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Aprende Física sin salir de este post [Parte 1]

Aprende Física sin salir de este post [Parte 1]


Hola gente, en este post van a ver la primer parte de todo lo que necesitan saber de física en la secundaria.

Es muchísimo el esfuerzo que este curso requiere. Para mayor información, visiten el blog que estará en la Fuente.


1- Estructura de la Materia



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¿Nunca se preguntaron como están formadas las cosas que usamos en nuestra vida cotidiana?

La física se encarga de responder este tipo de preguntas, y para poder responder esa, tuvieron que pasar miles de años.
Todo comenzó en Grecia, hace mucho tiempo, los filósofos discutían mucho sobre como estaban formadas las cosas.

Leucipo, en el siglo 5 antes de Cristo, decía que solo había un tipo de materia, y que si la dividíamos en partes cada vez mas pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo.
Un discípulo suyo, Demócrito, llamó a esta pequeña porción, "átomo" que viene del término griego "que no se puede dividir"
Mucho tiempo después, en el año 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, ella decía:

1 - Los elementos están formados por partículas diminutas e inalterables, átomos.

2 - Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí en tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas, por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3 - Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

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Casi 100 años después, en 1904, el físico inglés J.J Thomson propuso otro modelo atómico, el llamado "el pastel de pasas". Este decía que los átomos eran divisibles en partes positivas y partes negativas. y que estos estaban distribuidos en el átomo como las pasas en un pastel.

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A principios del Siglo XX, Rutherford llevó a cabo un experimento, en éste se bombardeaba una fina lámina de oro (de 300 átomos de espesor) con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo. Así se podía observar que:

1- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección.

2- Algunas partículas Alfa se desviaron considerablemente.

3- Unas pocas partículas Alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

Punto Curso

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Luego de hacer este experimento, Rutherford propuso su propio modelo atómico, este decía:

1- El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.

2- La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.

3- El núcleo contiene, por lo tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.

4- Los electrones giran a mucha velocidad al rededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia.


secundaria


En el año 1933, J. Chadwick descubrió otra partícula, una sin carga, llamada neutrones, éstos se ubicaban en el núcleo junto a los protones, a los cuales superan en masa.


Luego de 2433 años, desde que los griegos comenzaron a pensar en la materia hasta el año del descubrimiento de el neutrón, llegamos a el modelo atómico actual, constituido por:

1- Una zona central o núcleo, donde se encuentra la carga total positiva (la de protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por protones y neutrones.

2- Una zona externa o corteza, donde se hallan los electrones, que giran al rededor del núcleo.

3- Cuando varios átomos se unen, forman moléculas, por ejemplo, si se unen dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno, se forma agua. (esto está explicado en uniones).


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2- Estados de la Materia



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En invierno, el agua en la superficie de los lagos y ríos se congela, pasa al estado solido, convirtiéndose en hielo. Debajo del hilo, el agua sigue siendo líquida. Aquí vemos al mismo tiempo dos estados del agua: Sólido (hielo) y líquido (agua). El agua puede hallarse en un tercer estado, gaseoso; el vapor de agua invisible se encuentra en el aire que nos rodea.

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Sólido: A condiciones corrientes, el sólido es difícil de comprimir o alargar, además conserva su volumen. La conservación del volumen y la forma es la propiedad de los sólidos. En los sólidos, los átomos están muy juntos y vibrando mucho y muy rápido.

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Liquido: Cambia fácilmente su forma y toma la del recipiente en que se vierte. En condiciones corrientes, solo pequeñas gotitas de liquido tienen su propia forma (la de una esfera). Por ejemplo, semejantes gotas esféricas de agua se pueden ver durante la precipitación del rocío. Cuando se fabrican vasijas de cristal fundido, se hace uso de la propiedad de los líquidos, de variar con facilidad su forma. La forma del líquido es fácil de cambiar, pero su volumen varía con dificultad. Ha llegado a nuestras manos la descripción de un experimento histórico durante el cual intentaron comprimir el agua de la forma siguiente: El agua fue echada en una bola de plomo, soldando ésta después para que durante la compresión aquella no se vertiera. A continuación golpearon sobre la bola con un pesado martillo con el fin de comprimirla y que a su vez, la bola comprimiera el agua ¿que pasó? El agua no se comprimió, sino que comenzó a fluir a través de las paredes de la bola. En los líquidos, los átomos están mas separados que en los sólidos y se mueven hacia arriba, abajo, atrás y adelante.

