4°B Economia - Int. a la Fisica 2021

Materia: Int. a la Física

Curso: 4°B Economía

Profesor: Gastón Carbonelli

EMPEZAR

Año: 2021

Índice

Unidad 1: Energía

Unidad 2: Fuerzas

Actividades Resueltas

Fuerzas Oblicuas

Ejercitación

Ejercitación para practicar

1) Una silla de 12.0 kg de masa descansa en un piso horizontal, que tiene cierta fricción. Usted empuja la silla con una fuerza F = 40.0 N dirigida con un ángulo de 37.0° sobre la horizontal, y la silla se desliza sobre el piso. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la silla. b) Use su diagrama y las leyes de Newton para calcular la fuerza normal que el piso ejerce sobre la silla.

2) Un esquiador de 65.0 kg de masa es remolcado cuesta arriba por una ladera nevada con rapidez constante, sujeto a una cuerda paralela al suelo. La pendiente es constante de 26.0° sobre la horizontal, y la fricción es despreciable. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre claramente marcado para el esquiador. b) Calcule la tensión en la cuerda.

Ejercitación para practicar

3) Un trabajador de bodega empuja una caja de 11.2 kg de masa sobre una superficie horizontal con rapidez constante. El coeficiente de fricción dinámica entre la caja y la superficie es de 0.20. a) ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar el trabajador para mantener el movimiento constante?

4) Una caja de herramientas de 45.0 kg descansa sobre un piso horizontal. Usted ejerce sobre ella un empuje horizontal cada vez mayor sobre ella, y observa que la caja empieza a moverse justo cuando su fuerza excede 315 N. Después de lo cual, debe reducir el empuje a 180 N para mantener la caja en movimiento a velocidad constante a) ¿Cuáles son los coeficientes de fricción estática y cinética entre la caja y el piso? b) ¿Qué empuje debe ejercer para darle una aceleración de 1.60 m/s2?

Ejercitación para practicar

5) Una caja con libros de texto de 25kg apoyada en una rampa de carga que forma un ángulo de 20° con la horizontal empieza a resbalar hacia abajo. a) Hallar el coeficiente de fricción estática. b) Sabiendo que el coeficiente de friccion dinámica es 0,25 calcule la aceleración una vez que la caja está en movimiento.

6) Sobre una rampa muy lisa (sin fricción), un automóvil de 1130 kg se mantiene en su lugar con un cable ligero. El cable forma un ángulo de 31.0° por arriba de la superficie de la rampa, y la rampa misma se eleva a 25.0°por arriba de la horizontal. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para el auto. b) Obtenga la fuerza realizada por el cable.

Actividades

Unidad 2: Dinamica

1)

- La fuerza Normal y la fuerza Peso estan Equilibradas

- Siempre vamos a buscar la Fuerza Total o Neta del problema. En este caso esta fuerza Total o Neta esta unicamente formada por la fuerza F

Actividades

Unidad 2: Dinamica

2)

- Lo primero que hacemos siempre es buscar la Fuerza Total o Neta del problema.

- Si dos o mas fuerzas del problema tienen la misma dirección, se suman.

Actividades

Unidad 2: Dinamica

3)

Calculo de la Fuerza Total como sumatoria de Fuerzas

2da Ley de Newton

- Hay que distinguir entre calcular la FT usando 2da ley de Newton y calcular FT como sumatoria de Fuerzas

Actividades

Unidad 2: Dinamica

4)

- La fuerza de rozamiento siempre es opuesta a la fuerza F

- La fuerza de rozamiento tiene una formula particular y unica, nunca se calcula como 2da ley de Newton.

- Como la masa se esta moviendo, puedo asegurar que la fuerza F es mayor que la fuerza de Rozamiento.

Actividades

Unidad 2: Dinamica

7)

Caso 1: Objeto en reposo (quieto): Objeto mas dificil de mover.Esta afectado por el mu estático. Si un objeto esta quieto y yo lo quiero mover, debo hacer una fuerza que supere la fuerza de rozamiento estatica. Caso 2: Objeto en movimimento: La fuerza de rozamiento disminuye, por lo tanto esta afectado por el mu dinámico.

