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MECÁNICA

LEYES DE NEWTON

CINEMÁTICA

MOVIMIENTO RECTILÍNEO

MOVIMIENTO CURVILÍNEO

TRABAJO Y ENERGÍA

FUERZAS CONSERVATIVAS Y ENERGÍA POTENCIAL

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

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MECÁNICA: Parte de la Física que estudia los movimientos y el equilibrio de los cuerpos.

Comprende:

CINEMÁTICA: Es la rama de la mecánica que describe el movimiento de los objetos sólidos sin considerar las causas que lo originan y se limita, principalmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo.

DINÁMICA: Es la rama de la Mecánica que estudia los movimientos relacionándolos con las causas (fuerzas) que los producen (o modifican).

ESTÁTICA: Es la rama de la mecánica que estudia las fuerzas y el equilibrio de los cuerpos.

Por sus métodos, se divide en:

Mecánica de los cuerpos rígidos (punto material, sólido rígido)

Mecánica de los cuerpos deformables (fluidos, sólido real)

La Mecánica Clásica o Newtoniana se aplica a los movimientos donde las velocidades son pequeñas en relación a la velocidad de la luz en el vacío.

La Mecánica Relativista es una generalización válida para todo tipo de velocidades.

La Mecánica Cuántica sustituye a las anteriores cuando se analiza el movimiento a escala atómica.

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1. Introducción a la Mecánica Clásica: Cinemática, Dinámica y Estática

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Primera ley de Newton o Ley de la inercia:

“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él”.

Segunda ley o Ley fundamental de la dinámica

En esta ley Newton define el concepto de fuerza (representado con F), expresando que:

“El cambio de un movimiento es directamente proporcional a la fuerza impresa en él y tiene lugar según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”.
Fuerza resultante (F resultante) = masa (m) x aceleración (a)

Tercera ley o Principio de acción y reacción

Según la tercera ley de Newton,

“A toda acción le corresponde una reacción igual pero en sentido contrario: lo que quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”.

Es decir: F ¹⁻² = F ²⁻¹. A la primera fuerza se le conocerá como “acción” y a la segunda fuerza como “reacción”.

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¿Qué es la cinemática?

La cinemática es una rama de la física que estudia el movimiento de los objetos sólidos y su trayectoria en función del tiempo, sin tomar en cuenta el origen de las fuerzas que lo motivan. Para eso, se toma en consideración la velocidad (el cambio en el desplazamiento por unidad de tiempo) y la aceleración (cambio de velocidad) del objeto que se mueve.

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El movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.) describe el desplazamiento de un objeto en una sola dirección con una velocidad y tiempo constante en una determinada distancia.
Las fórmulas del movimiento rectilíneo uniforme contempla tres incógnitas: Velocidad constante (V), Distancia (d) y Tiempo (t). La fórmula principal teniendo de incógnita la velocidad constante es la siguiente:

V=d/t

La velocidad constante, por lo tanto es el cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado. Por ejemplo, si se quiere determinar la velocidad de un carro que recorre 7500 metros (distancia) en 300 segundos (tiempo), dividimos 7500 por 300 que da como resultado 25 metros por segundo (velocidad).

Para resolver las fórmulas del movimiento rectilíneo uniforme se debe convertir las unidades al Sistema Internacional (S.I.) siendo las siguientes para cada factor:

Velocidad, rapidez, celeridad o módulo: metros por segundo (m/s)

Distancia: metros (m)

Tiempo: segundos (s)

La fórmula para determinar la distancia recorrida dada una velocidad constante en un tiempo determinado es:

d= V.t

La fórmula para determinar el tiempo a partir de una velocidad constante y una distancia determinada es:

t=d/V

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El movimiento circular uniforme (MCU) es el movimiento que describe una partícula cuando da vueltas sobre un eje estando siempre a la misma distancia (r) del mismo y desplazándose a una velocidad constante.

Variables del MCU:

ω: velocidad angular (rad/s)

φ: espacio angular (rad)

1 vuelta: son 2 Π rad = 360 º

Periodo (T): tiempo que es tarda en dar una vuelta, se mide en segundos.
Frecuencia (f): número de vueltas que se dan en la unidad de tiempo, se mide en hertzios (Hz) o s-1. La frecuencia es la inversa del periodo T = 1/f

ω = φ/t → si calculamos la velocidad angular cuando da una vuelta

φ = 2Π y en este caso el tiempo es igual al periodo. Así obtenemos: ω = 2Π/T

Relación entre las variables lineales y las angulares

x = φ.R Siendo R el radio de giro en metros.

v = ω.R

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Trabajo:
Se entiende por trabajo al cambio en el estado de movimiento de un cuerpo producido por una fuerza de una magnitud dada o, lo que es lo mismo, será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo de una manera acelerada.

W = F x·s

La energía:
La energía es entendida como la capacidad que tiene un cuerpo o masa para llevar a cabo un trabajo luego de haber sido sometido a una fuerza. Se entiende que sin energía no es posible realizar un trabajo.

La energía de un cuerpo está relacionada con su velocidad o su posición

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Ley de conservación de la energía, también conocido como el Primer principio de la termodinámica, establece que la cantidad total de energía en un sistema físico aislado (es decir, sin interacción alguna con otros sistemas) permanecerá siempre igual, excepto cuando se transforme en otros tipos de energía.

Esto se resume en el principio de que la energía en el universo no puede ni crearse ni destruirse, únicamente transformarse en otras formas de energía, como puede ser la energía eléctrica en energía calórica (así operan las resistencias) o en energía lumínica (así operan los bombillos).

De acuerdo al Principio de Conservación de la Energía, al introducir en un sistema una cantidad de calor (Q) determinada, ésta será siempre igual a la diferencia entre el aumento de la cantidad de energía interna (ΔU) más el trabajo (W) efectuado por dicho sistema.
De esa manera, tenemos la fórmula:

Q = ΔU + W, de donde se desprende que ΔU = Q – W.

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FUERZAS CONSERVATIVAS Y ENERGÍA POTENCIAL

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FUERZAS CONSERVATIVAS Y ENERGÍA POTENCIAL

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Las fuerzas bajo cuya acción se conserva la energía mecánica del sistema se denominan fuerzas conservativas. Las fuerzas gravitatorias, elásticas y electrostáticas son fuerzas conservativas.

Las fuerzas bajo cuya acción en el sistema se disipa o pierde energía mecánica se denominan fuerzas no conservativas o fuerzas disipativas. Las fuerzas de rozamiento son fuerzas no conservativas.

Energía Potencial

La energía potencial es una energía  que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto puede tener la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de su posición en un campo gravitacional (energía potencial y gravitacional ), un campo eléctrico (energía potencial electrica), o un campo magnético (energía potencial magnetica ). Puede tener energía potencial elástica como resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica.

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conservación de la energía - Buscar con Google