizando algún tipo de movimiento. Para entender el movimiento de un cuerpo existen muchos elementos a considerar. Para comenzar podemos preguntar ¿Cuándo se halla en movimiento un cuerpo? Un cuerpo está en movimiento cuando cambia de posición. Pero entonces, el movimiento es relativo dependiendo del punto de referencia. Por ejemplo: dos pasajeros de un avión, que viajan sentados uno al lado del otro, están quietos uno con respecto al otro, sin embargo, se mueven con respecto a las personas o las ciudades por encima de las que vuela el avión. Por lo tanto, al tratarse del movimiento, debe considerarse siempre un punto de referencia.  

Otros términos relacionados con el movimiento que suelen confundirse son la trayectoria y el desplazamiento. La trayectoria es el camino que recorre el móvil (todo cuerpo en movimiento) desde un punto de salida hasta el punto de llegada, mientras que desplazamiento es una línea recta que se traza desde donde salió el móvil hasta el punto de llegada

 

Como la trayectoria puede realizarse describiendo líneas o curvas, la trayectoria puede clasificarse en:

• Rectilínea
• Curvilínea, la cual puede ser elíptica, circular o parabólica.
• Irregular

Velocidad, aceleración y distancia

Cuando un cuerpo se mueve recorre una distancia determinada. La distancia es la longitud recorrida por el móvil, es una magnitud escalar. Por ejemplo: el auto recorrió 120 km, el atleta corrió 1500 m.

Si comparamos el movimiento de una carreta con el de un automóvil, la principal diferencia estará en la velocidad de ambos móviles: decimos que el auto se mueve a mayor velocidad que la carreta. La velocidad es la distancia que recorre móvil en un tiempo determinado. Las unidades usadas para expresar la longitud o el tiempo son varias

Pero sabemos que la velocidad de un móvil puede variar. La aceleración es la variación en la velocidad del cuerpo. Si la aceleración es positiva, el móvil aumentará su velocidad, si la aceleración es negativa, el mismo disminuirá su velocidad.  

Cuando un cuerpo se mueve recorre una distancia determinada. La distancia es la longitud recorrida por el móvil, es una magnitud escalar. Por ejemplo: el auto recorrió 120 km, el atleta corrió 1500 m.

Si comparamos el movimiento de una carreta con el de un automóvil, la principal diferencia estará en la velocidad de ambos móviles: decimos que el auto se mueve a mayor velocidad que la carreta. La velocidad es la distancia que recorre móvil en un tiempo determinado. Las unidades usadas para expresar la longitud o el tiempo son varias. Pero sabemos que la velocidad de un móvil puede variar. La aceleración es la variación en la velocidad del cuerpo. Si la aceleración es positiva, el móvil aumentará su velocidad, si la aceleración es negativa, el mismo disminuirá su velocidad.  

 

De acuerdo a lo anterior, el movimiento se puede clasificar de acuerdo a la trayectoria que demuestra, la velocidad a la que mueve y si hay variaciones o no de velocidad definiendo aceleración. Estas clasificaciones son las siguientes:

1. Movimiento Rectilíneo Uniforme: MRU. Donde la partícula manifiesta una trayectoria en línea recta sobre un eje de referencia y viaja a velocidad constante.
2. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado: MRUA. Donde el móvil se mueve en línea recta, pero hay variaciones de velocidad con respecto al tiempo en un instante dado, generando la aceleración, cuyo magnitud dependerá si esta favorece o no a la velocidad, ya bien sea aumentando, en cuyo caso se considera positiva; o bien disminuyéndola o frenándola entonces se considera negativa.
3. Caída Libre: La caída libre de los cuerpos se considera un caso especial de MRUA, ya que esta se genera al caer un objeto en el vacío (en una velocidad inicial de 0 m/s) y este se ve afectado a la acción de la gravedad, la cual aumenta la velocidad de la partícula desde el instante que es dejada caer, hasta alcanzar un recorrido máximo (altura) y una velocidad final. Este movimiento se manifiesta en una trayectoria rectilínea perfecta, ya que todo objeto es "jalado" hacia el centro de la Tierra en línea recta. Esta aceleración es constante y se define de acuerdo al sistema de medición que se este usando, como se observa   
4. Tiro Vertical: Este movimiento también se considera un caso especial de MRUA, ya que en este caso un objeto puede ser lanzado hacia arriba (con una velocidad inicial distinta de cero), manifestando una trayectoria rectilínea. En esta ocasión la gravedad también jugara un factor importante ya que esta actuara de manera negativa e ira frenando la velocidad de la partícula la cual llegara a un instante en el cual logre su máximo desplazamiento (altura máxima) hasta volverse cero. 
5. Tiro Parabólico: Este movimiento se da en dos dimensiones sobre el eje X, logrando un alcance máximo y sobre el eje y logrando una altura máxima. En la primera fase sobre el eje y se considera que en  ascenso y se usan las relaciones para el tiro vertical, en el descenso las de caída libre y se toma en cuenta que la velocidad se vera afectada por el ángulo de tiro. Sobre el eje x se considera que va en MRU, ya que no recibirá impulso a lo largo del recorrido que finaliza al llegar la partícula a su destino.
6. Tiro Horizontal: Es una composición de dos movimientos, uno horizontal con velocidad constante (MRU) y otro vertical con aceleración constante (MRUA). Manifestando las siguientes características: La velocidad del movimiento se considera constante, por lo tanto se considera un MRU, en el movimiento vertical, la velocidad aumenta con aceleración constante, ya que se trata de una caída libre.
7. Movimiento Circular Uniforme: MCU. En este caso el móvil se desplaza a velocidad constante y sigue una trayectoria circular. En este movimiento se necesitan nuevos conceptos: como son el periodo y la frecuencia, así como establecer las relaciones entre grados, radianes y ángulos, para poder establecer las velocidades y aceleraciones de las partículas en esta trayectoria, como es la Velocidad angular y velocidad tangencial.
8. Movimiento Circular Uniformemente acelerado: MCUA. Cuando la velocidad angular de un móvil en movimiento circular uniforme se incrementa a razón constante se genera este tipo de movimiento, de manera análoga a lo que sucede en el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado la aceleración angular es el cambio de velocidad angular en un lapso determinado, mismo que se denomina aceleración angular