Actividades

Unidad 2: Dinamica

3)

Actividades

Unidad 2: Dinamica

3)

Actividades

Unidad 2: Dinamica

3)

Unidad 2: Dinamica

La Cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe las formas del movimiento. Para hacerlo, utiliza los conceptos: tiempo, distancia, velocidad y aceleración. La cinemática resuelve problemas como los siguientes:

• ¿Qué distancia recorre un auto a velocidad constante de 90Km/h en 3hs?
• ¿Cuánto tarda en llegar al suelo una piedra que se deja caer desde un edificio de 15m?
• ¿Qué aceleración experimenta un auto que aumenta su velocidad de 0 a 100Km/h en 5 segundos?
• ¿Cuánto tardarán en encontrarse dos autos que viajan a 80Km/h y 100Km/h el uno hacia el otro si se encuentran a 200Km de distancia?
• ¿A qué velocidad choca contra el suelo una piedra soltada desde la terraza de un edificio de 30m de altura?

Unidad 2: Dinamica

La Dinámica, en cambio, estudia la relación entre el movimiento y las fuerzas que lo causan.

En el lenguaje cotidiano, fuerza es un empujón o un tirón. Una mejor definicion es que una fuerza es una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente.

Esta definicion nos habla entonces de dos variables fundamentales que forman parte de la dinamica: MASA y FUERZA. La Masa se define como la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Se mide en Kg.

Unidad 2: Dinamica

Una caracteristica fundamental de la fuerza es que es una magnitud vectorial. Esto significa que tiene magnitud (cantidad de fuerza), direccion y sentido.

Unidad 2: Dinamica

Tipos de Fuerzas

A distancia

De Contacto

• Empuje (Traer / Levantar)
• Tension (Soga / cadena)
• Elastica (Resorte)
• Rozamiento (Superficie / Aire)

• Gravitatoria (Peso)
• Magnetica

Las fuerzas que estan subrayadas son las que trabajaremos en esta unidad.

Unidad 2: Dinamica

Unidad 2: Dinamica

Superposición de Fuerzas: Puede ocurrir que un cuerpo este siendo afectado por mas de una fuerza. Para estos casos es conveniente definir una Fuerza Total que es una Fuerza equivalente a las dos o mas que participan la situacion.

Caso 3:

Caso 1:

Caso 2:

Suponiendo que:

Suponiendo que:

Unidad 2: Dinamica

Leyes de Newton: Los principios de la dinamica se resumen en tres leyes claramente enunciadas por Isaac Newton en 1687.Las leyes de Newton no son producto de deducciones matemáticas, sino una síntesis que los físicos han descubierto al realizar un sinnúmero de experimentos con cuerpos en movimiento. Dichas leyes son verdaderamente fundamentales porque no pueden deducirse ni demostrarse a partir de otros principios.

Unidad 2: Dinamica

1ra Ley de Newton: un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza neta (Total) se mueve con velocidad constante (puede ser cero) y aceleración cero.

Cuerpo inicialmente en reposo

Cuerpo inicialmente en movimiento

Velocidad de movimiento constante

No hay movimiento

Hay movimiento

Hay cambio de velocidad

Unidad 2: Dinamica

2da ley de Newton: si una fuerza externa neta actúa sobre un cuerpo, éste se acelera. La dirección de aceleración es la misma que la dirección de la fuerza neta. El vector de fuerza neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración.

En breve aprenderemos a usar correctamente esta formula

Unidad 2: Dinamica

Sistema Internacional de Unidades

Distancia

Tiempo

Velocidad

Tiempo

Aceleracion

Masa

Fuerza

Unidad 2: Dinamica

Tercera ley de Newton: Si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (una “acción”), entonces, B ejerce una fuerza sobre A (una “reacción”). Estas dos fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección opuesta, y actúan sobre diferentes cuerpos.

Unidad 2: Fuerzas

Fuerza Peso

La fuerza Peso es una fuerza gravitacional que afecta a todos los cuerpos por el hecho de estar en la Tierra. En nuestro sistema de referencia, esta fuerza siempre irá hacia abajo. La fuerza Peso, como toda fuerza, responde a la segunda ley de Newton, con una particularidad. La aceleracion de la fuerza Peso es la aceleracion de la gravedad.

Unidad 2: Fuerzas

Fuerza Normal

Dijimos que un cuerpo con Fuerza Total distinta de 0 modifica su velocidad. Ahora bien, si la fuerza Peso afecta a todos los cuerpos en todo momento por que no se mueve hacia abajo un objeto apoyado en el suelo? La fuerza Normal es la fuerza que realiza una superficie sobre un cuerpo como reaccion a la fuerza Peso (3ra ley de Newton). Dicha fuerza contrarresta a la fuerza Peso dejando al cuerpo en equilibrio vertical.