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Gaseoso: Muchos de los gases son transparentes e incoloros, por lo que no los vemos. Por ejemplo, no vemos el aire, pero cuando nos desplazamos con rapidez advertimos la presencia del aire a nuestro alrededor. Tomemos una jeringa (sin la aguja) y pongamos un dedo en el extremo mientras que con el hacemos fuerza en el otro extremo (como si estuviésemos inyectando), podemos notar que cuesta comprimirlo, pero se puede. Si lo mismo se hace con una máquina que pueda hacer mucha fuerza, notaríamos que se forman gotas dentro de la jeringa. La compresibilidad de los gases es miles de veces mayor que la de los líquidos. También poseen una propiedad de la que carecen los sólidos y los líquidos, ocupan por completo el volumen en que se encuentran, por lo tanto, no tienen forma propia. En los gaseosos, los átomos están libres, se mueven en todas direcciones.

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Ahora que ya entendimos bien los 3 estados de la materia podemos imaginarnos la siguiente situación:

Un día, en el almuerzo, quiero tomar una bebida muy fría, para enfriarla (esto está mejor explicado en "calor"secundaria le agrego hielo, o, agua en estado sólido. Abro el freezer y saco la cubetera, pero, como soy una persona muy distraída, la dejo en la mesa. Diez minutos más tarde, vuelvo a la cocina y veo que los hielos ya no están, en cambio, hay agua, en estado líquido. Ahora se me fueron las ganas de tomar algo frío, y, en cambio, quiero algo caliente, té. Conecto la pava eléctrica, le pongo agua y a calentar. Una vez que esta llega a 100 grados, comienza a hervir, y a liberar vapor de agua (agua en estado gaseoso).

Entonces, se puede pasar siempre de solido a líquido, de líquido a sólido, de líquido a gaseoso, de gaseoso a líquido, de sólido a gaseoso y de gaseoso a sólido. Esto tiene un nombre:


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(en nuestra vida cotidiana el pasaje de sólido a gaseoso del agua no es muy común, esto suele suceder en la Antártida, donde hay una determinada presión y temperatura, se ve vapor que sale del hielo)



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3- Movimiento



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Con el fin de juzgar si un cuerpo se mueve o no, hay que examinar si varía su posición respecto de los cuerpos que lo rodean. Si, por ejemplo, la posición de un automóvil varía con relación a las casas y los árboles, suele decirse que el automóvil se mueve tocante a dichos cuerpos. El agua en el río se mueve respecto de las orillas y el tren a la vía férrea.


Se llama movimiento mecánico a todo cambio de posición de un cuerpo con relación a otros.

Estudiemos algunos tipos y leyes de este movimiento.
Una persona que va en un tren se mueve con relación a la vía férrea, pero está en reposo en lo que atañe al vagón del tren. Por esta razón, cuando hablamos del movimiento de un cuerpo indicamos obligatoriamente, respecto a qué cuerpos se produce dicho movimiento.
El movimiento de una persona, un automóvil, avión, cohete, barca, el vuelo de un pájaro, el flujo del agua, del aire (viento) con relación a la Tierra, son ejemplos de movimiento mecánico. El movimiento de una molécula aislada también es mecánico.


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Cuando un cuerpo se desplaza de un punto a otro, él describe cierta línea que recibe el nombre de trayectoria de movimiento del cuerpo. Por ejemplo, la huella luminosa que ocasiona en el cielo nocturno un meteorito que cae a la Tierra es una trayectoria visible.
La trayectoria de movimiento de la molécula de un cuerpo, es la de una línea quebrada.
La longitud de la trayectoria por la que se desplaza un cuerpo durante cierto intervalo de tiempo, recibe el nombre de recorrido en el transcurso de ese lapso.

Decimos que el movimiento de un cuerpo cualesquiera es uniforme, si en intervalos iguales de tiempo recorre distancias iguales, por ejemplo, un automóvil que cada hora recorre 60 km; cada media hora 30 km; cada cuarto de hora 15 km; etc, hasta los minutos, segundos, fracciones de segundo.
El movimiento de la Tierra alrededor de su eje, el de las agujas de un reloj, son próximos al uniforme. Una molécula de gas en el intervalo entre dos choques también está en movimiento uniforme.

La mayoría de los movimientos no son uniformes. Por ejemplo, un tren que parte de la estación, en intervalos iguales de tiempo, recorre distancias en crecimiento. Y viceversa, al llegar a la estación, en intervalos iguales de tiempo, recorre distancias en disminución. Cuando un patinador toma parte en competiciones, pasa iguales recorridos en diferentes intervalos de tiempo. El desplazamiento del tren y del patinador son ejemplos de movimiento variado.


