UNIVERSIDAD MARIANO GÁLVEZ DE GUATEMALA Facultad de Ingeniería En Sistemas de Información y Ciencias de la Computación.
Física I Ing. Noé Castillo Lemus
Texto Paralelo Física I
Vanessa Zenayda Meda Betancourth 7490-21-11129
01 de junio de 2022
Contenido SEMANA 1 .......................................................................................................................................5 Conversiones Magnitudes y unidades .................................................................................5 Estimaciones y orden de Magnitud ......................................................................................5 SEMANA 2 .......................................................................................................................................9 Vectores .......................................................................................................................................9 Suma de Vectores por Componentes ..................................................................................9 Producto de Vectores ...............................................................................................................9 SEMANA 3 .....................................................................................................................................12 Representación gráfica del producto escalar ..................................................................12 Desplazamiento y Velocidad Media ....................................................................................13 Desplazamiento .......................................................................................................................13 Velocidad Media ......................................................................................................................13 SEMANA 4 .....................................................................................................................................16 Movimiento rectilíneo Uniforme...........................................................................................16 SEMANA 5 .....................................................................................................................................19 Caída Libre ................................................................................................................................19 SEMANA 6 .....................................................................................................................................22 Movimiento Parabólico ..........................................................................................................22 SEMANA 7 .....................................................................................................................................24 Movimiento Circular ...............................................................................................................24 SEMANA 8 .....................................................................................................................................28 Leyes de Newton .....................................................................................................................28 Fuerzas e interacciones .........................................................................................................28 Superposición de fuerzas .....................................................................................................28 Primera Ley de Newton ..........................................................................................................29 Segunda Ley de Newton ........................................................................................................30 SEMANA 9 .....................................................................................................................................33 Aplicación de Leyes de Newton...........................................................................................33 Fuerza de Rozamiento o de Fricción ..................................................................................34 Fuerza de Tensión ...................................................................................................................34 2
Aceleración ...............................................................................................................................35 SEMANA 10 ...................................................................................................................................38 Trabajado realizado por fuerza constante .........................................................................38 Trabajo realizado por fuerza variable .................................................................................38 SEMANA 11 ...................................................................................................................................42 Teorema de trabajo y Energía cinética...............................................................................42 SEMANA 12 ...................................................................................................................................45 Conservación de energía.......................................................................................................45 SEMANA 13 ...................................................................................................................................47 Cantidad de movimiento e impulso ....................................................................................48
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INTRODUCCION El siguiente texto paralelo nos muestra todos los temas vistos en el semestre temas de nuestro interés y de gran relevancia ya que nos puede ayudar en los diferentes aspectos de nuestra vida. La física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía y establece las leyes que explican los fenómenos naturales, Excluyendo los que modifican la estructura molecular de los cuerpos.
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SEMANA 1 Conversiones Magnitudes y unidades En la mayoría de las situaciones y por causa de diversas cantidades con unidades diferentes, se requiere convertir la medición de una unidad en otra, por lo que mencionamos algunos pasos que nos facilitarán el proceso de conversión. 1. Debemos escribir la cantidad que deseamos convertir, lo podemos representar para mayor entendimiento por medio de un Diagrama. (Más adelante se ejemplifica). 2. Se tienen que definir las unidades a convertir en las unidades requeridas. 3. Los factores de conversión tienen que ser recíprocos, uno del otro, por lo que siempre existirán dos factores. 4. Se multiplicarán las cantidades a convertir por los otros factores (Tanto Numeradores como Denominadores). 5. Se dividen los resultados dados en el paso anterior. 6. Por último, se eliminan las unidades, quedando solamente las deseadas.
Estimaciones y orden de Magnitud El orden de magnitud puede estimarse utilizando el sentido común y la observación, así como expresando un número en su formato de notación científica. Cuando existe
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una relación entre cantidades, los cálculos del orden de magnitud a menudo dan resultados útiles.
Suma de Vectores La suma geométrica de dos vectores es una ley que asocia un tercer vector a dos vectores dados por medio de la composición geométrica de la ley del paralelogramo, cuya ecuación es S= A+B, sin embargo, existen varias maneras de resolver una suma de vectores además de ésta, entre ellas podemos considerar al método del polígono, el método del triángulo, el método analítico, el método gráfico.
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SEMANA 2 Vectores En matemática y física, un vector [a] es un ente matemático como la recta o el plano. Un vector se representa mediante un segmento de recta, orientado dentro del espacio euclidiano tridimensional.
