LEYES DE NEWTON

Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica en particular aquellos relativos al movimiento de 

los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo.

Constituyen los cimientos no solo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones... La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.

En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos: por un lado constituyen, junto con la transformación de galileo, la base de la mecánica clásica, y por otro, al combinar estas leyes con la ley de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario. Así, las leyes de Newton permiten explicar, por ejemplo, tanto el movimiento de los astros como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano y toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas. Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra  philosophiae naturalis principia mathematica .

La dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, solo se cumple en los sistemas de referencia inerciales (que se mueven a velocidad constante; la Tierra, aunque gire y rote, se trata como tal a efectos de muchos experimentos prácticos). Solo es aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz; cuando la velocidad del cuerpo se va aproximando a los 300 000 km/s (lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-inerciales) aparecen una serie de fenómenos denominados efectos relativistas. El estudio de estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud, fundamentalmente) corresponde a la teoría de la relatividad especial, enunciada por Albert Einstein en 1905

PRIMER LEY DE NEWTON

PRIMER LEY DE NEWTON O LEY DE INERCIA.

La primera ley de Newton nos habla de la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o movimiento

                    SI ∑F=0 EL CUERPO CONSERVA SU EQUILIBRIO

 

La tendencia de un cuerpo a resistir un cambio en su movimiento se llama inercia. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo. El peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo, que no debe confundirse con su masa.

Otra forma de establecer la misma premisa puede ser:

Todo objeto continuará en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a menos que sea obligado a cambiar ese estado debido a fuerzas que actúan sobre él

Una explicación para esta ley es que establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante

Un ejemplo de esto puede encontrarse en el movimiento de los meteoritos y asteroides, que vagan por el espacio en línea recta a velocidad constante, siempre que no se encuentren cercanos a un cuerpo celeste que los desvíe de su trayectoria rectilínea.

2DA LEY DE NEWTON.

La Segunda Ley de Newton se puede resumir como sigue: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.

La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por 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

Ejemplos habituales de la aplicación de fuerzas, serían por ejemplo el juego de la cuerda. Las fuerzas que actúan en la misma dirección y sentido se suman, mientras que las que actúan en la misma dirección y sentido contrario se restan. Así uniendo las fuerzas usando la cuerda varias personas son capaces de producir un efecto mucho mayor.

CONCEPTOS BASICOS

CONCEPTOS BASICOS FISICA ll

MASA:

Masa es un concepto que identifica a aquella magnitud de carácter físico que permite indicar la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Dentro del Sistema Internacional, su unidad es el kilogramo (kg.). Esta noción, que tiene su origen en el término latino Massa, también se aprovecha para hacer referencia a la mezcla que surge al incorporar un líquido a una materia que ha sido previamente desmenuzada, cuyo resultado es una sustancia espesa, blanda y consistente.

Físicamente , la masa es la medida cuantitativa de la inercia

 

 

INERCIA:

Es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse a cambiar su estado de reposo o de Movimiento Rectilíneo Uniforme.

Es la resistencia que opone la MATERIA a modificar su estado de movimiento, incluyendo cambios en la velocidad o en la dirección del movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo relativo o MRU relativo si no hay una fuerza que, actuando sobre él, logre cambiar su estado de movimiento.











Masa:
Es la medida cuantitativa de la inercia.

 

SISTEMAS DE REFERENCIA INERCIALES:

 

Son aquellos sistemas de referencia que están fijos o se mueven con velocidad constante con respecto a algún punto.

 

TERCERA LEY DE NEWTON

TERCERA LEY DE NEWTON

“cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otra, este último ejercerá sobre el primero otra fuerza de la misma magnitud, la misma dirección pero de sentido contrario”

*Una persona que rema en una lancha empuja el agua con el remo en una dirección y el agua responde empujando la lancha en dirección contraria

APLICACIONES

EJERCICIOS DE APLICACIÓN.

El siguiente enlace los enviara a una presentación con ejemplos  de las leyes de Newton.

http://es.slideshare.net/CesarMoraS/ejercicios-de-leyes-de-newton-12930674

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL.

Ley de Gravitación Universal.

 La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener una masa determinada.

Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al cuadrado de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y está dirigida según la recta que une los cuerpos. Dicha fuerza se conoce como fuerza de la gravedad o fuerza gravitacional y se expresa de la forma:

 Fg=−G⋅M⋅mr2⋅u⃗ r

donde:

• F⃗ g :Es el vector fuerza gravitatoria. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el newton (N)
• G es la constante de gravitación universal, que no depende de los cuerpos que interaccionan y cuyo valor es G = 6,67·10-11 N·m2/kg2, 
• M y m son las masas de los cuepos que interaccionan. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el kilogramo (kg)
• r es la distancia que los separa. Es el módulo del vector r⃗  , que une la masa que genera la fuerza con la masa sobre la que actúa.
• u⃗ r es un vector unitario que posee la misma dirección de actuación de la fuerza aunque de sentido contrario.

Por tanto, la interacción gravitatoria entre dos cuerpos siempre se manifiesta como una pareja de fuerzas iguales en dirección y módulo pero sentido contrario. El carácter atractivo de la fuerza se indica mediante el signo - de la expresión anterior. 

                                       

1.- Una masa de 800 kg y otra de 500 kg se encuentran separadas por 3m, ¿Cuál es la fuerza de atracción que experimenta la masa?

Solución: La situación del problema es muy sencilla de resolver, ya que basta en tomar los datos y reemplazar en la fórmula, como podemos ver las masas se encuentran en kilogramos, y la distancia en metros, por lo que no habría necesidad de convertir a otras unidades, ahora veamos el uso de la fórmula.

Reemplazando datos

Por lo que:

SEGUNDO PARCIAL

DINÁMICA.

DINÁMICA.

La parte de la Mecánica Clásica  que estudia las causas del movimiento.

El estudio de las causas del movimiento data de mucho tiempo atrás. Antes de nuestra era, Aristóteles concebía el movimiento de dos maneras:

• El movimiento natural: El que tenían los cuerpos por su “naturaleza”, es decir se suponía que los objetos se movían buscando sus lugares naturales, como la caída de una roca al suelo, o el ascenso del vapor hacia las nubes.
• El movimiento violento: Como resultado de la acción de las fuerzas externas que empujaban o jalaban los cuerpos.

Galileo en el Siglo XVI demostró experimentalmente que "No se requiere de la acción de una fuerza para que un cuerpo conserve su movimiento, pero si para modificarlo”. Este enunciado es conocido como Principio de Inercia de Galileo.

Galileo descubrió la existencia de la fuerza de rozamiento y el concepto de inercia de los cuerpos. 

Isaac Newton (1665) continuo los estudios de las causa del movimiento siguiendo los principios de Galileo.

IMPORTANCIA DE LA DINÁMICA

Como sabemos , la Dinámica estudia las causas que originan el movimiento, por lo que resulta demasiado importante el introducirse al estudio de la misma, ya que sin ello resultaría imposible el saber el porqué del movimiento de los cuerpos que a menudo observamos en nuestro entorno, así como también, como se detienen.

Por ejemplo el despegue de una nave espacial, el frenado de un ferrocarril, el patinar sobre una pista de hielo y la diferencia en una pista de cemento etc.

Sabiendo las causa del movimiento, también podemos mejorar y perfeccionar el funcionamiento de los Aviones, Automóviles o cualquier otro medio de transporte, y maquinarias empleadas  en la industria.

TRABAJO MECANICO

TRABAJO MECÁNICO

Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectúa un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía. 

En el S.I se mide en Joule y comúnmente se usa otra unidad llamada caloría, para referirse al trabajo mecánico.

1 Joule = 1 Newton · 1 metro = kg m²/s²

4,18 Joule = 1 Cal 

Figura I

Figura 2

Como se puede observar, cuando la fuerza no va paralela al desplazamiento, sólo realiza trabajo mecánico la componente de esa fuerza que está en dirección del vector desplazamiento, por ello en la ecuación aparece la función coseno, aplicada sobre el ángulo entre ellos. Específicamente, el trabajo es el producto punto entre la fuerza y el desplazamiento.