PREGUNTAS DE REPASO:


  • ¿Qué se denomina movimiento mecánico?
  • ¿Por qué es necesario indicar con relación a qué cuerpos se mueve el cuerpo examinado?
  • ¿Qué es la trayectoria de movimiento?
  • ¿Qué se llama recorrido en cierto intervalo de tiempo?

EJERCICIOS:

  • Indicar con relación a qué cuerpos, el pasajero de un tren en movimiento se encuentra en reposo y respecto de cuáles, se mueve.
  • ¿Qué linea representa la trayectoria de movimiento de la aguja horaria del reloj?
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4- MRU





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Un automóvil que en movimiento uniforme va por una carretera, adelanta a una persona que se desplaza uniformemente ¿En que se distinguen los dos movimientos uniformes de la persona y del auto?

En que el automóvil se mueve con mayor rapidez que la persona. Un avión se desplaza más rápidamente que un automóvil, a su vez, un satélite artificial de la Tierra es más veloz que un avión. Esto significa, que en el transcurso de un mismo intervalo de tiempo, el automóvil recorre una distancia mayor que el peatón, y el avión mayor que el automóvil.

Los movimientos del peatón, del automóvil y del avión se distinguen por su velocidad.

La velocidad de un cuerpo en movimiento uniforme indica la distancia qeu recorre el cuerpo por la unidad de tiempo. Por ejemplo, si cada hora una cosechadora autopropulsada recorre 9 km, un avión vuela 600 km decimos que la velocidad de la cosechadora es de 9 km por hora (9km/h) y la del avión de 600 km por hora (600km/h).

Aquel cuerpo que por la unidad de tiempo recorre mayor distancia, se mueve a velocidad mas elevada.

Para determinar la velocidad de un cuerpo en movimiento uniforme hay que dividir la distancia (espacio) recorrida durante cierto intervalo de tiempo por dicho intervalo.

Velocidad= Distancia/Tiempo

Punto


Tomamos por unidad de velocidad, la de semejante movimiento uniforme durante el cual el cuerpo en movimiento en 1 segundo recorre una de distancia de 1 metro.
Esta unidad se escribe así: 1 m/s


EJEMPLO DE UN PROBLEMA:

El avión Tu-154 cubre la distancia de Moscú a Tashkent, igual a 2736 km en 3.8 horas. Determinar la velocidad del avión, suponiendo que su movimiento era uniforme.

1° Escribimos los datos:

D= 2736 km
T= 3,8 h
V=??

2° Vemos que fórmula podemos usar:

v=d/t

3° Resolvemos sustituyendo los valores


Curso


Si yo no quiero tener la unidad en km/h sino en m/s, ¿Como haríamos?


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Tenemos km/h, como km está arriba y queremos sacarlo tenemos que ponerlo abajo, para que se divida km/km y se cancele, entonces, en 1 km hay ¿Cuantos metros? 1000!, entonces, a 720 lo multiplicamos por 1000 y lo dividimos por 1, eso nos da: 720000 m/h podemos ver que los km ya estan en m, pero yo quiero en m/s, entonces ahora hay que pasar las horas a segundos. Ahora la unidad que quiero cancelar (hora) está abajo, entonces pongo 1 hora arriba, y en 1 hora, ¿Cuantos segundos hay? 3600! entonces tengo que poner 3600 abajo, ahora multiplico 720000 por 1 y lo divido por 3600, eso nos da 200 m/s!! PROBLEMA RESUELTO!!!

GRAFICAR


En MRU hay dos tipos de gráficos, uno es de la velocidad y otro de la distancia, ambos en función del tiempo. ¿Qué significa esto? que en las abscisas pondremos, siempre, al tiempo, en cambio, en el eje de las ordenadas, ubicaremos a la velocidad o a la distancia.
Los gráficos vacíos quedarían así:

Velocidad en función del tiempo:

secundaria



Distancia en función del tiempo:

Clase



Ahora que ya sabemos como son los gráficos, lo único que nos queda es, graficar lo que nos dice el problema. Sabemos que la velocidad es constante, de 200 m/s, y que la distancia es de 2736 km y que tarda 3,8 horas en llegar, entonces, los gráficos nos quedarían así:

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PROBLEMAS DE PRÁCTICA:


  • Una balsa, que navega por un río, en 20 minutos recorrió 900 metros. Determinar la velocidad de movimiento de la balsa (en m/s)
  • Un ciclista en movimiento uniforme recorrió 9 km en 30 min, Determinar la velocidad del ciclista en m/s
  • La velocidad de una locomotora es de 90km/h, Espresar esta velocidad en m/s
  • La velocidad de un auto es de 150 km/h, calcular la distancia que recorre en 15 minutos (distancia en metros)



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5- Inercia



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Newton, un físico muy conocido por la Ley de la Gravitación Universal, también propuso tres leyes, esta es la primera, la INERCIA.

