Física

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La fuerza centrifuga

En la mecánica clásica o mecánica newtoniana, la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra en un sistema de referencia rotatorio.

la fuerza centrífuga asociada a una partícula de masa m, en un sistema de referencia en rotación con una velocidad angular w y en una posición R, respecto del eje de rotación se expresa:

Fcf = -mw x (wxr)

Por lo tanto, el módulo de esta fuerza se expresa por:

Fcf = mw2r

 

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El equilibrio

Se dice que un cuerpo esta en equilibrio cuando esta sometido a un sistema de fuerzas, que la resultante de todas las fuerzas y el momento resultante sean cero.
Esto, físicamente, significa que el cuerpo, a menos que esté en movimiento uniforme rectilíneo, no se trasladará ni podrá rotar bajo la acción de ese sistema de fuerzas.
Las posibilidades de movimiento que tiene un cuerpo o los grados de libertad, son seis: tres de traslación, en las direcciones x, y, z y tres de rotación, alrededor de los mismos ejes. Como en general, los cuerpos que son objeto de estudio en ingeniería están unidos, soportados, en contacto con otros, las posibilidades de movimiento en traslación y rotación son menores, esto es, disminuyen los grados de libertad.

Las ecuaciones del equilibrio.

Si el cuerpo esta en reposo y sus fuerzas son o, entonces tenemos:

 

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Movimiento de proyectiles

Un proyectil es cualquier objeto lanzado en el espacio por la acción de una fuerza. Aunque un balón arrojado es también un proyectil técnicamente, el término se refiere generalmente a un movimiento.
Para determinar el movimiento de proyectil es necesario mirar las clases de proyectiles.

  • Proyectiles vehículo.

Muchos tipos de proyectiles se usan para “llevar” cierta carga a su destino (no solo el proyectil). Un proyectil, e.g. un obús, puede tener una carga explosiva o algún otro tipo de sustancia química o biológica. Además de un explosivo, un proyectil puede causar cierto tipo de daño dependiendo de lo que lleve; por ejemplo un agente incendiario o veneno incluso (como en flechas envenenadas).

  • Proyectiles cinéticos.

Un proyectil que no lleva ninguna carga explosiva ni de ningún otro tipo, se denomina proyectil cinético, arma de energía cinética, ojiva de energía cinética, obús cinético o penetrador cinético. Las armas de energía cinética típicas son proyectiles simples como rocas y balas de cañón, puntiagudas como flechas y algo puntiagudas como balas. Entre los proyectiles que no tienen ningún explosivo, están aquellos lanzados desde cañones de riel, cañones gauss y catapultas electromagnéticas, así como APFSDS.

  • Proyectiles cableados.

Algunos proyectiles se quedan conectados al equipo de lanzamiento mediante un cable después del lanzamiento:

Para ser guiados: misil alámbrico dirigido (rango de hasta 4 km).
Para administrar un electrochoque, como en el caso del Taser (rango de hasta 10.6 metros); dos proyectiles son disparados simultáneamente, cada uno con un cable. Para conectar al lanzador con el objetivo, ya sea para jalar al objetivo, como en un arpón de ballenas, o para llevar al lanzador hacia el blanco, como lo hace un gancho de agarre.

Un proyectil es un objeto sobre el cual la única fuerza que actúa es la aceleración de la gravedad. La gravedad actúa para influenciar el movimiento vertical del proyectil. El movimiento horizontal del proyectil es el resultado de la tendencia de cualquier objeto a permanecer en movimiento a velocidad.
El camino seguido por un proyectil se denomina trayectoria . El estudio del movimiento de proyectiles es complejo debido a la influencia de la resistencia del aire, la rotación de la Tierra, variación en la aceleración de la gravedad.

  • Elementos de los proyectiles:
  • Despaproyectiles
  • Despaproyectiles
  • Trayectoría.- es el camino recorrido por un proyectil
  • Altura del proyectil
  • Velocidad.
  • Coordenadas de posición en el plano.

Ver: video explicación del movimiento de proyectiles.

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El movimiento

Un movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia.

El estudio del movimiento se puede realizar a través de la cinemática o a través de la dinámica. En función de la elección del sistema de referencia quedarán definidas las ecuaciones del movimiento, ecuaciones que determinarán la posición, la velocidad y la aceleración del cuerpo en cada instante de tiempo.

Características del movimiento.

todas las teorías físicas del movimiento atribuyen al movimiento una serie de características o atributos físicos como:

  • Posición (general en mecánica clásica y relativista, con restricciones en mecánica cuántica).
  • La cantidad de movimiento lineal
  • La cantidad de movimiento alineal
  • La fuerza existente sobre la paalineal
  • La trayectoria.

