1. UNIDAD II: DINAMICA DE LA PARTICULA
DOCENTE: ING. EDGAR DAVID CASTRO GARCIA
26 DE SEPTIEMBRE DEL AÑO2012

2. Contenido
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................2
2.2 CINETICA ..........................................................................................................................3
2.2.1 Segunda ley de Newton o Ley de fuerza ..........................................................5
2.2.2 FRICCION ......................................................................................................................7
CONCLUSIÓN ..........................................................................................................................9
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 10
CINETICA FISICA GENERAL
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3. INTRODUCCIÓN
En este trabajo de investigación del tema 2.2 cinética de la unidad 2 dinámica,
lo que básicamente se encontrara son las definiciones de cinética, sus
características, además de algunos ejemplos que servirán de apoyo para poder
comprender que, o cual es el campo de estudio y aplicación de la cinética, la
información proporcionada en cada uno de los conceptos que se manejaran en
este material es relativamente básico para darse una idea general de lo que se
trata cada uno.
Además cuenta con aspectos importantes como la segunda ley de
Newton, que se basa en la explicación del movimiento que adquieren los
cuerpos al aplicarles una fuerza diferente de cero (nulo), como lo establecía en
su primera ley, que al igual que con el tema de cinética, en este material se
presenta textualmente lo que dice esta ley, que es conocido también como ley
de la fuerza o como ley de la dinámica, como se aplica y algunos ejemplos
para aprender un poco de como se realizan los cálculos para obtener ciertos
parámetros.
Y por último aparecerá otro concepto relacionado al tema de cinética,
que es la fricción. En este último apartado, al igual que los dos anteriores, en
primera instancia tendrá una pequeña definición, para darse una idea del
objetivo del subtema y en que aspectos de la vida cotidiana aplica,
acompañado de una imagen con la que se ejemplifica como se da este
fenómeno.
Básicamente este será el contenido de este material, que cuenta con
información muy sencilla, pero de mucha utilidad para todo aquel que le interese
este tipo de temáticas.
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4. 2.2 CINETICA
La palabra cinética reconoce un origen griego. Proviene de la palabra “kinesis” que
significa movimiento.
En Física, la energía cinética es una energía de movimiento, que implica
la fuerza (de gravedad, de fricción o de resistencia interna) que se necesita para
provocar la aceleración de un cuerpo que se encuentra en estado de reposo, y
ponerlo en movimiento. Ese movimiento se mantendrá en la misma dirección y
con velocidad constante, salvo que sobre él gravite una fuerza externa. Para que
ese cuerpo retorne al estado de reposo se requiere una fuerza opuesta o
contraria, que debe ser igual a la cantidad de energía cinética que en ese
momento tenga. Otras formas de energía pueden originar energía cinética, y a su
vez la energía cinética puede producir otras energías.
William Thomson, al que se conoce como Lord Kelvin, fue quien le dio el
nombre de energía cinética, en 1849. Y la describe como sigue: Se conoce como
Energía Cinética a aquella que poseerá cualquier cuerpo como consecuencia de
su movimiento.
La energía cinética es la labor imprescindible para precipitar un
determinado cuerpo de una masa desde lo que se entiende como su descanso
hasta la velocidad que alcanza, entonces, una vez lograda la activación cualquier
cuerpo mantendrá su energía cinética siempre y cuando no modifique su
velocidad. En tanto, para que el cuerpo regrese al estado de reposo será
imprescindible un trabajo pero al revés del cuerpo, en sentido negativo de la
energía cinética.
Así como sucede con otras magnitudes físicas que son funciones de la
velocidad, la energía cinética no solamente dependerá del objeto en sí, de la
naturaleza interna que este manifiesta, sino que además dependerá de la relación
que se establezca entre el objeto y el observador, que en la física, a no creer que
se trata de una persona como en otros ámbitos en los cuales se emplea esta
palabra, sino que aquí está encarnado por un sistema preciso de coordenadas.
Para llevar a cabo el cálculo de la energía cinética existen diversas
maneras y las mismas dependerán del tipo de mecánica que se emplee, ya sea
clásica, cuántica, relativista y también en el cálculo incidirán factores como ser el
tamaño, la velocidad que presente el cuerpo y las partículas a través de las cuales
se encuentra conformado.
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5. Un ejemplo que nos ayudará a comprender mejor esta cuestión de la
energía cinética y como esta se transforma en otros tipos de energía, está los
carritos que componen una montaña rusa cuando logran el máximo de su energía
cuando se hallan hacia el final del recorrido, al momento de tener que elevarse, la
energía cinética inmediatamente se transformará en energía gravitacional,
permaneciendo la energía constante, aún a expensas de fricciones u otros
factores que impliquen retraso.
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6. 2.2.1 Segunda ley de Newton o Ley de fuerza
La segunda ley de Newton dice que: La aceleración de un objeto
es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente
proporcional a su masa.
Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa
no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el
estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En
concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son
proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es,
las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.
Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la
aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define
simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto.
En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:
Donde:
: Es el momento lineal
: La fuerza total o fuerza resultante.
Sabemos que es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m
es la masa del cuerpo y V su velocidad.
Consideramos a la masa constante y podemos escribir aplicando
estas modificaciones a la ecuación anterior:
Que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de
proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos lo
siguiente, si despejamos m de la ecuación anterior obtenemos que m es la
relación que existe entre y . Es decir la relación que hay entre la fuerza
aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran
resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene mucha
inercia. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la
inercia del cuerpo.
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7. Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero,
esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y
en dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto para
la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la definición
de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámica
clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia
de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que la
masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho
cuerpo.
De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de
fuerza o Newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá
1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le
produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han
de tener la misma dirección y sentido.
