guia # 2

Unidad # 2

COMO ENTENDER LOS EVENTOS DE LA NATURALEZA DE MANERA ACTIVA Y DINÁMICA?

La naturaleza está formada por materia y energía en constante cambio.  Un cambio en la naturaleza se conoce como fenómeno natural el cual puede ser físico o químico.  Un fenómeno físico se caracteriza porque no cambia la composición química de la materia.  Por ejemplo el movimiento de los cuerpos, los cambios de estado de la materia, las tormentas con rayos y truenos, la formación de imágenes, etc. Un fenómeno químico se caracteriza porque se producen cambios en la composición de la materia.  Por ejemplo la combustión de los materiales, la fotosíntesis de las plantas, la digestión de los alimentos, etc.

El objetivo de la Física es descubrir y estudiar las leyes que rigen los fenómenos físicos de la naturaleza para emplearlas en beneficio de la humanidad.  Por excelencia se considera la ciencia del razonamiento y la medición  El término Física proviene del vocablo griego psique que significa naturaleza. Cuando escuchamos ésta palabra vienen a nuestra mente imágenes de plantas, ríos, árboles, animales y en algunas ocasiones lo que el hombre ha transformado de ella; es decir, naturaleza es todo lo que nos rodea.

El conocimiento de la Física es esencial para comprender nuestro mundo, ya que ninguna otra ciencia ha intervenido en forma tan activa para revelarnos las causas y los efectos de los hechos naturales.

En el presente siglo se han realizado rápidos avances científicos y tecnológicos, por ejemplo en los medios de comunicación con el uso de computadoras, televisión, antena parabólica, teléfono celular, correo electrónico, etc. y en el transporte con los vuelos espaciales. Esto ha sido posible gracias a los conocimientos que se han adquiridos de todas las ciencias.

¿PORQUE ES IMPORTANTE CUANTIFICAR LOS EVENTOS DE LA NATURALEZA?
La naturaleza está formada por materia y energía en constante cambio. Un cambio en la naturaleza se conoce como fenómeno natural el cual puede ser físico o químico. Un fenómeno físico se caracteriza porque no cambia la composición química de la materia. Por ejemplo el movimiento de los cuerpos, los cambios de estado de la materia, las tormentas con rayos y truenos, la formación de imágenes, etc. Un fenómeno químico se caracteriza porque se producen cambios en la composición de la materia. Por ejemplo la combustión de los materiales, la fotosíntesis de las plantas, la digestión de los alimentos, etc.
El objetivo de la Física es descubrir y estudiar las leyes que rigen los fenómenos físicos de la naturaleza para emplearlas en beneficio de la humanidad. Por excelencia se considera la ciencia del razonamiento y la medición El término Física proviene del vocablo griego psique que significa naturaleza. Cuando escuchamos ésta palabra vienen a nuestra mente imágenes de plantas, ríos, árboles, animales y en algunas ocasiones lo que el hombre ha transformado de ella; es decir, naturaleza es todo lo que nos rodea.
El conocimiento de la Física es esencial para comprender nuestro mundo, ya que ninguna otra ciencia ha intervenido en forma tan activa para revelarnos las causas y los efectos de los hechos naturales.

¿PARA QUE ESTUDIAR Y ENTENDER LOS MOVIMIENTOS DE PARTÍCULAS Y CUERPOS GRANDES?

Existen varias aplicaciones para el impulso y seguramente todos usamos siquiera alguna vez alguna de estas aplicaciones o simplemente no nos damos cuenta de todo la que sucede en realidad, por ejemplo al jugar billar, el taco transmite energía a la bola mediante un choque y a su vez, la bola también transmite energía potencial al chocar con otras bolas.
Una gran parte de nuestra información acerca de las partículas atómicas y nucleares, se obtiene experimentalmente observando los efectos de choque entre ellas. A una mayor escala cuestiones como las propiedades de los gases se pueden entender mejor en función de choques de las partículas, y encontraremos que de los principios de la conservación de la cantidad de movimiento y de la conservación de la energía, podemos deducir mucha información acerca de los fenómenos de choques.
Impulso y cantidad de movimiento.- En un choque obra una gran fuerza en cada una de las partículas que chocan durante un corto tiempo.

Es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Para producir movimiento es necesaria una intensidad de interacción o intercambio de energía que sobrepase un determinado umbral.
Cuales son los elementos del movimiento
La trayectoria. Es la línea que describe un cuerpo en movimiento. Atendiendo a su trayectoria los movimientos, puede ser:

Rectilíneos: describen una línea recta.

Curvilíneos: Circular: describe una circunferencia

Elíptico: describe una elipse.

Parabólico: describe una parábola.