Suma de Vectores por Componentes
Suma de vectores por componentes. Para sumar por componentes necesitamos saber los componentes en “x” y en “y” de cada vector, para esto se hace el siguiente proceso: Primero sacamos los ángulos de cada vector al eje “x” positivo. **Este método tiene la ventaja de sumar o restar dos o más vectores a la vez.
Producto de Vectores El producto vectorial es una operación usual en el mundo de la geometría analítica, sobre todo en lo referente a los movimientos que se expresan con vectores. Hay que agregar que es de gran utilidad cuando se hacen trabajos donde se calculan 9
magnitudes que se desplazan en un espacio tridimensional. Igualmente, ocurre que este producto se lleva a cabo entre dos vectores existentes.
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SEMANA 3 Representación gráfica del producto escalar El producto escalar de un vector a→ y otro b→, denotado como a→ · b→ devuelve un número (escalar) tal que, a→ · b→= a→ · b→ · cosα donde α es el ángulo que forman los vectores a→ y b→. El cálculo del producto escalar de estos dos vectores se simplifica cuando estos son perpendiculares o paralelos entre sí: • • • •
Si son perpendiculares, el ángulo forma 90º y el producto es 0 Si son paralelos, tenemos dos posibilidades: Si tienen el mismo sentido, el producto escalar es la multiplicación de sus módulos Si NO tiene el mismo sentido, el producto escalar es la multiplicación de sus módulos añadiéndole el signo negativo.
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Desplazamiento y Velocidad Media Desplazamiento Matemáticamente, el desplazamiento (Δd) se calcula como: donde df es la posición final y di es la posición inicial del objeto. El signo del resultado de la operación indica la dirección del desplazamiento según el sistema de coordenadas definido. En el caso anterior, el desplazamiento hubiese sido +12m al este. Desplazamiento Δx es el cambio de posición de un objeto: Δx=xf−x0,Δx=xf−x0, donde Δx es el desplazamiento, xf es la posición final, y x0 es la posición inicial.
Velocidad Media La velocidad media o velocidad promedio es aquella que describe el movimiento de una partícula entre un tiempo determinado, al punto final le restamos el valor del punto inicial, aremos lo mismo con el tiempo y nos quedaran como resultados los cambios de los valores de desplazamiento entre tiempo. x = Distancia (movimiento), será en metros (m). Si x1x1 y x2x2 son las posiciones de un objeto en los tiempos t1t1 y t2t2, respectivamente, entonces Velocidad media =v-=Desplazamiento entre dos puntos, Tiempo transcurrido entre dos puntos V-=Δx=x2-x1t2-t1.
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SEMANA 4 Movimiento rectilíneo Uniforme El movimiento rectilíneo uniforme se rige por principio de la Ley de Inercia de Newton:” Todo cuerpo se mantiene en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas externas impuestas sobre él”. Esta ley postula por tanto que un cuerpo no puede cambiar su estado inicial, sea este de reposo o de movimiento, si no existen fuerzas resultantes que actúen en alguna dirección. la velocidad de desplazamiento v se calcula considerando la distancia recorrida ∆x en un intervalo de tiempo ∆t.
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SEMANA 5 Caída Libre La caída libre se produce cuando una acción o un índice bursátil rompe el soporte de precio y cae oír debajo del mismo. Es un termino muy utilizado en el análisis técnico y conlleva un periodo bajista.
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SEMANA 6 Movimiento Parabólico El movimiento parabólico, también conocido como tiro oblicuo, es un ejemplo de composición de movimientos en dos dimensiones: un m.r.u. en el eje horizontal y un m.r.u.a. en el eje vertical.
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SEMANA 7 Movimiento Circular El movimiento circular uniforme (m.c.u.) es un movimiento de trayectoria circular en el que la velocidad angular es constante. Esto implica que describe ángulos iguales en tiempos iguales. En él, el vector velocidad no cambia de módulo, pero sí de dirección (es tangente en cada punto a la trayectoria). Esto quiere decir que no tiene aceleración tangencial ni aceleración angular, aunque sí aceleración normal.