En mecánica clásica y mecánica relativista, la trayectoria es el lugar geométrico de las posiciones sucesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento. La trayectoria depende del sistema de referencia en el que se describa el movimiento; es decir el punto de vista del observador.
Posición y desplazamiento.
En mecánica clásica es perfectamente posible definir unívocamente la longitud Lc de la trayectoria o camino recorrido por un cuerpo humano.

En relatividad especial sin embargo el concepto de desplazamiento de un móvil o longitud recorrida depende del observador y aunque para cada observador la longitud recorrida es mayor o igual que el desplazamiento alcanzado no puede definirse de manera objetiva una “longitud recorrida” por el móvil en la que puedan coincidir todos los observadores.

  • Velocidad y rapidez.

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. En el lenguaje cotidiano se emplea las palabras rapidez y velocidad de manera indistinta. En física se hace una distinción entre ellas. De manera muy sencilla, la diferencia es que la velocidad es la rapidez en una dirección determinada. Cuando se dice que un auto viaja a 60 km/hora se está indicando su rapidez. Pero al decir que un auto se desplaza a 60 km/h hacia el norte se está especificando su velocidad. La rapidez describe qué tan aprisa se desplaza un objeto; la velocidad describe que tan aprisa lo hace y en que dirección.

  • Aceleración.

En física el término aceleración es una magnitud vectorial que se aplica tanto a los aumentos como a las disminuciones de rapidez en una unidad de tiempo, por ejemplo, los frenos de un auto pueden producir grandes aceleraciones retardantes, es decir, pueden producir un gran decremento por segundo de su rapidez.

  • Fuerza.

En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.

  • Energía.

En física, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo, se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo (movimiento), deformarlo o calentarlo.

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La mecánica

La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos. En ese enfoque la mecánica estudia también las ecuaciones de evolución temporal de sistemas físicos como los campos electromagnéticos o los sistemas cuánticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos físicos.

El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales:

  • Mecánica clásica
  • Mecánica cuántica
  • Mecánica relativista
  • Teoría cuántica de campos
Física

Cinemática del movimiento rectilíneo

El movimiento rectilíneo es la trayectoria que presenta el movimiento en una línea recta. Algunos tipos notables de movimiento rectilíneo son los siguientes:

  • Movimiento rectilíneo uniforme: cuando la velocidad es constante.
  • Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: cuando la aceleración es constante.
  • Movimiento armónico simple unidimensional: cuando la aceleración es directamente proporcional a la elongación(distancia a la posición de equilibrio) y está siempre dirigida hacia la posición de equilibrio.

Diferentes formas en que se presenta el movimiento rectilíneo.

  • Movimiento rectilíneo en mecánica clásica.

el movimiento rectilíneo, la trayectoria que describe el móvil es una línea recta. Eso permite un tratamiento más simple del problema, ya que al ser constante la dirección puede plantearse el problema del movimiento mediante funciones escalares de una sola variable. La ecuación básica del movimiento rectilíneo resulta ser:

Algunos tipos notables de movimiento rectilíneo son:

  • Movimiento rectilíneo uniforme: cuando la velocidad es constante8e9d6a7b08bae857b9b84fdcca1eac2c086b77e5 Cinemática del movimiento rectilíneo.

  • Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: cuando la aceleración es constante27079c28befe535a23b56d80636c08bb4d298549 Cinemática del movimiento rectilíneo.

  • Movimiento armónico unidimensional: oscilación sinusoidal alrededor de un punto de equilibrio 838de104787d39fd29457d11db06e986321447f5 Cinemática del movimiento rectilíneo.

  • Movimiento rectilíneo autónomo. Un sistema con movimiento rectilíneo se denomina autónomo si3455e7563fefbcc2e5d135705463f4fffe8212bf Cinemática del movimiento rectilíneo, es decir, si no existe dependencia explícita del tiempo.

  • Movimiento rectilíneo en mecánica relativista.

En el caso relativista las ecuaciones del movimiento son algo más complejas que en el caso newtoniano clásico. La relación entre la fuerza y la velocidad en el movimiento rectilíneo viene dada por:

  • Movimiento rectilíneo en mecánica cuántica.

En mecánica cuántica no se puede hablar de trayectorias, ya que la posición de la partícula no puede determinarse con precisión arbitraria para cada instante. Sin embargo, existen algunos sistemas cuánticos con características similares a los movimientos rectilíneos de la mecánica clásica, si las fuerzas que provocan el movimiento rectilíneo son conservativas el equivalente cuántico para una partícula (no relativista y sin espín) viene dado por:

Donde:

6b3a426ba16b521a986e6e55512082f80aebe10a Cinemática del movimiento rectilíneo es la constante de Planck racionalizada.

37129e832c2c81b9f146dd22228d409bd099b295 Cinemática del movimiento rectilíneo es la masa de la partícula.

45e49dbd5cf416a4f926b0b9bb2677f1edc343ca Cinemática del movimiento rectilíneo es la función de onda que describe la partícula en el instante t.653a2d70c09f5f2b7a9fefba99b423913e692ef0 Cinemática del movimiento rectilíneo es el potencial asociado a las fuerzas actuantes.