La distancia. Es la longitud comprendida entre el origen del movimiento y la posición final.
Velocidad: Es la distancia recorrida en la unidad de tiempo

¿CÓMO ENTENDER LAS CAUSAS POR LAS CUALES SE PRODUCE EL MOVIMIENTO?

La cinemática es una rama de la física dedicada al estudio del movimiento de los cuerpos en el espacio, sin atender a las causas que lo producen (lo que llamamos fuerzas). Por tanto la cinemática sólo estudia el movimiento en sí, a diferencia de la dinámica que estudia las interacciones que lo producen. El Análisis Vectorial es la herramienta matemática más adecuada para ellos. En cinemática distinguimos las siguientes partes: Cinemática de la partícula Cinemática del sólido rígido La magnitud vectorial de la Cinemática fundamental es el "desplazamiento" Δs, que experimenta un cuerpo durante un lapso Δt. Como el desplazamiento es un vector, por consiguiente, sigue la ley del paralelogramo, o la ley de suma vectorial. Asi si un cuerpo realiza un desplazamiento "consecutivo" o "al mismo tiempo" dos desplazamientos 'a' y 'b', nos da un deslazamiento igual a la suma vectorial de 'a'+'b' como un solo desplazamiento. Dos movimientos al mismo tiempo entran principalmente, cuando un cuerpo se mueve respecto a un sistema de referencia y ese sistema de referencia se mueve relativamente a otro sistema de referencia. Ejemplo: El movimiento de un viajero en un tren en movimiento, que esta siendo visto por un observador desde el terraplén. O cuando uno viaja en coche y observa las montañas y los arboles a su alrededor.

¿PARA QUÉ Y CÓMO REPRESENTAR EL MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS EN PLANO CARTESIANO?

En el estudio de la mecánica clásica es muy conveniente describir el movimiento de los objetos en términos del espacio y el tiempo, sin tomar en cuenta los agentes que lo producen.   A esta parte de la mecánica clásica que describe el movimiento se le llama cinemática y podrás aprender más sobre ella en la unidad 4.  La palabra cinemática proviene de "cine" que significa movimiento y "matica" que significa matemática.

En el estudio del movimiento de traslación se describe al objeto en movimiento como una partícula sin importar su tamaño.  En general, una partícula es una masa parecida a un punto de tamaño infinitesimal.  En Física es necesario explicar el comportamiento de los objetos.  Para esto se utilizan las gráficas.

Las gráficas son representaciones pictóricas de pares ordenados de puntos.  En cinemática se refiere a la representación de la relación de tiempo y espacio del movimiento de los objetos.  Esta representación se hace en un plano cartesiano.  El movimiento de una partícula se conoce por completo si su posición en el espacio se conoce en todo momento.   Las gráficas presentan la relación entre los datos de la posición, velocidad y aceleración del objeto.  Debes observar muy bien los ejes, las variables y las unidades utilizadas en las gráficas que analizarás.

¿CÓMO APLICAR LAS LEYES DE LA DINÁMICA A NUESTRA VIDA DIARIA?

 Estudia el movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas. Las descripciones del movimiento comienzan con una definición cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la aceleración, la masa y la fuerza. Isaac Newton demostró que la velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración. Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Para las partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica (el estudio de las causas del cambio en el movimiento).

¿PORQUE ES IMPORTANTE IDENTIFICAR LAS FUERZAS DE CONTACTO?
Cuando hablamos de “fuerza” nos referimos físicamente a una acción que se ejerce sobre un cuerpo produciendo un determinado efecto. Esto puede resultar en una modificación de su movimiento, si se encuentra en ese estado, o de su aspecto físico. Incluso, pueden producirse ambos efectos al mismo tiempo. Todo depende de las características del objeto y de la magnitud de la fuerza que se le aplica. El principio de acción y reacción de Newton determina que entre dos cuerpos en contacto existe una fuerza de igual magnitud pero de sentido contrario actuando sobre cada uno. Estas pueden clasificarse en fuerzas de contacto y fuerzas de acción a distancias según entren en contacto o no los cuerpos sobre los que interactúan. Las primeras son aquellas en las que los objetos se encuentran en contacto físico y la fuerza se ejerce sobre su superficie de modo perpendicular. Un ejemplo es la fuerza de fricción. En las de segundo tipo, en cambio, los objetos no están en contacto como, por ejemplo, en la fuerza magnética. Un objeto sometido a dos fuerzas está físicamente en equilibrio cuando en el efecto producido ambas se anulan mutuamente. En estos casos, es llamada fuerza normal a la fuerza ejercida sobre un plano que se contrarresta con la fuerza peso. En otras palabras, aludimos con fuerza normal a la presión que se ejerce sobre un cuerpo en relación a su superficie y peso. Teniendo un objeto X ubicado sobre una mesa, contemplamos sobre el mismo dos tipos de fuerzas en interacción según el principio de Newton. Por un lado, la masa de la Tierra y su fuerza gravitatoria sobre el cuerpo en cuestión. Por el otro, la fuerza de contacto del objeto contra la mesa produciendo una reacción normal en sentido opuesto.