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SEMANA 8 Leyes de Newton Fuerzas e interacciones
Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente”. Es por eso por lo que siempre que hablamos de la fuerza que ejerce un cuerpo sobre otro, a eso se le llama interacción de fuerzas o fuerzas e interacciones. Cuando una fuerza implica contacto directo entre dos cuerpos, como un empujón o un tirón que usted ejerce con la mano sobre un objeto, la llamamos fuerza de contacto. La fuerza de contacto resulta de la interacción entre dos cuerpos a través de un contacto físico entre ellos. Existen distintas clases de fuerza de este tipo, como fuerza de empuje, fuerza de fricción o fuerza de tensión.
Superposición de fuerzas El efecto de cualquier cantidad de fuerzas aplicadas a un punto de un cuerpo es el mismo de una sola fuerza igual a la suma vectorial de las fuerzas. Éste es el importante principio de superposición de las fuerzas.
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Primera Ley de Newton El enunciado de la primera ley de Newton, también llamada ley de inercia establece lo siguiente: Un cuerpo permanece en reposo o velocidad constante si no actúa ninguna fuerza exterior sobre él. Es decir, se debe aplicar una fuerza sobre un cuerpo para que cambie su estado de movimiento o reposo. Formula = Σ F = 0 ↔ dv/dt = 0. Ejemplo: Un sofá colocado en reposo sobre el suelo. Si no se ejerce ninguna fuerza sobre el sofá, este no se moverá y se quedará quieto. Pero si se empuja el sofá con una fuerza suficientemente grande, el sofá adquirirá velocidad y por tanto cambiará su estado de movimiento.
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Segunda Ley de Newton La Segunda Ley de Newton también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo. Formula: F = m a Ejemplo: Dos niños están sentados en un columpio. Uno de ellos se balancea aplicando poca fuerza y su aceleración es más lenta. El segundo niño se balancea con más fuerza y su aceleración es mayor.
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SEMANA 9 Aplicación de Leyes de Newton Al constituir los fundamentos de toda la dinámica de la partícula y de los sistemas, las aplicaciones de las leyes de Newton son ilimitadas. No obstante, al estudiar los problemas típicos de la dinámica de la partícula, existen una serie de elementos que aparecen con frecuencia, individualmente o de forma combinada. Por ello, conviene analizar con una cierta extensión los aspectos fundamentales de estas aplicaciones, dejando para la parte de problemas las combinaciones de diferentes elementos. Así, son elementos comunes: • • • • •
El movimiento de los cuerpos por acción de la gravedad. Los sólidos elásticos (resortes) y otros sistemas oscilantes (como péndulos). Las fuerzas de reacción que actúan partículas que se hallan sobre superficies u obligadas a moverse a lo largo de una curva. La presencia de varillas rígidas o hilos flexibles (péndulos y poleas). El rozamiento, seco o viscoso
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Fuerza de Rozamiento o de Fricción La fuerza de rozamiento o de fricción (FR→) es una fuerza que surge por el contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento. A grandes rasgos, las características de la fuerza de rozamiento se pueden resumir en los siguientes puntos: • •
Se opone al movimiento de un cuerpo que se desliza en contacto con otro. Depende de 2 factores: ✓ la naturaleza de los materiales que se encuentran en rozamiento y el tratamiento que han seguido. Este factor queda expresado por un valor numérico llamado coeficiente de rozamiento o de fricción. ✓ la fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, es decir, la fuerza normal.
Fuerza de Tensión Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que, aplicada a un cuerpo elástico tiende a producirle una tensión, este ultimo concepto posee diversas definiciones, que dependen de la rama del conocimiento desde la cual se analice. Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un cuerpo a otro.
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Aceleración La aceleración es el nombre que le damos a cualquier proceso en donde la velocidad cambia. Como la velocidad es una rapidez y una dirección, solo hay dos maneras para que aceleres; cambia tu rapidez o cambia tu dirección (o cambia ambas)
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SEMANA 10 Trabajado realizado por fuerza constante Trabajo realizado por una fuerza constante al mover un objeto es igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y los componentes de la fuerza paralela al desplazamiento. Obsérvese que si ɵ=0°, el trabajo. será determinado por el producto entre F y d.
El trabajo es positivo si la fuerza se aplica en el mismo sentido que se realiza el desplazamiento y negativo si se opone a él. El trabajo es nulo si no hay desplazamiento. Una persona puede ejercer toda la fuerza que quiera contra una pared, hasta agotarse.
Trabajo realizado por fuerza variable Para calcular el trabajo realizado por una fuerza variable, podemos proceder dividiendo el desplazamiento en pequeños tramos iguales, y suponer que la fuerza es "más o menos" constante en dichos tramos. Sumando el área de todos los tramos se obtiene, aproximadamente, el trabajo.