Nuestra experiencia cotidiana muestra que la velocidad de un cuerpo sólo puede variar cuando actúa una fuerza sobre él. Por ejemplo, una pelota que está en el suelo solo comienza a moverse cuando se la patea con el pie. Pero si sobre este no actúa ninguna fuerza, la pelota no comenzará a moverse.

La disminución de la velocidad de movimiento y la parada del cuerpo no se producen de forma espontánea, sino que se provocan por la acción de otros cuerpo sobre el primero. La velocidad de una bala disminuye al pasar por una tabla. Una pelota se para a causa del rozamiento contra la tierra.

La dirección de la velocidad también varia a cuenta de la acción de cierto cuerpo. Al lanzar una pelota, esta cambia la dirección de su movimiento al chocar contra la pared o la mano. Una persona que va corriendo tiene que agarrarse al poste para dar la vuelta a su alrededor.

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Examinemos el siguiente experimento. Sobre una mesa ponemos una tabla inclinada. A una pequeña distancia del extremo de la tabla echamos sobre la mesa un montón de arena. Sobre la tabla inclinada ponemos un carrito. Después de bajar por la tabla, éste llega a la arena y se para con rapidez al tropezar con el obstáculo. Nivelemos un tanto la arena y dejemos que el carrito baje de nuevo por la tabla desde la misma distancia. Ahora, antes de pararse, el carrito recorrerá una distancia mayor por la misa. Si de ésta retiramos por completo la arena, el carrito cubrirá hasta su parada una distancia aún mayor.

Por consiguiente, mientras menos obstáculos encuentre el carrito en su camino, mayor tiempo se conservará el movimiento, más próximo será éste al uniforme.

Punto


La ley de Inercia, la primera de newton dice:

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


Curso

En la vida cotidiana

En la vida cotidiana tropezamos con las manifestaciones de la Inercia muy seguido. Un hombre que corre no puede pararse de golpe, a causa de la inercia correrá cierta distancia disminuyendo su velocidad. Cuando un colectivo arranca después de estar parado, los pies del pasajero también se ponen en movimiento, ya que entre ellos y el suelo hay rozamiento. El cuerpo del pasajero queda en reposo, por eso se inclina en dirección opuesta al movimiento del colectivo.

PREGUNTAS DE REPASO:

  • Dar ejemplos de manifestaciones de la inercia en la vida cotidiana.
  • Cuando una persona se resbala con algo, ¿en qué dirección cae?



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6- MRUV



secundaria


Ya hablamos del MRU, pero cuando la velocidad varía se utiliza otro tipo de movimiento, llamado MRUV

Como hablamos en la clase número 5, la Inercia es la resistencia de los cuerpos a cambiar de movimiento, pero esta solo se puede medir si el objeto varía su velocidad, ya sea acelerando o frenando.

La aceleración mide, como varía la velocidad con el pasar del tiempo, y se puede calcular con una formula muy simple:

Clase



Aceleración, entonces, es "delta" velocidad dividido tiempo. ¿Que es delta? Como podemos ver en la primer formula, delta es ese triángulo, una letra griega, que, en matemática significa "diferencia", en este caso, de velocidad. ¿Como se calcula la diferencia de velocidad? Muy fácil, velocidad final (vf) menos velocidad inicial (vi). Su unidad es m/s² esto se lee como metros sobre segundos al cuadrado

Entonces, calculemos, juntos la aceleración en los siguientes problemas:

  • Calcular la aceleración de un auto que parte del reposo y alcanza una velocidad de 72 m/s en 11 segundos
  • Calcular la aceleración de un auto que va a 50 m/s y desacelera hasta llegar al reposo en 7 segundos.


Empecemos con el primero:

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Como el auto parte del reposo la velocidad inicial será cero y como termina a 72 m/s esa será su velocidad final, dice que acelera en 11 segundos, entonces ese será el tiempo.

Ahora calculemos el segundo:

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Este resultado, -7,14, puede resultar raro, pero no lo es. Con estos dos problemas aprendemos que, cuando un objeto aumenta su velocidad va a tener aceleración positiva. Por el contrario, cuando disminuye su velocidad, ésta va a ser negativa.