¿Que es una fuerza de acción a distancia y porque es importante comprender el concepto de peso­

La acción a distancia es una característica de las descripciones prerrelativistas de los campos de fuerzas de partículas que interactúan entre sí. Esta propiedad implica que para cada instante de tiempo las fuerzas sobre una partícula concreta debida a otras partículas depende de las posiciones de esas otras partículas en el mismo instante, como si la fuerza "se transmitiera instantáneamente" o existiera una "acción a distancia" por parte de las otras partículas.^[1

Las fuerzas de acción a distancia son tipos de fuerzas en las que los objetos no están físicamente en contacto (la fuerza de atracción gravitatoria, la fuerza magnética, etc.)
a lo largo del día, en diversas actividades aplicamos fuerzas. Por ejemplo, para levantar un plato, andar en bicicleta, cerrar una puerta, abrochar un botón.
La intensidad de la fuerza no es la misma en todos los casos y puede tener diferentes efectos. El peso resulta de la interacción de dos cuerpos por el hecho de tener ambos masa, es decir, masa del cuerpo que cae y la masa de la tierra. El peso se mide con un instrumento llamado dinamómetro y su unidad se expresa en Newton (N). Una característica muy especial del peso es que varía, ya que depende de la fuerza de gravedad de la Tierra, o bien, de la fuerza con que el planeta o cuerpo atrae a los objetos hacia el centro. Como la Tierra posee una forma más o menos esférica y achatada en los Polos, la distancia entre el centro de la Tierra y los Polos es menor que la distancia entre el centro de la Tierra y el Ecuador. De acuerdo a esta información se establece que la fuerza de gravedad en los Polos es mayor que en el Ecuador, y esto está determinado por la distancia entre ambos puntos y el centro de la Tierra Corresponde a la fuerza de atracción que ejerce la fuerza de gravedad o bien otro planeta, satélite, etcétera, sobre la masa de un cuerpo.

Si no existiera la fuerza de gravedad en la Tierra, se podrían observar fenómenos muy extraños como: no existirían los paracaídas ni llovería. Si una persona diera un salto, seguiría subiendo indefinidamente, y lo mismo ocurriría con una pelota que fuera golpeada contra el suelo. Así como estos casos se podrían describir muchos más.
Por todo esto, se puede concluir que los cuerpos caen al suelo cada vez que se dejan libres, ya que son atraídos por la Tierra con una fuerza llamada peso.
¿QUE ES FUERZA CENTRÍPETA Y PORQUE ES FUNDAMENTAL TENER CLARIDAD DE ESTE CONCEPTO EN EL  MOVIMIENTO CIRCULAR?

Fuerza Centrípeta: La fuerza centrípeta es toda fuerza que actúa en un movimiento circunferencial, cuya dirección es el radio de la circunferencia y su sentido es hacia el centro de la circunferencia. La fuerza centrípeta tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta. Esto se puede explicar a través de la segunda Ley de Newton, que dice que “La fuerza neta o resultante de la acción de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, es directamente proporcional a la aceleración que adquiere. Eso quiere decir que ambos vectores tienen igual dirección y sentido. Es importante también resaltar que se necesita una fuerza centrípeta constante para que haya un movimiento circunferencial.

La dinámica circular estudia las causas que determinan un movimiento rotatorio.

Cuando a un objeto en movimiento se le aplica una fuerza en una dirección perpendicular a su trayectoria, el objeto descubrirá una circunferencia. Esta fuerza central es conocida como fuerza centrípeta, la que tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta. Cualquier tipo de fuerza que haga girar en círculos a un cuerpo recibe la denominación de fuerza centrípeta.

Si deseamos iniciar una rotación, deberá aplicarse un troqué sobre el objeto, es decir una fuerza perpendicular al radio de giro que permita variar la rotación. Una vez que el cuerpo se encuentra girando, tenderá a seguir haciéndolo a no ser que algún troqué externo lo haga modificar este estado. Este hecho es conocido como inercia de rotación, la que se deduce de la ley de conservación del momento angular.

¿PORQUE ES IMPORTANTE EL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA?

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

¿POR QUE ES IMPORTANTE TENER CLARO EL CONCEPTO DE TRABAJO EN FÍSICA?

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.1 El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades. Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía, nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW. Matemáticamente se expresa como: Donde F es el módulo de la fuerza, d es el desplazamiento y α es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento. Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.