En general, las fuerzas son variables, esto es, cambian con el tiempo y/o la posición. Si una fuerza variable F está moviendo a un objeto a lo largo de un eje desde una posición inicial a otra final, ya no se puede usar la expresión anterior para calcular el trabajo. realizado por la fuerza.
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SEMANA 11 Teorema de trabajo y Energía cinética La energía cinética es la energía que un objeto tiene debido a su movimiento. Si queremos acelerar un objeto debemos aplicar una fuerza. Para hacerlo necesitamos realizar un trabajo. Como resultado, transferimos energía al objeto y este se moverá con una nueva velocidad constante.
El trabajo es la transferencia de energía mecánica de un objeto a otro. Dado que el trabajo es un movimiento de energía, se mide en las mismas unidades que la energía, julios (J). La definición de trabajo en un contexto de física es bastante diferente a cómo se usa en la vida cotidiana. Se define como sigue: El trabajo se realiza cuando se aplica una fuerza a un objeto a través de una distancia.
Esto significa que cuando se aplica una fuerza a un objeto a lo largo de una distancia, la energía total del objeto se verá afectada. El objeto se acelerará o desacelerará, lo que resultará en un cambio de su energía cinética (como se ve en la Fig. 1), o tendrá una energía potencial alterada si, por ejemplo, se levantó una cierta altura bajo la fuerza de la gravedad.
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SEMANA 12 Conservación de energía La ley de la conservación de la energía 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 se crea ni se destruye, solo se transforma, 1 por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía térmica en un calefactor.
La conservación de la energía puede demostrarse rigurosamente mediante el teorema de Noether como consecuencia de la simetría de traslación del tiempo continuo; es decir, a partir del hecho de que las leyes de la física no cambian con el tiempo, como lo indica la famosa fórmula de Albert Einstein de E = m.c2
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W t = W n c + W c.
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Por el Teorema de la Energía Cinética, W t = ∆ E c.
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Por otro lado, las fuerzas conservativas cumplen que.
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Wt=Wnc+Wc⇒∆Ec=Wnc-∆Ep⇒∆(Ec+Ep⏟Em)=Wnc⇒ ∆ E m = W n c.
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SEMANA 13 Cantidad de movimiento e impulso La cantidad de Movimiento de un de un cuerpo de masa m moviéndose a velocidad v se define como el producto entre m y v siendo una magnitud vectorial. Esta relación nos dice que el Impulso aplicado a un cuerpo es igual a la variación de la Cantidad de Movimiento del cuerpo.
El impulso 𝑰 de una fuerza F aplicada sobre un cuerpo de masa m durante un tiempo ∆t se define como el producto entre F y ∆t siendo 𝑰 una magnitud vectorial.
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COMENTARIO
Al realizar este texto paralelo practique mas sobre los temas en teoría y en práctica, así que realizar este tipo de trabajos es de gran ayuda para los estudiantes. En este semestre de física vimos temas como las leyes de newton que incluye la masa, la velocidad, gravedad, fuerza, y de esta manera podemos resolver muchos problemas que se nos puedan presentar.
Otro tema de los que vimos es el movimiento circular uniforme que nos indica que es cuando se produce un movimiento con trayectoria circular en el que la velocidad angular es constante por eso es que los ángulos son iguales con tiempos iguales..
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CONCLUCIONES
A lo largo de este trabajo pudimos percibir los conocimientos obtenidos durante este curso que nos serán de gran utilidad para afrontar planteamientos en un futuro.
En cada tema desarrollamos habilidades diferentes, así como, también obtuvimos experiencias y vivencias con todos los temas que abarcamos.
En verdad la física está en todo lo que hacemos como en un principio ya lo había dicho cabe recalcar que la física y sus leyes son importantes para nuestra vida cotidiana y que debemos de saber emplearla porque muchas veces es necesaria
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RECOMENDACIONES
Les recomiendo que empiecen a estudiar no solo los temas en este trabajo, sino que todos los que puedan.
De igual manera deberíamos de practicar con ejercicios para demostrar que si aprendimos y se nos quedaron los procedimientos.
La física es una clase muy compleja y de mucha información y debemos de ampliar nuestros conocimientos y llevarlos al límite ya que nos ayudaran en nuestro futuro.
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