En MRUV tenemos más variables que en MRU:

Aceleración
Velocidad Final
Velocidad Inicial
Tiempo
Distancia
Por ahora solo vimos una sola fórmula, la de aceleración, pero, ¿Qué pasa si queremos calcular la velocidad final y, en vez de tener la aceleración, tenemos la distancia?
Como pueden recordar yendo a otra clase, en MRU hay solo una formula, de la cual despejamos la variable que queramos calcular.

En MRUV, tenemos muchas más ecuaciones, lo único que debemos hacer al enfrentarnos con un problema es:
  • Identificar las variables.
  • Cambiar las unidades para que sean "compatibles"
  • Usar la fórmula correspondiente.
  • Calcular.


Las fórmulas son las siguientes:

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Ahora que ya sabemos todas las fórmulas, lo único que queda es practicar con muchos ejercicios.

GRÁFICOS

Empecemos con el gráfico mas fácil, el de aceleración. La aceleración es SIEMPRE constante, entonces, ¿Como será el gráfico? Piensen eso un rato antes de verlo.

Hagamos el gráfico de aceleración del primer ejercicio, con a=6.55:

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Ahora pasemos al segundo más difícil, el de velocidad, con vf= 72m/s y vi=0 m/s

fisica

Y ahora hacemos el último gráfico, el de distancia. Para este, hay que calcular la distancia en distintos tiempos, por ejemplo, nosotros tenemos tiempo de 11 segundos, entonces vamos a calcular d en 3,6 y 11 segundos. Para esto hay que usar la segunda fórmula de distancia, d=vi.t+1/2.a.t²

Los resultados son:
d(3s)=29.5
d(6s)=117.9
d(11s)=396.3

Una vez que tenemos esto marcamos los puntos en el gráfico y trazamos la línea:


Punto


En otros problemas la línea suele quedar curva, todo depende de los valores.




EJERCICIOS:
  • Un auto parte del reposo y acelera en 15 segundos hasta llegar a 60 km/h, Calcular la aceleración y la distancia que recorrió en ese tiempo. Graficar la aceleración, la distancia y la velocidad en función del tiempo
  • Cuanto tarda un auto en acelerar de 15 m/s a 20 m/s si tiene una aceleración de 6 m/s². Graficar la aceleración, la velocidad y la distancia en función del tiempo.
  • Que distancia recorre un auto que acelera de 8 km/h a 90 km/h si tiene una aceleración de 10 m/s²



Caída Libre

Dentro de MRUV hay dos tipos de movimiento más, además del que acabamos de ver, uno de ellos se llama CAÍDA LIBRE. Este movimiento es cuando, por ejemplo, se tira verticalmente HACIA ABAJO una pelota.

¿Qué cambia? No mucho, las fórmulas siguen siendo las mismas. Ahora, la aceleración va a ser 9.8. ¿Por qué positiva? porque cuando tiramos un objeto hacia abajo este se acelera hasta llegar al suelo. Probemos con un ejercicio:


Se lanza una pelota verticalmente hacia abajo con una velocidad inicial de 7 m/s, ¿cuál será su velocidad y cuanto habrá recorrido luego de 3 segundos?
Primero vamos a identificar las variables:
vi=7m/s
t=3s
vf=?
d=?

Ahora vemos que fórmulas vamos a usar:
vf=vi+a*t
d=vi*t+1/2a*t²

Y comenzamos a calcular la velocidad:

Curso


Luego calculamos la distancia:

Post


Tiro vertical

Tiro vertical es igual a la caída libre, solo que es cuando tiramos algo HACIA ARRIBA, lo que cambia es que el objeto se desacelera, por lo tanto la gravedad (9.8) es negativa.

La velocidad, en la altura máxima del objeto va a ser cero, una vez que llega a ese punto comienza a descender, y es ahí cuando pasa a ser caída libre.

PROBLEMAS PARA RESOLVER


  • Se lanza verticalmente hacia arriba un cohete con una velocidad inicial de 1000 m/s, ¿Cuál será la altura máxima del cohete?
  • ¿Cuanto tiempo podrá quedarse en el aire antes de caer hacia la tierra?



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7- Densidad


Clase


Los cuerpos de igual masa, fabricados de diversas sustancias ocupan diferentes volúmenes.

Si tomamos dos cilindros de igual masa, uno de ellos hechos de plomo y el otro de aluminio, podremos ver que el volumen del segundo será casi cuatro veces mayor que el de plomo. Un cubo de hierro de 1t de masa ocupa un volumen de 0.13 m³, mientras que 1t de hielo, un volumen de 1.1 m³, o sea, casi 9 veces mayor.


apoyo


Las sustancias se diferencian entre sí por sus DENSIDADES. La densidad muestra a qué es igual la masa de 1 m³ de sustancia. Por ejemplo, la masa de 1 m³ de hierro, es igual a 7800kg. Por consiguiente, la densidad del hierro constituye 7800kg por 1 m³.