Importancia del ángulo en el trabajo

 

Como hemos visto, en la ecuación de trabajo, el último término es una función coseno aplicada a un ángulo. Este ángulo nos permitirá saber cuándo el trabajo es negativo, cuando es positivo y cuando es nulo.

En el primer caso cuando el trabajo es positivo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo que va desde los 0° hasta los 89°, siendo máximo cuando la fuerza y el desplazamiento van en la misma dirección y sentido ( ángulo entre ellos 0, cos 0° =1)

En el segundo caso cuando el trabajo es negativo, la fuerza y el desplazamiento  forman un ángulo mayor a 91° hasta los 180°, siendo máximo, pero de forma negativa cuando el ángulo es 180, pues cos 180° = -1 

En el tercer caso cuando el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 90°, por lo que el cos 90° = 0, demostrando que el trabajo es cero.

La niña de la imagen aplica sobre la carretilla una fuerza F, constante, que mantiene un ángulo θ = 60º con respecto a la horizontal. Fy y Fx son las componentes rectangulares de F. De acuerdo al planteamiento del trabajo, sólo la componente de la fuerza que es paralela al desplazamiento realiza trabajo sobre la carretilla.

 

Por lo general no hay sólo una fuerza aplicada sobre un sistema mecánico, para ello se calcula el trabajo hecho por cada fuerza y se suma de manera de obtener el trabajo neto.

 

W_neto= W_P+W_N+W_FR+W_F

 

 

 

Potencia del Trabajo

La potencia se puede entender como la rapidez con la que se efectúa trabajo y se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo. La potencia mecánica se simboliza con la letra P

P = W/Δt

 

También la potencia la podemos expresar en término de la velocidad, para cuando la fuerza es constante

P =F v

 

Las unidades para la potencia en el S.I son el Watts, el cual se define como Joule/s, de esta manera las equivalencias de otras unidades con el Watts son:

 

1 kW= 1000 W

1 Hp=746 W

 

 

ENERGÍA MECANICA

ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica se puede definir como la capacidad de producir un trabajo mecánico que posee  un cuerpo debido a causas de origen mecánico, como su posición o su velocidad. Existen dos formas de energía mecánica que son la energía cinética y la energía potencial

Donde:

es la energía cinética del sistema.

es la energía potencial gravitacional del sistema.

, es la energía potencial elástica del sistema

POTENCIA.

Potencia

Se define la potencia como la rapidez con la que se realiza un trabajo. Su expresión viene dada por:

                                                                      P=Wt

Donde:

• P: Potencia desarrollada por la fuerza que realiza el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Vatio (W)
• W: Trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J)
• t: Tiempo durante el cual se desarrolla el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s).

Aunque existen otras unidades de medida de la potencia, el sistema internacional mide la potencia en vatios (W). La ecuación de dimensiones de la potencia relaciona los vatios con julios y segundos o bien con kilogramos, metros y segundos:

[P]=M⋅L2⋅T−3

P=Wt⇒1W=1J1s=1J⋅s−1=1kg⋅m2⋅s−3;

Determina la potencia que necesita una grúa para elevar un coche de dos toneladas hasta una altura de 25 metros en medio minuto.

Solución

En primer lugar, identificamos los datos que nos proporcionan en el enunciado y los convertimos a unidades del Sistema Internacional cuando sea necesario.

• Masa del objeto m = 2 T  => m = 2000 kg
• Altura ∆h = 25 m
• Tiempo t = 0.5 min => t = 30 s

Sabemos que 

P=Wt

Nos falta conocer el trabajo desarrollado por la grúa. Para ello aplicamos la expresión del trabajo W=F⃗ ⋅∆r⃗ .

• F⃗  :La fuerza será,al menos, la necesaria para vencer al peso, es decir, de igual módulo y sentido contrario. Esto hará que el cuerpo ascienda con velocidad constante.
• ∆r⃗  : El vector desplazamiento tiene de módulo el espacio recorrido, es decir, la altura a la que se eleva el objeto y de sentido el mismo que la fuerza (α=0).

Considerando el valor de g = 10 m/s2 nos queda:

F=P=m⋅g;

W=F⋅∆h⋅cos(0)=20000⋅25=500000 J;

P=Wt=50⋅10430=1.6⋅104W