En física, el movimiento circular uniforme (también denominado movimiento uniformemente circular) describe el movimiento de un cuerpo atravesando con una velocidad constante y una trayectoria circular.
Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad
no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la
trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia
implica la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección.
En física, se denomina choque elástico
a una colisión entre dos o más cuerpos en la que éstos no sufren
deformaciones permanentes durante el impacto. En una colisión elástica
se conservan tanto el momento lineal como la energía cinética del sistema, y no hay intercambio de masa entre los cuerpos, que se separan después del choque.
Un choque inelástico es un tipo de choque en el que la energía cinética no se conserva. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura.
En el caso ideal de un choque perfectamente inelástico entre objetos
macroscópicos, estos permanecen unidos entre sí tras la colisión. El
marco de referencia del centro de masas permite presentar una definición más precisa.
El choque se define como la colisión entre dos o más cuerpos.
Un choque físico o mecánico es percibido por una repentina aceleración o desaceleración causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque también una explosión
causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos
provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duración del
contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se
transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos.
Problema n° 1) Una pelota de
béisbol de 0,15 kg de masa se está moviendo con una velocidad de 40 m/s
cuando es golpeada por un bate que invierte su dirección adquiriendo una
velocidad de 60 m/s, ¿qué fuerza promedio ejerció el bate sobre la
pelota si estuvo en contacto con ella 5 ms?.
Desarrollo
Datos:
m = 0,15 kg
vi = 40 m/s
vf = - 60 m/s (el signo es negativo ya que cambia el sentido)
t = 5 ms = 0,005 s
Δp = I
pf - pi = I m.vf - m.vi = F.t F = m.(vf - vi)/t
F = 0,15 kg.(- 60 m/s - 40 m/s)/0,005 s F = 0,15 kg.(- 100 m/s)/0,005 s F = - 3000 N
Problema n° 2)
Un taco golpea a una bola de billar ejerciendo una fuerza promedio de
50 N durante un tiempo de 0,01 s, si la bola tiene una masa de 0,2 kg,
¿qué velocidad adquirió la bola luego del impacto?.
Desarrollo
Datos:
m = 0,2 kg
F = 50 N
t = 0,01 s
vi = 0 m/s
Δp = I
pf - pi = I m.vf - m.vi = F.t m.(vf - vi) = F.t vf - vi = F.t/m vf = F.t/m
vf = 50 N.0,01 s/0,2 kg vf = 2,5 m/s
Problema n° 3)
Una fuerza actúa sobre un objeto de 10 kg aumentando uniformemente
desde 0 hasta 50 N en 4 s. ¿Cuál es la velocidad final del objeto si
partió del reposo?.
Desarrollo
Datos:
m = 10 kg
vi = 0 m/s
Fi = 0 N
Ff = 50 N
t = 4 s
Para el impulso debe usarse la fuerza media, por lo tanto:
F = (Ff + Fi)/2 F = (50 N + 0 N)/2 F = 25 N
Δp = I
pf - pi = I m.vf - m.vi = F.t m.(vf - vi) = F.t vf - vi = F.t/m vf = F.t/m
vf = 25 N.4 s/10 kg vf = 10 m/s
Problema n° 4)
Se rocía una pared con agua empleando una manguera, la velocidad del
chorro de agua es de 5 m/s, su caudal es de 300 cm ³/s, si la densidad
del agua es de 1 g/cm ³ y se supone que el agua no rebota hacia atrás,
¿cuál es la fuerza promedio que el chorro de agua ejerce sobre la
pared?.
Desarrollo
Datos:
Φ V = 300 cm ³/s (caudal volumétrico)
vi = 5 m/s
vf = 0 m/s (porque el chorro no rebota)
Δ = 1 g/cm ³
primero debemos hallar la masa de agua y el tiempo de acción:
Φ M = Φ V. Δ ΦM = 300 cm ³/s.1 g/cm ³ ΦM = 300 g/s (caudal másico)
Φ M = 0,3 kg/s éste dato nos dice que en t = 1 s la masa de agua es m = 0,3 kg
La
ley para la conservación de la cantidad de movimiento suele usarse para
explicar fragmentariamente choquecidos que se explican llanamente con
las leyes de Newton para el movimiento. El caso es que la ley para la
conservación de la cantidad de movimiento anida en un trasfondo
intelectual que ha movido grandes esfuerzos intelectuales en el pasado,
probablemente moverá otros en el futuro, y permite una compensación
centrípeta necesaria en el presente ante la centrifugación de los
conocimientos especializados. Este artículo sugiere una enmienda.
El principio de
conservación del movimiento, es un caso particular del principio de
conservación de la energía, ahora por ejemplo este principio se lo
puede verificar cuando en una mesa de billar, un jugador golpea la
bola la misma que al chocar a la otra le transmite la cantidad de
movimiento, y entonces la bola impactada comienza a moverse con la
misma velocidad que tenía la otra, en realidad nunca existe una
transmisión total del movimiento, debido a que los choques, cierta
parte de energía se transforma en calor producto del impacto.
