BLOQUE I .la descripcion del movimiento y la fuerza TEMA 1. El movimiento de los objetos

El movimiento

Es el cambio de posición que experimenta un cuerpo en un intervalo de tiempo, con respecto a un marco de referencia que se considera fijo. Por el contrario, decimos que un cuerpo se encuentra en reposo cuando no cambia de posición con respecto al tiempo y al espacio.

Marco de Referencia

Un marco de referencia o sistema de referencia es un conjunto de elementos usadas para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un objeto o sistema físico en el tiempo y el espacio. (No hay un sistema mejor que otro)

En mecánica (rama de la física que se encarga del estudio del movimiento) frecuentemente se usa el término para referirse a un sistema de coordenadas.

Un sistema de referencia se establece básicamente por dos elementos, donde el primer elemento es un punto de referencia arbitrario, normalmente perteneciente a un objeto físico, a partir del cual se consideran las distancias. El segundo elemento es un sistema de ejes de coordenados. Los ejes de coordenadas tienen como origen de coordenadas en el punto de referencia, y sirven para determinar la dirección del cuerpo en movimiento (o expresar respecto a ellos cualquier otra magnitud física vectorial)

Distancia

La distancia se refiere a cuanto espacio recorre un objeto durante su movimiento. Es la cantidad que se movió un objeto. Por ser una medida de longitud, la distancia se expresa en unidades de metro según el Sistema Internacional de Medidas. Al expresar la distancia, por ser una cantidad escalar, basta con mencionar la magnitud y la unidad. Imagina que comienzas a caminar siguiendo la trayectoria: ocho metros al norte, doce metros al este y finalmente ocho metros al sur. Luego del recorrido, la distancia total recorrida será de 28 m. El número 28 representa la magnitud de la distancia recorrida y la “m” representa la unidad utilizada que es el “metro”

Trayectoria

Camino o recorrido que sigue alguien o algo al moverse.

Desplazamiento

El desplazamiento se refiere a la distancia y la dirección de la posición final respecto a la posición inicial de un objeto. Al igual que la distancia, el desplazamiento es una medida de longitud por lo que el metro es la unidad de medida. Sin embargo, al expresar el desplazamiento se hace en términos de la magnitud con su respectiva unidad de medida y la dirección. El desplazamiento es una cantidad de tipo vectorial. Los vectores se describen a partir de la magnitud y de la dirección.

GRAFICA POSICION -TIEMPO

A REPRESENTACION GRAFICA POSICION -TIEMPO ES UN TIPO DE GRAFICA QUE SE PRESENTA EN UN EJE DE COORDENADAS CARTECIANAS Y POSICION EN FUNCION DEL TIEMPO.L

Onda

Una onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda.
La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se inicia la onda.

Movimiento ondulatorio

Proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio. Puede ser una oscilación de moléculas de aire, como en el caso del sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma continua. Estas ondas se denominan mecánicas porque la energía se transmite a través de un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio. Las únicas ondas que no requieren un medio material para su propagación son las ondas electromagnéticas; en ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de campos magnéticos y eléctricos.

caracteristicas de sonido

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda.

INTENSIDAD: La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido. 

ALTURA O TONO: Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono. 
Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes un de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa. TIMBRE: Si se toca el situado sobre el do central en un violín, un piano y un diapasón, con la misma intensidad en los tres casos, los sonidos son idénticos en frecuencia y amplitud, pero muy diferentes en timbre. De las tres fuentes, el diapasón es el que produce el tono más sencillo, que en este caso está formado casi exclusivamente por vibraciones con frecuencias de 440 hz. Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo interno del oído sin sufrir cambios. La componente principal de la nota producida por el piano o el violín también tiene una frecuencia de 440 hz. Sin embargo, esas notas también contienen componentes con frecuencias que son múltiplos exactos de 440 hz, los llamados tonos secundarios, como 880, 1.320 o 1.760 hz. Las intensidades concretas de esas otras componentes, los llamados armónicos, determinan el timbre de la nota.

TEMA 2. EL TRABAJO DE GALILEO

Explicaciones de Aristoteles y Galileo acerca de la caída libre

Caída Libre Fue el célebre italiano Galileo Galilei quien rebatió la concepción de Aristóteles al afirmar que, en ausencia de resistencia de aire, todos los objetos caen con una misma aceleración uniforme. Pero Galileo no disponía de medios para crear un vacío succionando el aire. Las primeras máquinas neumáticas capaces de hacer vacío se inventaron después, hacia el año 1650. Tampoco disponía de relojes suficientemente exactos o de cámaras fotográficas de alta velocidad. Galileo Galilei explicación del movimiento de los cuerpos fue cambiando en la historia junto con laforma de interpretar otros fenómenos del universo. Las investigaciones de Aristótelesdeterminaron durante siglos la forma de ver el mundo. A tal punto, que hasta mediados del Para la caida libre hasta el siglo XVI se aceptaba las enseñanzas del gran sabio de la Antigüedad, Aristóteles, que sostenían que los objetos pesados caen más rápido que los ligeros. Caida Libre, Principio sabemos que si soltamos un martillo y una pluma o una hoja de papel desde una misma altura, el martillo alcanzará primero el piso. Si arrugamos el papel dándole forma de bola se observa que a

mbos objetos llegarán al piso casi al mismo tiempo.