Consideremos un ejemplo, 2 m³ de hielo tienen una masa de 1800kg. Determinemos la densidad del hielo:
2m³ de hielo tienen una masa de 1800kg, la masa de 1m³ de hielo será 2 veces menor, es decir 1800/2=900. Es decir, la densidad del hielo constituye 900kg por 1m³.

De este ejemplo se deduce que, conociendo la masa y el volumen, podemos calcular la densidad. Para determinar la densidad de la materia hay que dividir su masa por su volumen:

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La unidad de la densidad de la sustancia es 1kg/m³.
Por lo tanto, la densidad del hierro es 7800kg/m³, la del hilo 900kg/m³.
La densidad también se expresa en gramos por mililitro (g/ml). Para pasar de kg/m³ a g/ml hay que dividir el valor por 1000.
7800/1000=7.8g/ml

La densidad de una misma sustancia en distintos estados (solido, líquido y gaseoso).Por ejemplo, la densidad del hielo es igual a 0.9 g/ml, la del agua es 1 g/ml y la del vapor de agua es de 0.00059 g/ml. Eso explica porqué el hielo, por ejemplo los icebergs flotan, porque son menos densos que el agua.

PROBLEMAS PARA PRACTICAR:
  • ¿Cómo se calcula la masa de un cuerpo haciendo uso de su densidad y volumen?
  • ¿Cómo se determina el volumen de un cuerpo si sabemos su densidad y su masa?
  • Determinar la masa de 500ml de hierro (densidad=7.8 g/ml)


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8- Fuerza




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En la clase de MRUV aprendimos que aceleración era el cambio de velocidad dividido por el tiempo.

Ahora nos vamos a enfocar en lo que causa la aceleración: LA FUERZA.

Consideremos un disco de hockey que está en reposo sobre el hielo. Se le aplicamos una fuerza, entonces comienza a moverse y acelera. Cuando el palo de hockey ya no lo está impulsando, el disco se mueve a velocidad constante. Si se aplica otra fuerza que golpee al disco, otra vez, el movimiento cambia. La aceleración es causada por la fuerza.

Muy seguido hay más de una fuerza que actúa sobre un objeto. Es decir, pueden intervenir varias fuerzas. La suma de fuerzas que actúan sobre un objeto se llama FUERZA NETA. La aceleración depende de la fuerza neta.

Para incrementar la aceleración de un objeto, debemos aumentar la fuerza neta que actúa sobre éste. Si aplicamos el doble de fuerza neta, su aceleración será el doble; si aplicamos el tripe de fuerza neta, se triplicará la aceleración, y así sucesivamente.

Decimos que la aceleración producida es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él y se escribe así:

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Cuando las superficies de dos objetos se deslizan entre sí o tienden a hacerlo, actúa una fuerza de fricción o rozamiento. Cuando aplicamos una fuerza a un objeto, por lo general, una fuerza de fricción reduce la fuerza neta y la aceleración que resulta. La fricción se debe a las irregularidades en las superficies que están en contacto mutuo y depende de los materiales y cuánto se opriman entre sí.

Hasta las superficies que parecen muy lisas tienen irregularidades microscópicas que estorban el movimiento. Cuando un objeto se desliza contra otro, debe subir sobre los picos de las irregularidades, o se deben desprender los átomos por la fricción. En cualquiera de los casos se requiere una fuerza.

La dirección de la fuerza de fricción siempre es opuesta al movimiento. Un objeto que se deslice de bajada por un plano inclinado está sometido a una fricción dirigida de subida por el plano; un objeto que se desliza hacia la derecha está sometido a una fricción dirigida hacia la izquierda. Así, si se debe mover un objeto a velocidad constante, se le debe aplicar una fuerza igual a la fuerza opuesta de la fricción, de manera que las dos fuerzas se anulen exactamente entre sí. La fuerza neta igual a cero causa una aceleración cero y velocidad constante.


Punto

Curso


No hay fricción en una caja que está en reposo sobre un suelo horizontal. Sin embarco, cuando se perturban las superficies de contacto al empujar la caja en dirección horizontal, se produce la fricción. ¿Cuánta? Si la caja sigue en reposo, la fricción que se opone al movimiento es justo la necesaria para anular el empuje.

Si empujas horizontalmente con, digamos, 70N (newtons), la fricción será de 70N. Si empujas más, por ejemplo con 100N y la caja esta a punto de deslizarse, la fricción entre la caja y el suelo opone 100N a tu empuje. Si los 100N es lo más que pueden resistir las superficies, entonces cuando empujes con un poco más de fuerza se rompe la adherencia y la caja se desliza.

