miércoles, 14 de noviembre de 2018

Movimiento Uniforme y conceptos básicos

Conceptos básicos de la física

Antes de empezar a hablar del movimiento de los cuerpos es importante identificar una serie de conceptos físicos como: Mecánica, posición, trayectoria, desplazamiento.

MECÁNICA:

Es la parte de la física que se ocupa principalmente del estudio del movimiento, de la fuerza y las principales formas de energía. Para su estudio la mecánica se divide en: Cinemática, dinámica y estática.

· CINEMÁTICA: Estudia el movimiento de los cuerpos, sin tener en cuenta la causa que lo produce, ni la masa del cuerpo que se mueve.

· DINÁMICA: Estudia el movimiento de los cuerpos, pero teniendo en cuenta la causa que lo produce, en otras palabras teniendo en cuenta la fuerza y la masa del cuerpo que se mueve.

· ESTÁTICA: Es la rama de la mecánica que se encarga de examinar las condiciones que deben tener las fuerzas para que al obrar sobre los cuerpos produzcan un equilibrio.

Es importante que tengamos en cuenta las siguiente definiciones:

POSICIÓN: Punto donde se encuentra un cuerpo en un momento determinado.

TRAYECTORIA: Unión de las diferentes posiciones de un cuerpo por medio de una línea.

DESPLAZAMIENTO: Cambio de posición según su trayectoria rectilínea.

Distancia y desplazamiento, animación Distancia y desplazamiento II

Uno de los fenómenos naturales más comunes es el movimiento, es por eso que se puede observar que las aves pueden volar, los peces nadan, los cuerpos caen, los animales corren, los planetas giran, las personas pueden caminar, entre otras. Nos debemos entonces hacer una pregunta: ¿Qué es el movimiento?

Movimiento, animación completa

Movimiento de los cuerpos

Podemos decir que movimiento es todo cambio de posición a medida que transcurre el tiempo. El movimiento es relativo, y puede ser sobre un eje (una dimensión), sobre un plano (dos dimensiones) o en el espacio (tres dimensiones).

El movimiento de los cuerpos puede ser:

· Rectilíneo.

· Parabólico.

· Circular uniforme.

Movimiento rectilíneo

Es aquel movimiento en el cual el móvil o cuerpo tiene como trayectoria una línea recta. Entre los principales movimientos rectilíneos tenemos:

· Movimiento uniforme (MU).

· Movimiento variado (MV).

· Movimiento uniformemente variado (MUV).

· Caida libre.

En la siguiente gráfica se pueden observar los tipos de movimiento rectilíneo y los diferentes conceptos físicos que se derivan de cada uno de ellos.

Veamos un video donde se hace una pequeña introducción a la cinemática

Movimiento uniforme: Un movimiento es uniforme cuando el cuerpo recorre distancias iguales en tiempos iguales. Por ejemplo:

Del recorrido del móvil podemos construir la siguiente tabla y hacer una gráfica de distancia en función del tiempo, así:

Al graficar distancia en función de tiempo (d vs t) se ha obtenido una línea recta que pasa por el origen de coordenadas, lo que significa que la distancia recorrida es directamente proporcional al tiempo empleado en recorrerla, es decir:

Como ya sabemos la velocidad con la que se mueve el cuerpo, se puede construir una tabla de velocidad en función del tiempo (V vs t) y graficarla, así:

De acuerdo a la ecuación V = d / t y a la gráfica anterior de V vs t, se puede decir que en un movimiento rectilíneo uniforme, la velocidad es siempre la misma en cualquier intervalo de tiempo; en otras palabras la velocidad es CONSTANTE.

Como conclusión del movimiento uniforme podemos decir:

- En un M.U la velocidad y el desplazamiento tienen la misma dirección y el mismo sentido.

- El área bajo la curva representa la distancia recorrida por el móvil.

- Por ser la velocidad constante, en el MU no existe la aceleración.

- La velocidad es el cambio de posición por unidad de tiempo.

- La velocidad se obtiene hallando la pendiente m.

MRU Ejercicio del MU MU Problema del MU nivel II Animación MU Ejercicio II del MU Autoevaluación del MU Autoevaluación final

Veamos algunos vídeos del MU

Vídeo uno

Video dos

Video tres

Video cuatro

Vídeo cinco

Movimiento variado

Movimiento variado:

Es un movimiento en el cual la velocidad cambia al transcurrir el tiempo, esta puede aumentar o disminuir gradualmente. Sí la velocidad cambia a ritmo constante, el movimiento recibe el nombre de uniformemente variado.

Movimiento uniformemente variado Es aquel movimiento en el cual la velocidad cambia a ritmo constante en la unidad de tiempo. La velocidad puede aumentar o disminuir uniformemente. Al MUV también lo llamaremos movimiento uniformemente acelerado. Por ejemplo:

Lo que significa que hay un cambio de la velocidad en la unidad de tiempo. Este cambio lo llamaremos aceleración (a). Del recorrido del móvil podemos construir la siguiente tabla y hacer una gráfica de velocidad en función del tiempo, así:

Se observa que al graficar velocidad en función de tiempo, se obtuvo una línea recta que pasa por el origen de coordenadas, lo que significa que la velocidad es directamente proporcional al tiempo empleado en realizarla, es decir:

Como ya sabemos la aceleración con la que se mueve el cuerpo, podemos construir una tabla de aceleración en función del tiempo (a vs t) y graficarla, así:

De acuerdo a la ecuación a = V / t y a la gráfica anterior de a vs t, podemos decir que en un movimiento uniformemente variado, la aceleración es siempre la misma en cualquier intervalo de tiempo; en otras palabras la aceleración es CONSTANTE.