Para
este caso estamos analizando choques inelásticos, o sea que no existe
deformaciones de los cuerpos durante la colisión, y también se
considerará que no hay pérdidas por calor.Para analizar, supongamos dos cuerpos de masa m1 y m2
respectivamente moviéndose a velocidades v1 y v2, entonces pongamos el
caso en que se mueven en la misma dirección y sentido contrario, cada
cuerpo tiene una cantidad de movimiento lineal p1 y p2 respectivamente,
si analizamos lo que ocurrirá para el cuerpo de masa m1
A) CANTIDAD DE MOVIMIENTO (P): Es una magnitud física vectorial, a la
cual se le conoce también como "Momentum Lineal";. Cuando un cuerpo de masa "m";
se mueve con una velocidad "V";, se dice que posee o tiene una cantidad de
movimiento definida por el producto de su masa por su velocidad.
B) IMPULSO (J): Se llama también "Ímpetu o Impulsión"; y es una
magnitud física vectorial que mide el efecto de una fuerza (F) que actúa sobre
un cuerpo durante un tiempo muy pequeño (t), produciendo un desplazamiento del
cuerpo en la dirección de la fuerza.
C) TEOREMA IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO: "Si sobre un cuerpo o
sistema de partículas actúa un impulso externo , éste
tendrá un valor igual al cambio producido en la cantidad de movimiento del cuerpo o sistema
"
Es decir: o
D) PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO: "Cuando
sobre un cuerpo o sistema, la fuerza o resultante de todas las fuerzas que
actúan sobre él es igual a cero, la cantidad de movimiento se mantiene
constante";.
Si: F=0 è por
lo tanto: Donde:Pf: Cantidad de movimiento final (kg.m/s)
El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el
cual
está aplicada. Es una magnitud vectorial.
El módulo
del impulso se representa como el área
bajo la curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es
constante el impulso se calcula multiplicando la F por Δt,
mientras que si no lo es se calcula integrando la fuerza entre los
instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el impulso.
Cantidad de Movimiento
La cantidad de movimiento es el producto de la velocidad por la masa.
La velocidad es un vector mientras que la masa es un escalar. Como
resultado obtenemos un vector con la misma dirección y
sentido que la velocidad.
La cantidad de movimiento sirve, por ejemplo, para diferenciar dos
cuerpos que tengan la misma velocidad, pero distinta masa. El de mayor
masa, a la misma velocidad, tendrá mayor cantidad de
movimiento.
m = Masa
v = Velocidad (en forma vectorial)
p = Vector cantidad de movimiento
Relación entre Impulso y Cantidad de
Movimiento
El impulso aplicado a un cuerpo es igual a la variación de
la cantidad de movimiento, por lo cual el impulso
también puede calcularse como:
Dado que el impulso es igual a la fuerza por el tiempo, una fuerza
aplicada
durante un tiempo provoca una determinada variación en la
cantidad de movimiento, independientemente de su masa:
martes, 27 de octubre de 2015
EJERCICIOS SOBRE TORQUES
Momento de una fuerza o torque
Si a un cuerpo rígido lo sometemos a una fuerza, este cuerpo tiende a rotar alrededor de un eje. Esto se debe a que la fuerza genera un momento de fuerza o torque que hace girar este cuerpo. Además de módulo, dirección y sentido, como cualquier vector, el momento de fuerza posee signo, y se calcula de la siguiente manera:
Si la fuerza genera un giro antihorario, entonces se usa el signo positivo (+).
Si la fuerza genera un giro horario, entonces se usa el signo negativo (-).
Unidades:
Fuerza: newton (N)
Distancia: metros (m)
Momento: newton.metro (N.m)
Hay que tener en cuenta que si la línea
de acción de la fuerza pasa por el centro de giro, entonces el momento
de fuerza o torque es igual a cero.
Hay además 2 condiciones que se deben cumplir cuando el cuerpo se encuentra en equilibrio:
1era condición de equilibrio: sumatoria de fuerzas = 0
2da condición de equilibrio:sumatoria de momentos = 0
sábado, 24 de octubre de 2015
EJERCICIOS SOBRE TORQUES
Para resolver éste tipo de ejercicios debemos tener en cuenta lo siguiente:
- La distancia es perpendicular a la fuerza
- El momento es positivo cuando la rotación de la Fuerza tiene sentido contrario a las manecillas del reloj
- El momento es negativo cuando la rotación de la Fuerza tiene el mismo sentido a las manecillas del reloj
- El momento es nulo cuando la fuerza pasa por el centro de giro
martes, 20 de octubre de 2015
MOMENTO DE UNA FUERZA (TORQUE)
El Momento de una Fuerza, llamada tambien torque, es la capacidad que tiene una fuerza para hacer girar un cuerpo. Su valor se calcula multiplicando el valor de la fuerza aplicada por la distancia perpendicular del punto a la recta de acción de la fuerza.
Su fórmula es: T = F x d
Signos del momento
- El momento es positivo cuando la rotación de la fuerza tiene sentido contrario al movimiento de las manecillas del reloj
- El momento es negativo cuando la rotación de la fuerza tiene el mismo sentido de las manecillas del reloj
- El momento de fuerza es nulo, cuando la dirección de la fuerza psa por el punto o eje de rotación
En el siguiente gráfico calcular el momento resultante de las fuerzas
, éste
tendrá un valor igual al cambio producido en la cantidad de movimiento del cuerpo o sistema
"
o
por
lo tanto: 