Un hecho interesante es que, en el deslizamiento, la fricción es algo menor que la fricción que se acumula antes de que haya deslizamiento. Los físicos y los ingenieros, distinguen entre fricción estática y fricción de deslizamiento. Para ciertas superficies, la fricción estática es un poco mayor que la fricción de deslizamiento.

Cuando empujas una caja, requieres más fuerza para que ésta empiece a moverse, que para mantenerla deslizándose. Antes de que apareciera el sistema de frenos anti-bloqueo, un frenado de emergencia era bastante problemático. Cuando los neumáticos se inmovilizan, patinan y proporcionan menor fricción que si siguieran rodando hasta pararse.

La fricción no se restringe a sólidos que se deslizan entre sí. También se presenta en líquidos y gases, que se llaman fluidos (porque fluyen). La fricción de los fluidos ocurre cuando un objeto aparta el fluido a través del cual se mueve ¿Alguna vez intentaron correr 100m con agua hasta la cintura?

Una forma muy común de fricción de fluidos para algo qeu se mueve a través del aire es la resistencia del aire, también llamada resistencia aerodinámica. Por lo común nos damos cuenta de esta resistencia cuando vamos a velocidades mas altas que al caminar.


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La aceleración que adquiere un objeto no sólo depende de las fuerzas aplicadas y de las fuerzas de fricción, sino también de la inercia del objeto. La cantidad de inercia que posee un objeto depende de la cantidad de materia que haya en él; cuanto más materia haya, habrá mayor inercia.



secundaria


Segunda ley de Newton:


Newton fue el primero que descubrió la relación entre los tres conceptos fundamentales de física: Aceleración, Fuerza y Masa. Propuso una de las más importantes leyes de la naturaleza, su segunda ley del movimiento. La segunda ley de newton establece que:

"La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, tiene la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la amsa del objeto".

En resumen, esto dice que:

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De manera breve, donde donde a es aceleración, F es la fuerza neta y m es la masa:

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Calculo de peso:

El peso es una fuerza, la aceleración (en la Tierra) es de 9.8, como vimos en MRUV, si quiero calcular el peso de un cuerpo de 50kg debo usar la fórmula de Newton:


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Y de esta formula sale la unidad Newton, que es igual a kg.m/s².

Ahora hagamos un ejercicio calculando la aceleración de un cuerpo en movimiento.


Calcular la aceleración de una avioneta de 2000kg, si el empuje de su motor es de 500N y tiene 40N de resistencia del aire.

Primero calculamos la fuerza neta:

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Ahora calculamos la aceleración:

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EJERCICIOS DE PRÁCTICA:

A) Calcula la aceleración de un bloque de 2kg sobre una superficie horizontal, sin fricción, cuando ejerces una fuerza horizontal neta de 20N. B)¿Cuál es la aceleración que ocurre si la fuerza de fricción es de 4N?
Calcula el peso de un elefante de 2000kg
Tres bloques idénticos son arrastrados como se muestra en la figura, sobre una superficie horizontal sin fricción. Si la tensión en la cuerda que la mano sujeta es 30N, ¿Cuál será la tensión en las demás cuerdas?

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El momento de una fuerza:


El momento de la fuerza (M) respecto a O, es el vector que expresa la intensidad del efecto de giro con respecto a un eje de rotación que pase por O.

Cuando una fuerza gira al objeto en sentido horario, el momento tiene signo negativo, por el contrario, cuando gira en sentido antihorario, el momento tiene signo positivo


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La distancia F el eje de giro es b. El ángulo a, es el que forma la dirección de la fuerza con b. (Podemos tomar en su lugar el ángulo que forma con su prolongación, sen a=sen 180-a)

Curso

Hagamos un ejercicio juntos:

Una barra uniforme de 80N se apoya en el punto de apoyo A. Hallar el momento resultante de A, si F=50N. ¿En qué sentido girará la barra?


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Primero descomponemos la fuerza F, pero, de las dos componentes solo utilizaremos Fy, ya que está en el mismo eje que la fuerza de 100N a la que llamaremos F2:

Utilizando trigonomertía, calculamos Fy:

secundaria


Ahora calculamos los momentos de las fuerzas F2 y Fy con una distancia de 6m y 3m respectivamente:

Clase


Como dijimos más arriba, la fuerza de 100N mueve a la barra en sentido horario, por lo tanto tiene signo negativo.

apoyo


Como esta fuerza de 30.09N mueve a la barra en sentido antihorario, tiene símbolo positivo.



