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.
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