Los aportes de Galileo Galilei fueron importantes por varios motivos: para la astronomía, Galileo pudo demostrar que la Tierra no era el centro del universo, sino el sol, que hasta ese entonces era sólo una hipótesis, (no demostrada aún) enunciada por Copérnico. A Galileo se le atribuye la mejora del telescopio. También Galileo pudo precisar el movimiento de diversos cuerpos celestes, lo que constituyó un avance importante para la navegación. El principal aporte de Galileo al pensamiento científico está dado por dos pilares fundamentales, como lo son la reproducibilidad (capacidad de repetir un experimento), y la falsabilidad, posibilidad de que un experimento no de los resultados esperados. En este sentido, sus escritos son considerados complementarios de los de Francis Bacon.

Diferencia entre velocidad y aceleración

velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se la representa por o . Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s. En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, al cual se le denomina celeridad o rapidez.

De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.

Aceleración

En física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por .Sus dimensiones son . Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s2.

Velocidad en función del tiempo

En un Movimiento Uniformemente Acelerado (MUA) la velocidad varía proporcionalmente al tiempo, por lo que la representación gráfica v-t (velocidad en función del tiempo) es una recta ascendente.

Aceleración en función del tiempo

Tal como lo dice su nombre, en el Movimiento uniformemente acelerado la aceleración es constante, por lo que la gráfica a-t (aceleración en función del tiempo) es una recta paralela al eje del tiempo, por encima de esta (la fuerza responsable de la aceleración es constante).

Gráfica de la aceleración en función del tiempo para un cuerpo sometido a un movimiento uniformemente acelerado

TEMA 3: LA DESCRIPCION DE LAS FUERZAS EN EL ENTORNO

Transcripción de La fuerza; resultado de las interacciones por contacto(mecánicas) y a distancia(magnéticas y electrostáticas), y represetacion con vectores

La fuerza la fuerza describe la fortaleza, la robustez, el poder y la habilidad para sacar o desplazar de lugar a algo o a alguien que posea peso o que ejerza resistencia (por ejemplo, se necesita fuerza para sostener una roca); la canalización concreta del poder físico o moral (“Tiene mucha fuerza, podrá recuperarse de esta desgracia”); la capacidad para resistir un empuje o soportar un peso (como la fuerza de unas columnas); las características intrínsecas que los objetos tienen por sí mismos; y el acto de obligar a alguien a que haga algo.

La fuerza también es el estado más vigoroso de algo (como ocurre al resaltar la fuerza de la juventud), una plaza acondicionada para tareas de defensa, una faja que se cose con el propósito de hacer más resistente un tejido y la gente de guerra (las fuerzas militares).
Para la física, la fuerza es cualquier acción, esfuerzo o influencia que puede alterar el estado de movimiento o de reposo de cualquier cuerpo. Esto quiere decir que una fuerza puede dar aceleración a un objeto, modificando su velocidad, su dirección o el sentido de su movimiento.
Definición de fuerza Tipos de fuerza Eléctrica (se realiza con una fuente de energía que se mueve a una velocidad determinada dentro de un campo magnético, transformando la energía en electricidad);
Mecánica (producida mediante un objeto mecánico con una determinada intensidad y que provoca cambios en el receptor);
Magnética (ejercida de un polo a otro y como consecuencia del movimiento de partículas cargas, electrones por ejemplo).
Conclusión El efecto que produzca la fuerza sobre un cuerpo puede ser: modificación en el estado del movimiento (una pelota viene rodando en una dirección y alguien la patea en sentido contrario), en su velocidad (alguien empuja una hamaca hacia atrás para que al lanzarla aumente su velocidad) o en la forma del receptor (la masa de pizza al ser amasada cambia su forma).

fuerza resultante métodos gráficos de suma vectorial

un vector es una herramienta geométrica utilizada para representar una magnitud física definida por sumódulo (o longitud), su dirección (u orientación) y su sentido (que distingue el origen del extremo).

El método del polígono o poligonal es el más útil, ya que puede aplicarse fácilmente a más de dos vectores. El método del paralelogramo es conveniente para sumar sólo dos vectores a la vez. En ambos casos, la magnitud de un vector se indica a escala mediante la longitud mediante un segmento de recta. La dirección se marca hacia la flecha que indica el sentido del vector.

Ejemplo 1: Un barco recorre 100 km hacia el Norte durante el primer día de viaje, 60 km al Noreste el segundo día y 120 km hacia el Este el tercer día. Encuentre el desplazamiento resultante con el método del polígono.

Planteamiento: tome como punto de inicio el origen del viaje y tome una escala apropiada para llevarla a una hoja de trabajo. Use un transportador y una regla para trazar cada vector de manera que sea proporcional a su magnitud. El desplazamiento resultante sera un vector trazado desde elorigen del primer vector hasta la terminación del último vector.