Como conclusión del MUV podemos decir:

En un M.U.V la velocidad, la aceleración y el desplazamiento tienen la misma dirección y el mismo sentido.
El área bajo la curva representa la distancia recorrida por el móvil
Por ser la aceleración constante, en el MUV la velocidad aumenta o disminuye uniformemente.
La velocidad es el cambio de posición por unidad de tiempo
La aceleración es el cambio de velocidad en unidad de tiempo
La aceleración se obtiene con la pendiente m.

Veamos un video donde se nos explica el vector aceleración

Ecuaciones del M.U.V.

Si un cuerpo que marcha con velocidad constante (MU), lo aceleramos en un momento determinado, obtenemos una gráfica de V vs t, así:

Veamos algunos videos del MUVA

Video uno

Video dos

Video tres

Video cuatro

Problema del MUV Problema II MUVA Gráfico del MU y MUV Autoevaluación del MU y MUVA Animación del MU, MUVA Autoevaluación del movimiento

MRUA(D)

Caída libre

¿Qué es lo que queremos hacer?

Demostrar experimentalmente que en la caída libre de los cuerpos, existe una relación entre los vectores velocidad y aceleración del movimiento, con una aceleración constante.

¿Qué nos hará falta?

¿Cómo lo haremos?

Muchas veces hemos observado cuerpos en los que se experimentan diferentes reacciones al dejarlos caer libremente desde una altura h, o al lanzarlos hacia arriba. Este fenómeno físico se conoce como MOVIMIENTO de los cuerpos. Te has hecho la pregunta ¿Sucederá lo mismo en un cuerpo, sí se deja caer o se lanza hacia abajo? ¿Cuál es esa diferencia? Piensa.

Para determinar el movimiento de la caida libre de un cuerpo y las diferentes reacciones que experimenta, haremos el siguiente procedimiento:

· Coloca uno de los cuerpos (borrador) desde una altura h, toma la medida. Ahora déjalo caer y mide el tiempo. Observa lo que pasa. Repite el paso 3 veces. ¿Cómo es la velocidad inicial? ¿Cuál es la velocidad de choque?

· Lanza el mismo cuerpo hacia abajo desde la misma altura h. ¿Qué observas? ¿La velocidad inicial vale cero? ¿Por qué? Repítelo varias veces.

· Haz el mismo experimento varias veces con diferentes objetos. Dibuja los vectores VELOCIDAD y ACELERACIÓN que aparecen en los dos puntos anteriores. Observa que pasa.

· ¿Crees que la velocidad aumenta o disminuye cuando el cuerpo cae? ¿Por qué?

Ahora cambiemos de escenario:

· Lanza un cuerpo verticalmente hacia arriba, toma el tiempo de subida y de caída. ¿Qué observas? El tiempo de subida y de bajada, ¿Serán el mismo?

· ¿Cómo es la velocidad cuando el cuerpo se lanza hacia arriba? Observa la velocidad cuando se alcanza h, ¿Cómo es? ¿Qué pasará? Experiméntalo.

Haz el dibujo de los vectores velocidad y aceleración.

Para finalizar piensa en las siguientes preguntas:

¿En qué dirección se darán los vectores a y V? ¿Por qué?

¿Qué pasará sí ambos vectores tienen la misma dirección? la velocidad ¿Aumenta o disminuye? Explica físicamente.

¿Crees que la aceleración influye en la velocidad de subida y de bajada? ¿Por qué?

Caída libre

La caída libre es un movimiento rectilíneo, pues su trayectoria es una línea recta, es uniformemente variado acelerado (muva) pues su aceleración es constante. Si despreciamos la resistencia del aire, la aceleración de un cuerpo que cae no dependerá de la masa, ni de la altura, ni de la velocidad inicial; esta será la misma para todos.

Galileo Galilei fue la primera persona que demostró que todos los cuerpos caen a la tierra con una aceleración constante, la cual llamó gravedad (g); esto lo dedujo haciendo sus experimentos en un plano inclinado donde observó que la gravedad se diluye, haciendo más lento el movimiento, de tal forma que pudo hacer medidas más cuidadosas. Experimentalmente podemos eliminar el aire, esto lo lograremos en el tubo de Newton, y así comprobar que los cuerpos que se dejan caer en el vacío al mismo tiempo, tienen la misma aceleración y caen con la misma velocidad. El tubo de Newton es un instrumento que sirve para demostrar que la acción de la gravedad se ejerce por igual sobre todos los cuerpos.

Veamos un video donde se explica el fenómeno de la gravedad

Según lo anterior se puede decir que sí no tenemos en cuenta la resistencia del aire, todos los cuerpos deben caer al mismo tiempo, siempre y cuando se dejen caer a la vez.

Videos de la campana de newton

Video uno

Video dos

Video tres: Porqué la pluma y el martillo caen a la vez?

Campana de Newton, animación. Caída libre Caída libre II

Cuerpos en el vacío

Ecuaciones de Caída libre

Las ecuaciones de la caída libre son las mismas del MUV, con la diferencia de que cambiaremos la aceleración ¨a¨ por la gravedad ¨g¨, la distancia d por Y, así:

EJEMPLOS

Se deja caer un cuerpo desde una torre y al cabo de 5 segundos llega al suelo. Calcule su velocidad final y la altura de la torre.

Podemos observar en el ejemplo anterior que a medida que el cuerpo cae, su velocidad va aumentando, lo que significa que la aceleración de la gravedad g se considerará positiva cuando un cuerpo cae. Caso contrario ocurre cuando un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba, su velocidad disminuye hasta llegar a cero y alcanzar su altura máxima, por lo tanto la g será negativa.