Unidad 2: Fuerzas

Fuerza de Rozamiento

Fuerza de Rozamiento: Fuerza de oposición generada por el contacto con una superficie.

Unidad 2: Fuerzas

= mu

no se mueve

Coeficiente de Rozamiento Estático

no tiene unidad

se mueve

Coeficiente de Rozamiento Dinámico

Fuerza de Rozamiento

Caso 1:

Fuerza de Rozamiento

Caso 1:

Utilizaremos el mu estatico porque el objeto empieza en reposo

Fuerza de Rozamiento

Caso 1:

Como al objeto le hago una fuerza de 150N, no voy a poder moverlo

Fuerza de Rozamiento

Caso 2:

Fuerza de Rozamiento

Caso 2:

Instante 1: Objeto en reposo

Instante 2: Objeto en movimiento

Como F > Fr, el objeto se empieza a mover

Fuerzas oblicuas

En todos los ejercicios que hicimos hasta ahora, las fuerzas aplicadas han sido horizontales o verticales. Pero no siempre es asi. Pensá brevemente que diferencia habría entre mover una caja tirando de una soga atada a ella de estas dos maneras:

Metodo 2

Metodo 1

Fuerzas oblicuas

Metodo 1

La diferencia fundamental es que en el método 1, se tira de la soga paralelamente al suelo. En el método 2, se observa que la soga no esta paralela al suelo, por lo que podemos decir que la soga forma un ángulo con el suelo, y por lo tanto, la fuerza que se aplica también tendrá un ángulo con respecto al suelo.

Metodo 2

Pregunta para pensar: Suponiendo que en los dos casos la persona hace la misma fuerza, ¿En cual de los dos casos la caja tendrá mayor aceleración?

Fuerzas oblicuas

Hacer una fuerza oblicua(es decir ni horizontal ni vertical) podría pensarse como equivalente a hacer una fuerza horizontal y vertical a la vez. Hacer una fuerza horizontal puede decirse que es mas eficiente que hacerla oblicua, pero en diversos escenarios, es mas facil esta última.

A continuacion aprenderemos a descomponer fuerzas oblicuas para poder calcular la fuerza resultante y la aceleración.

Descomposicion de Fuerzas

Una fuerza oblicua tal como es no nos sirve para calcular el resultado del movimiento de un objeto. Mas bien necesitamos descomponerla en dos nuevas fuerzas, una horizontal y una vertical tal que su suma vectorial sea igual a la original.

Eje Y

Eje X

Descomposición de Fuerzas

Para hacer esto utilizamos una herramienta matematica llamada trigonometria. La Fuerza F y los vectores Fx y Fy forman un triangulo rectangulo, en el cual dado un angulo Alfa, pueden hallarse las siguientes relaciones:

Descomposicion de Fuerzas

Ejemplo

Actividades

Descomposición de Vectores

1) Descompone los siguientes vectores en los correspondientes y

b)

a)

c)

d)

Actividades

2) Analizar el siguiente sistema de fuerzas y hallar la Fuerza Normal y la fuerza total horizontal sabiendo que el cuerpo esta apoyado sobre una superficie y que el Peso del objeto es de 196N. a) ¿Que aceleracion experimenta en una superficie sin rozamiento? b) ¿Que aceleracion experimenta si la superficie tiene un coeficiente de rozamiento dinamico de 0,25?

Actividades

3) Dos personas tiran de lados opuestos de una caja apoyada en el suelo sin levantarla. Juan lo hace con una fuerza de 90N a un angulo de 40° y Pedro lo hace con una fuerza de 120° a un angulo de 55°. Suponiendo que la superficie es completamente lisa, a) ¿Para qué lado se moverá la caja? b) Cual es la Fuerza Normal del sistema si la masa de la caja es de 20Kg?

Actividades

4) Se coloca un bloque de 10Kg de masa en un plano inclinado 45° respecto de la horizontal. Dicho plano es tan liso que la friccion es despreciable. Cuando empiece a moverse, con qué aceleración lo hara?

5) Una persona empuja un bloque de 20Kg de masa hacia arriba por un plano inclinado 15° respecto de la horizontal. Dicho plano cuenta con un rozamiento dinamico de 0,2. ¿Que fuerza deberá hacer la persona para subir el bloque por la pendiente a una velocidad constante?