Procedimiento: Escojamos una escala conveniente, puede ser 20 km = 1 cm, como se observa en la figura 1. Utilizando esta escala, notamos que:

• 100 km = 100 km x 1cm/ 20 km = 5 cm
• 60 km = 60 km x 1 cm/20 km = 3 cm
• 120 km = 120 km x 1 cm/20 km = 6 cm

FIG. 1

Al realizar la medición con una regla, a partir del diagrama a escala se observa que el vector resultante tiene 10.8 cm de longitud. Por tanto, la magnitud es

• 10.8 cm = 10.8 cm x 20 km/1 cm = 216 km

Si se mide el angulo q con un transportador, resulta que la dirección es de 41º, por lo tanto el desplazamiento resultante es R: 216 km / 41º Notación polar

bloque ll LEYES DE MOVIMIENTO TEMA 1.la explicación del movimiento en el entorno

Primera ley de Newton o ley de la inercia

En esta primera ley, Newton expone que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que identifica con "cantidad de materia".

Segunda ley de Newton o ley de aceleración o ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

El Newton es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades.
Se define como la fuerza que aplicada durante un segundo a una masa de 1 kg incrementa su velocidad en 1 m/s. 

Newton asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad.

Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción

Enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una reacción igual y opuesta".

En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.

Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c".

Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.

tema.efectos de las fuerzas en la tierra y en el universo

Atracción gravitacional

La atracción gravitatoria es la consecuencia de la interacción de dos masas en una distancia específica. Las grandes masas producen un efecto gravitatorio sobre las pequeñas, es así como un cuerpo celeste como el sol, es capaz de atraer y mantener con la ayuda de la fuerza de la inercia a los cuerpos celestes que tengan menor masa en un cierto radio de distancia

 

Interacción gravitatoria

Para explicar la naturaleza de los movimientos celestes y planetarios, el científico y pensador inglés Isaac Newton (1642-1727) estableció que todos los cuerpos materiales dotados de masa se ejercen mutuamente fuerzas de atracción debidas a un fenómeno conocido como interacción gravitatoria.

Las fuerzas gravitatorias, que se ejercen por ejemplo el Sol y la Tierra, se caracterizan porque:

·         La dirección de la fuerza es la de la recta que une los dos cuerpos afectados, el que la crea y el que la recibe.

·         El sentido de la fuerza se dirige hacia la masa que crea la interacción gravitatoria.

·         El módulo es directamente proporcional a las masas que intervienen en la interacción gravitatoria e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

·         Las fuerzas debidas a la interacción gravitatoria son siempre atractivas.

Fuerzas gravitatorias mutuas ejercidas entre dos cargas puntuales.

 

Representación grafica de la atracción gravitacional

La fuerza gravitacional es siempre atractiva. La fuerza que siente un satélite en orbita terrestre apunta siempre hacia el centro de gravedad de la Tierra. Decimos así que ésta es una “fuerza central”.
Notemos que la trayectoria de un cuerpo en el campo de una fuerza central es una elipse (o una hipérbola). La caída libre vertical corresponde simplemente a un caso particular que se observa cuando dejamos caer un cuerpo con velocidad inicial nula.

Relación con caída libre y peso

La gravitación se debe al campo gravitacional, que es un gradiente de energía potencial.
Como todo campo es radial y su intensidad es mayor cerca del centro.
La caída libre es el desplazamiento de un objeto que está dentro del campo hacia el centro.
El peso de los objetos se debe a la aceleración con que el campo gravitacional jala al objeto, y disminuye conforme se aleja del centro.

Ojo, peso no es lo mismo que masa, masa es lo que mides en una báscula o balanza y siempre es constante, mientras que el peso depende de la masa y de la aceleración gravitacional, esto lo convierte en un fuerza.

Ley de superposición del campo gravitatorio

La interacción gravitatoria, descrita por la ley de gravitación universal de Newton, verifica la ley de superposición de fuerzas. Así, dadas tres masas puntuales m₁, m₂ y m₃, la fuerza gravitatoria conjunta que ejercen las dos primeras sobre la tercera es igual a la suma vectorial de la fuerza que ejercería la primera sobre la tercera si la segunda no estuviera presente más la que induciría la segunda sobre la tercera si no existiera la primera masa. Es decir:

Sería posible escribir ecuaciones similares para cualquier otra combinación de las fuerzas y las masas intervinientes.

Suma gráfica de fuerzas gravitatorias.

Ley de la gravitación universal

Basándose en los trabajos realizados por Kepler sobre los movimientos planetarios (ver t20), Isaac Newton expresó la naturaleza de las interacciones gravitatorias en una fórmula que indica el valor de la fuerza que engendran dichas interacciones:

En esta expresión, conocida como ley de la gravitación universal, F es la fuerza gravitatoria, m1 y m2 las masas que intervienen en la interacción gravitatoria, r la distancia que las separa y G un factor de proporcionalidad conocido como constante de gravitación universal y cuyo valor en el Sistema Internacional es 6,67 · 10^-11 N·m²/kg².