La siguiente presentación nos servirá para establecer mecanismos de resolución de problemas de los primeros 4 tipos de movimiento

Actividad 2 del presente contenido

Los siguientes link indican las principales características del tiro parabólico y tiro horizontal, realiza un cuadro comparativo con sus principales semejanza y diferencias
 a) Tiro horizontal
 b) Tiro parabólico

Esta actividad será evaluada en todos los grupos: 401, 402, 403,404, 405. Será integrada a la actividad que se acordó en clases para evaluación: EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS.

Actividad 3 del presente contenido:
En las siguientes diapositivas se presenta ejemplos de resolución de los movimientos tiro horizontal y tiro parabólico. Esta actividad también se integrara a los ejercicios complementarios.

Para dar por terminado este contenido analizaremos los últimos dos tipos de movimientos: Movimiento Circular Uniforme y Circular Uniformemente acelerado,
En el siguiente link encontraras información de estos temas. Con ella realizaras un mapa mental.

En las siguientes diapositivas encontraras ejemplos de resolución de problemas donde aplicaras los conceptos referentes al tema y puedas realizar ejercicios sobre este tipo de movimiento.

Conversión de unidades

Las magnitudes físicas quedaran correctamente expresadas siempre y cuando se representen con una unidad de medición, sino la presentan tendremos el problema de desconocer de que tipo magnitud se realizo un análisis, así al realizar un estudio, cálculos o transacciones donde se haga necesario especificar una unidad de medición, se debe considerar que es esta la necesaria para lograr un entendimiento consensado para todos los que participen del proceso. Cuando esto no se logra, se pueden contar con las herramientas que las matemáticas nos proporcionan y así generar métodos adecuados que todos podemos usar para lograr un entendimiento común a la hora de usar unidades de medición, o también en el momento en que al realizar un problema estas no sean análogas para el sistema en que deben darse los resultados.

 

En la siguiente link encontraras métodos para realizar conversión de unidades

Magnitudes

Magnitudes Fundamentales.

Las magnitudes fundamentales son magnitudes físicas elegidas por convención que permiten expresar cualquier magnitud física en términos de ellas.​ Gracias a su combinación, las magnitudes fundamentales dan origen a las magnitudes derivadas. Las siete magnitudes fundamentales utilizadas en física adoptadas para su uso en el Sistema Internacional de Unidades son la masa, la longitud, el tiempo, la temperatura, la intensidad luminosa, la cantidad de sustancia y la intensidad de corriente.

Magnitudes derivadas.

Las magnitudes derivadas se usan para las siguientes magnitudes: superficie, volumen, velocidad, aceleración, densidad, frecuencia, periodo, fuerza, presión, trabajo, calor, energía, potencia, carga eléctrica, diferencia de potencial, potencial eléctrico, resistencia eléctrica, etc

 

Magnitudes escalares y vectoriales.

Una magnitud escalar es la que para quedar correctamente expresada se necesita representar mediante un numero y su unidad de medición, por ejemplo: la masa: Un cuerpo puede poseer 5 kg o 5 gr, la medida de su magnitud queda representada por el numero y su unidad de medición que nos indican cuan grande o pequeño será esta porción de materia.

Una magnitud vectorial será aquella que para quedar correctamente expresada además del número y la unidad se necesita  precisar la dirección y el sentido. Por ejemplo: el peso de una piñata de 400 Newtons y como sabemos es orientado sobre la vertical hacia abajo por la acción de la aceleración debida a la gravedad.