La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el
problema de la dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita para
producir los diferentes tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (M.R.U), circular
uniforme (M.C.U) y uniformemente acelerado (M.U.A).
Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el
vector suma de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que
cayese hacia la tierra con una resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su
peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.
#1.- Calcular la aceleración que produce una fuerza de 5 N a un cuerpo cuya masa es de
1000g
Expresar el resultado en m/s².
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
A=? a = F / m a = 5 Kg m/s² / 2 Kg = 2.5 m/s²
F=5N
m = 2000g = 2Kg
#2.- Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza de 200N le produce una
aceleración de 300 cm/s². Exprese el resultado en Kg.
DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
M=?
F = 200 N a=f/m
A = 300 cm/s² = 3 m/s² m=f/a m = 200N / 3 m/s² = 66.6 Kg
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8. 2.2.2 FRICCION
Definición: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la
fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento
entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al
inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las
imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto.
Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies
no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo
de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza
normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de
rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
Tipos de fricción
Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (FE) y la fricción
dinámica (FD). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en
movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El
segundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al
movimiento pero una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a
un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo
relativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.
La fuerza de fricción estática, necesaria para vencer la fricción homóloga, es
siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (número
medido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerza
normal. La fuerza cinética, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento
dinámico, denotado por la letra griega , por la normal en todo instante.
Un ejemplo bastante común de fricción dinámica es la ocurrida entre los
neumáticos de un auto y el pavimento en un frenado abrupto.
Como comprobación de lo anterior, se realiza el siguiente ensayo, sobre una
superficie horizontal se coloca un cuerpo, y le aplica un fuerza horizontal F, muy
pequeña en un principio, se puede ver que el cuerpo no se desplaza, la fuerza de
rozamiento iguala a la fuerza aplicada y el cuerpo permanece en reposo, en la
gráfica se representa en el eje horizontal la fuerza F aplicada, y en el eje vertical la
fuerza de rozamiento Fr.
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9. Entre los puntos O y A, ambas fuerzas son iguales y el cuerpo permanece
estático; al sobrepasar el punto A el cuerpo súbitamente se comienza a desplazar,
la fuerza ejercida en A es la máxima que el cuerpo puede soportar sin deslizarse,
se denomina Fe o fuerza estática de fricción; la fuerza necesaria para mantener el
cuerpo en movimiento una vez iniciado el desplazamiento es Fd o fuerza
dinámica, es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerza
dinámica permanece constante.
Si la fuerza de rozamiento Fr es proporcional a la normal N, y a la constante de
proporcionalidad se la llama :
Y permaneciendo la fuerza normal constante, se puede calcular dos coeficientes
de rozamiento: el estático y el dinámico como:
Donde el coeficiente de rozamiento estático e corresponde al de la mayor
fuerza que el cuerpo puede soportar inmediatamente antes de iniciar el
movimiento y el coeficiente de rozamiento dinámico d corresponde a la fuerza
necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado.
Podemos observar el siguiente ejemplo:
Observa que el hombre aplica una fuerza sobre el objeto (las cajas) a la
cual llamamos fuerza de empuje, también podemos llamarle fuerza
aplicada. Podemos asumir que el objeto se desliza a la derecha, sin que haya
rotación. La dirección de la fuerza, también es a la derecha, mientras que la
fricción se dirige a la izquierda. En otras palabras la fuerza de fricción
actúa paralela a la superficie y en contra del movimiento.
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10. CONCLUSIÓN
En general este trabajo de investigación fue de mucha importancia para
conocer algunos conceptos que van relacionados con el tema de la cinética
que antes no conocía o tenia información acerca de ellos muy vaga. Además
de que me fue útil para que yo aprendiera o simplemente reforzara lo que ya
conocía de estos conceptos, estoy seguro que serán de utilidad para otras
personas, a las que les interese este tipo de temáticas.
Las definiciones que se manejaron en la elaboración de este material
fueron muy sencillas, sin tantos rodeos o información basura que sólo pueden
confundir al lector en lugar de aclararle dudas. De la misma manera, los
ejemplos fueron elegidos con ciertos criterios, como que sean claros o que se
den en la vida cotidiana y el lector los pueda ubicar con facilidad y analizar si
en verdad la información que esta leyendo es verídica.
Como mi punto de vista final, con respecto a los temas que se trataron
aquí, pienso que es útil para poder entender algunos fenómenos que se dan en
nuestro entorno día a día y que simplemente desconocíamos si tenían algún
nombre o existía la posibilidad de medirlos o como es que afectan a otros
cuerpos con los que se encuentran interactuando.
Además quienes fueron las personas que se dedicaron a estudiar estos
fenómenos y como le dieron un sentido lógico, para poderlo explicar y que
cualquier persona lo pueda entender, además de como beneficiaria a la
sociedad el conocer y saber calcular este tipo de fenómenos.
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11. BIBLIOGRAFIA
PAGINAS WEB CONSULTADAS
Cinética:
http://www.definicionabc.com/general/energia-cinetica.php
http://www.ehowenespanol.com/ejemplos-energia-cinetica-potencial-fisica-secundaria-
lista_50782/
http://autorneto.com/referencia/ciencia/energia-potencial-y-energia-cintica-problemas/
Segunda ley de Newton:
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html
http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/leyesnewton3.htm
www.jfinternational.com/mf/segunda-ley-newton.html
www.profesorenlinea.cl/fisica/Leyes_de_Newton.html
Fricción:
sites.google.com/site/timesolar/fuerza/friccion
http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n
www.aulafacil.com/curso-fisica.../curso/Lecc-26.htm
www.wikisaber.es/Contenidos/LObjects/.../index.html
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