Ahora hay que calcular el momento resultante:

Aprende Física sin salir de este post [Parte 1]


Como el momento resultante nos dio negativo, entonces la barra se moverá en sentido anihorario.



ciencia

9- Tercera Ley de Newton



aprender




Hasta ahora estudiamos la fuerza como un empuje o un tirón, pero ninguna de estas fuerzas están aisladas.

Si empujas una pared con los dedos sucede algo más que eso. Estás interactuando con la pared, la cual también te empuja. De manera que interviene un par de fuerzas: tu empuje sobre el muro y el empuje que te devuelve el muro. Estas fuerzas son de igual magnitud (tienen el mismo valor) y dirección contraria, y forman una interacción simple. De hacho, no puedes empujar la pared a menos que ésta te regrese el empujón.

Consideremos a un boxeador que golpea un saco de arena. Su puño golpea al saco (y lo deforma) y al mismo tiempo el saco pega contra el puño (y detiene su movimiento). Al golpear el saco de arena interviene un par de fuerzas. El par de fuerzas puede ser muy grande.

Pero ¿y si quiere golpear una hoja de pañuelo desechable, como se dijo antes? El puño del boxeador solo ejercería una fuerza sobre el papel que iguale la fuerza que el papel ejerce sobre el puño. Es decir, el puño no puede ejercer fuerza alguna, a menos que aquello a lo que pegue le devuelva la misma cantidad de fuerza. Una interacción requiere de un par de fuerzas que actúen sobe dos objetos distintos.


La tercera ley de Newton establece:

"Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero"

Entonces podemos identificar una FUERZA DE ACCIÓN y una FUERZA DE REACCIÓN, y expresar la tercera ley de Newton como sigue:

"A cada acción siempre se opone una reacción igual"

No importa cuál fuerza sea la de acción y cuál la de reacción. Lo que interesa es que constituyen una sola interacción y que ninguna fuerza existe sin la otra.
Tú interactúas con el piso al caminar sobre él. Tu empuje contra el piso se acopla al empuje del piso contra ti. El par de fuerzas se forma al mismo tiempo (son simultáneas). De igual manera, los neumáticos y el asfalto se empujan entre sí. Al nadar interaccionas con el agua, la cual empujas hacia atrás, mientras que el agua te empuja hacia delante al mismo tiempo; y tú y el agua se empujan entre sí. En estos casos, las fuerzas de reacción son las que causan el movimiento. Ninguna fuerza existe sin la otra.



Acción: el cohete empuja los gases
Reacción: Los gases empujan al cohete

fisica


Definición de sistema

Con frecuencia surgen una pregunta: Si las fuerzas de acción y reacción son iguales en magnitud y opuestas en dirección, ¿por qué no se anulan?

Para contestarla debemos definir el sistema que interviene. Considera, por ejemplo, un sistema que consiste de una sola naranja. La línea punteada que rodea la naranja encierra y define el sistema. El vector que apunta hace fuera de la línea punteada representa una fuerza externa al sistema.
El sistema acelera de acuerdo con la segunda ley de Newton. En la imagen vemos que esta fuerza esta proporcionada por una manzana, la cual no altera nuestro análisis. La manzana es externa al sistema. El hecho de que la naranja ejerza al mismo tiempo una fuerza sobre la manzana, que es externa al otro sistema, puede afectar a la manzana, pero no a la naranja. Por eso, en este caso, las fuerzas no se anulan.

Punto



LA FUERZA DE REACCIÓN SE DENOMINA FUERZA NORMAL Y EL SÍMBOLO ES UNA N MAYÚSCULA CURSIVA

PREGUNTAS DE REPASO:

Identificar en la imagen del camión todas las fuerzas. (son 4 en total)
Llenar los espacios: Con frecuencia a la primera ley de Newton se la llama ley de _______; la segunda ley de Newton es la ley de _______; y la tercera ley de Newton es la ley de _______ y de ______.
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6 comentarios - Aprende Física sin salir de este post [Parte 1]

Pucho34 +2
Excelente post es un lujo para Taringa, Tendria que estar entre los destacados.
Igor47 +1
Me quede sin puntos ,pero mañana te dejo.
patagonic59 +1
como aplicarias la estadistica a la física?
cbuso2401 +2
La mecánica estadística utiliza conceptos básicos como valor medio y la distribución de Gauss. Los aplica para curvas de distribución de velocidades moleculares
agm000 +1
Muy bueno. Fueron mis +10!
cesara01
Excelente post, le falta el reconocimiento que merece.