Conceptos Iniciales

Tipos de Energía

Propiedades

ENERGÍA

Eficiencia y Degradación

Fuentes

Mecanismos de transferencia

Definiciones Iniciales

Atomo

Aire

Viento

Materia

Sol

Fuego

Calor

Agua

Petróleo

Luz

Uranio

Electricidad

Movimiento

Sistemas

Se denomina sistema a cualquier conjunto de objetos que resulta conveniente considerar como una unidad y que puede intercambiar energía con el entorno. De esta manera, el estudio de los fenómenos que ocurren en un sistema pueden reducirse al análisis de una serie de variables más o menos simples.

• Sistema Solar
• Sistema Digestivo, Respiratorio, etc...

Sistema Abierto

Sistema Aislado

Sistema Cerrado

Intercambia materia y energia con el entorno

No intercambia ni materia ni energia con el entorno.

Intercambia energia con el entorno pero no materia

Energía

Definición:

Propiedades de la Energía

La energia puede transformarse

Principio de Conservación

La energia puede trasladarse

La energia puede almacenarse

Energía Cinética

Energía Potencial

Tipos de Energía

• Energia Mecánica
• Energia Eléctrica
• Energia Radiante
• Energia Térmica
• Energia Química
• Energia Nuclear

• Energia Eolica (Aire)
• Energia Hidraulica (Represas) (Rios)
• Energia Mareomotriz (Mar)

• Energia magnetica

• Energía Luminica
• Energia Sonora

• Geotérmica

(Proviene de los alimentos)

Uranio

Energía Mecánica

Objetos en movimiento o en capacidad de movimiento

La energía mecánica se mide en Joules (J)

Energía Potencial

Energía Cinética

Referida a la velocidad del objeto

Referida a la altura del objeto en la Tierra

m= masa (Kg) v = velocidad (m/s)

m = masa (Kg) g = gravedad = h = altura (m)

Km/h : 3,6 = m/s

Energia Mecánica: Em = Ec + Ep

Energía Mecánica

Ejemplo 1:

Un escalador de 78 kg de masa sobre la pared vertical de una montaña, a 300 m de altura.

Ejemplo 2:

Una pelota de 180 g de masa sobre una silla a una altura de 40 cm.

Energía Mecánica

Ejemplo 3:

Una persona de 65 kg camina a una velocidad constante de 1,2 m/s.

Ejemplo 4:

Un escalador de 78 kg de masa sobre la pared vertical de una montaña, a 300 m de altura. Lamentablente, el escalador se cae. Con que velocidad llega al piso?

Ejemplo 4:

Un escalador de 78 kg de masa sobre la pared vertical de una montaña, a 300 m de altura. En este momento el escalador esta quieto.

Momento 2: El escalador se cae. Con que velocidad llega al piso?

• Ec =

• Ep =
• Em =

• Ec =

• Ep =
• Em =

• Ec =

• Ep =
• Em =

A:

B:

C:

m=60Kg

• Ec =

• Ep =
• Em =

h=2m

A:

• Ec =

• Ep =
• Em =

• Ec =

• Ep =
• Em =

C:

B:

Transformaciones de Energia

E. Quim.

Energia Quimica (Chica)

Energia Mecanica (Bicicleta)

Energia Termica

Desperdiciada

Transformaciones de Energia

Energia Mecánica (Bicicleta)

Energia Electrica (Generador)

Transformaciones de Energia

Energia Electrica (Generador)

Energia Termica (Hornalla)

Agua

Fuentes de Energia

Es un recurso a través del cual se extrae energía con distintos fines

La clasificacion entre Renovable y no Renovable tiene que ver con que ocurre con ese recurso al ser utilizado. Si el recurso deja de ser lo que era, lo consideramos no renovable. Si mantiene su forma, lo consideramos renovable.

No Renovable

Renovable

• Pétroleo
• Carbón
• Gas Natural
• Madera
• Uranio
• Alimentos

• Sol
• Agua
• Aire
• Calor de la Tierra

TP Fuentes de Energía

¿En que consiste la utilizacion de ese recurso?

• ¿Por que es renovable o no renovable?
• ¿Que tipos de energia produce?
• ¿Que estructuras o aparatos o bla son necesarios para utilizar esa fuente de energia?

¿Como se utiliza esa fuente de energia en nuestro país?

• En donde se ubican las extracciones de estos recursos?
• ¿Cuanto se aprovecha?
• ¿Para que se utiliza en nuestro?

¿Que ideas o propuestas se nos ocurren para utilizar mejor o mas eficientemente estos recursos?