370c8cebe9634fbfc84c29ea61680b0ad4a1ae0d Cinemática del movimiento rectilíneo es la unidad imaginaria.

Las soluciones de la ecuación anterior se pueden reescribir como:

El sumatorio del segundo miembro representa los estados ligados del potencial, mientras que la integral representa a los estados de colisión o estados no ligados del potencial y donde El valor13c0a90959f296cef66aa8c82f77f39c63029bf0 Cinemática del movimiento rectilíneo depende de los valores del potencial y las funciones 2101777ea595bc80fa7b4dab6e1ec22946aa0438 Cinemática del movimiento rectilíneo.

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Cinematica del movimiento en el plano

Se dice que un cuerpo realiza un movimiento plano respecto a un sólido, si los desplazamientos de todos sus puntos son permanentemente paralelos a un plano fijo en el sistema de referencia ligado al sólido. Este plano se denomina plano director del movimiento plano.

Así, por ejemplo, el movimiento que realiza el chasis de un coche, respecto a la calzada por la que éste circula, es un movimiento plano.

También lo es el movimiento de una de sus ruedas cuando el coche avanza en línea recta. Sin embargo, en ese caso, el plano director no es el plano de la calzada, sino uno perpendicular a ella.

Cualquier plano paralelo a un plano director del movimiento funciona también como plano director de dicho movimiento, por lo que ese término designa realmente a toda la familia de planos paralelos, caracterizados por una perpendicular común. Esta dirección normal a la familia de planos directores puede tomarse siempre como eje OZ y el vector unitario normal a los planos directores puede ser denotado como k.

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Vectores y su representación

Dentro de la física se conoce un vector cómo una magnitud física definida en un sistema de referencia que se caracteriza por tener módulo (o longitud) y una dirección (u orientación).

Se llama vector ejemplo b04153f9681e5b06066357774475c04aaef3a8bd Vectores y su representación, que indican su origen y extrema de dimensión 205e33e6845813cc72ca346b896a7945f90ca373 Vectores y su representación a una tupla de 205e33e6845813cc72ca346b896a7945f90ca373 Vectores y su representación números reales (que se llaman componentes del vector). El conjunto de todos los vectores de dimensión 205e33e6845813cc72ca346b896a7945f90ca373 Vectores y su representación se representa como c510b63578322050121fe966f2e5770bea43308d Vectores y su representación (formado mediante el producto cartesiano).

Así, un vector 938604e64c1ad8f446b3866942a73f3990ed6171 Vectores y su representación perteneciente a un espacio c510b63578322050121fe966f2e5770bea43308d Vectores y su representación.

Un vector también se puede ver desde el punto de vista de la geometría como vector geométrico (usando frecuentemente el espacio tridimensional f936ddf584f8f3dd2a0ed08917001b7a404c10b5 Vectores y su representación ó bidimensional e150115ab9f63023215109595b76686a1ff890fd Vectores y su representación).

Un vector fijo del plano euclídeo es un segmento orientado, en el que hay que distinguir tres características:​

  • módulo: la longitud del segmento
  • dirección: la orientación de la recta
  • sentido: indica cual es el origen y cual es el extremo final de la recta.

Los vectores fijos del plano se denotan con dos letras mayúsculas.

Características de los vectores.

Un vector se puede definir por sus coordenadas, si el vector esta en el plano xy.

Si un vector es de tres dimensiones reales, representado sobre los ejes x, y, z.

Si representamos el vector gráficamente podemos diferenciar la recta soporte o dirección.

Algunos ejemplos de magnitudes físicas que son magnitudes vectoriales: la velocidad con que se desplaza un móvil, ya que no queda definida tan solo por su módulo que es lo que marca el velocímetro, en el caso de un automóvil, sino que se requiere indicar la dirección (hacia donde se dirige), la fuerza que actúa sobre un objeto, ya que su efecto depende además de su magnitud o módulo, de la dirección en la que actúa; también, el desplazamiento de un objeto, pues es necesario definir el punto inicial y final del movimiento.

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Medida de la masa

La masa es una magnitud que expresa la cantidad de materia de un cuerpo, medida por la inercia de este, que determina la aceleración producida por una fuerza que actúa sobre él. Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo(kg). Es una magnitud escalar.

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El tornillo micrómetro o palmer

Es un instrumento de medición  basado en un tornillo micrométrico que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro (0,01 mm y 0,001 mm, respectivamente).

El micrómetro usa el principio de un tornillo para transformar pequeñas distancias que son demasiado pequeñas para ser medidas directamente, en grandes rotaciones que son lo suficientemente grandes como para leerlas en una escala. La precisión de un micrómetro se deriva de la exactitud del tornillo roscado que está en su interior.