DE LAS OLIMPIADAS GRIEGAS A LAS DEL MUNDO MODERNO.ppt
Cuaderno fisica del bolivar
1. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Diego Fher
Valarezo Castillo
III de Bachillerato
Quinto paralelo
2012-2013
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2. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Temas:
1. Geometría Vectorial (3-D)
1.1. Sistemas de Referencia
1.1.1. Unidimensional
1.1.2. Bidimensional
1.1.3. Tridimensional
1.2. Vector
1.2.1. Definición
1.3. Expresión Vectorial
1.3.1. Coordenada cartesianas rectangulares perpendiculares
1.3.2. Coordenadas vector base o unitario normalizados
trirectangular
1.3.3. Coordenadas polares en R3
a) Cilíndricas
b) Esféricas
1.3.4. Coordenadas geográficas
1.4. Operaciones vectoriales (gráficas y analíticas)
1.4.1. Suma y resta
a) Método del Paralelogramo
b) Método del polígono
c) Método vectorial
d) Ley seno R3
e) Ley coseno R3
1.4.2. Producto
a) Escalar por vector = vector
b) Punto o escalar (vector · vector = escalar)
c) Cruz o vectorial ( vector x vector = vector)
1.5. Aplicaciones
1.5.1. Vector unitario
a) Cosenos directores
b) Ángulos directores
1.5.2. Geometría R3
1.5.3. Física
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3. FÍSICA DEL BOLÍVAR
2. Dinámica de rotación
2.1. Vector posición y el centro de masas
2.2. Inercia de rotación
2.3. II ley de Newton para la rotación
2.4. Poleas (máquinas simples)
3. Movimiento Armónico Simple (M.A.S)
3.1. Cinemática del MAS
3.1.1. Ecuación del movimiento
a) Posición
b) Velocidad
c) Aceleración
d) Gráficos
3.2. Dinámica del MAS
3.3. Energía del MAS
3.4. Estudio de los péndulos
3.4.1. Simple
3.4.2. Físico o compuesto
3.4.3. Elástico
3.4.4. Tensión
3.4.5.
4. Cantidad de movimiento y choques
5. Fluidos
5.1. Hidrostática
5.1.1. Presión
a) Atmosférica
b) Hidrostática
5.1.1.b.1. Principio de Pascal
5.1.1.b.2. Principio de Arquímedes
5.2. Hidrodinámica
5.2.1. Teorema de Bernoulli
5.2.2. teorema de Torricelli
5.2.3. Tubo de Venturi
5.2.4. Tubo de Pilot
5.2.5. Aplicaciones a la aerodinámica
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4. FÍSICA DEL BOLÍVAR
6. Termodinámica
6.1. Temperatura
6.1.1. Escalas de temperatura
a) Celsius
b) Fahrenheit
c) Kelvin
d) Ronkine
e) Reamur
f) Arbitraria
6.2. Dilataciones
6.2.1. Sólidos
6.2.2. Líquidos
6.2.3. Gases
6.3. Cambios de estado
6.4. Leyes de la temperatura
6.4.1. Ley cero
6.4.2. Primera ley
6.4.3. Segunda ley
6.5. Entropía
7. Elasticidad
7.1. Módulos
7.2. Young
7.3. Comprensibilidad
7.4. Rigidez
8. Campos fundamentales de la naturaleza
8.1. Gravitatorio
8.2. Eléctrico
8.3. Magnético
9. Electricidad
9.1. Electroestática R3
9.1.1. Ley de Coulomb
9.1.2. Campo eléctrico: Teorema de Gauss
9.1.3. Potencial eléctrico: trabajo
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5. FÍSICA DEL BOLÍVAR
9.2. Electrodinámica C.C. (corriente continua)
9.2.1. Intensidad de la corriente
a) Densidad y flujo
9.2.2. Resistencia eléctrica
a) Resistividad
b) Códigos de colores
9.2.3. Ley de Ohm
9.2.4. Uso del multímetro
a) Amperímetro
b) Voltímetro
c) Óhmetro
9.2.5. Circuitos eléctricos
a) Serie
b) Paralelo
c) F.e.m.
d) Leyes de Kirchholf
10. Electromagnetismo
10.1. Leyes de Faraday
10.2. Ley de Lenz
10.3. Ecuación de Maxwell
11. Óptica geométrica
11.1. Reflexión
11.1.1. Leyes de la reflexión
a) Espejos planos
b) Espejos curvos
11.2. Refracción
11.2.1. Leyes de la refracción
a) lentes
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6. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1. Geometría Vectorial R3
1.1. Sistemas de referencia
1.1.1. Unidimensional R1
Es una recta numérica R1 que tiene el punto de origen en el cero.
En la física es utilizada para escalas de temperatura, graficas de cierto tipo de
problemas que no implican 2 ejes, etc
100O
0O
Escala de temperatura
en grados Centígrados
-273O
1.1.2. Bidimensional R2
Es el plano cartesiano conformado por dos rectas normales (x,y) que forman pares
ordenados con los que se puede ubicar un punto en el plano.
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7. FÍSICA DEL BOLÍVAR
En la física su aplicación es para trazar vectores de dos dimensiones como Presión-
Temperatura o Velocidad-Tiempo.
1.1.3. Tridimensional R3
Es un sistema de referencia que trabaja con 3 rectas y por lo tanto 3 dimensiones
(x,y,z). Éstas a diferencia del plano cartesiano forman triadas ordenadas con los que
se puede ubicar un punto en el espacio.
z
y
x
Consta de 8 octantes que van en este orden: z
1. (xyz) 5. (-xyz)
2. (xy-z) 6. (-xy-z)
3. (x-y-z) 7. (-x-y-z)
4. (x-yz) 8. (-x-yz) y
x
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8. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Forman ternas o triadas (x,y,z) así:
Localizar el punto: A (4,5,7)
Localizar el punto: B (-5,7,4)
COORDENADAS
O (0;0;0)
A (-5;0;0)
B (-5;7;4)
C (-5;7;0)
D (0;7;0)
E (-5;0;4)
F (0;0;4)
G (0;7;4)
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9. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Distancia entre dos puntos (Módulo del vector)
dAB = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2)
dCF = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2) dED = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2)
dCF = √((0 – (-5))2+(0 - 7)2+(0 - 4)2) dED = √((0 - 5)2+(7 - 0)2+(0 – (-4))2)
dCF = √(25+49+16) dED = √(25+49+16)
dCF = √(90) dED = √(90)
Ejercicios de Aplicación
Determinar los ángulos internos, perimetro,
Y superficie del triángulo ABC
Distancias AB, AC y BC
dAC = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2)
dAC = √((- 2 - 4)2+(8 + 3)2+(4 - 5)2)
dAC = √(36+121+16)
dAC = √(158)
dAB = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2) dBC = √((xf - xo)2+(yf - yo)2+(zf - zo)2)
dAB = √((4 - 3)2+(- 3 - 5)2+(5 - 2)2) dBC = √((- 2 - 3)2+(8 - 5)2+(4 - 2)2)
dAB = √(1+64+9) dBC = √(25+9+4)
dAB = √(74) dBC = √(38)
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10. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ángulos Ω1, Ω2 y Ω3
Ω
26,22° 31,07°
Ω1, Ω2 + Ω3 = 180°
Ω3 = 180° - 26,22° - 31,07°
Ω3 = 107,57°
Perímetro y superficie
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11. FÍSICA DEL BOLÍVAR
TRIÁNGULOS PRINCIPALES Y SECUNDARIOS EN EL ESPACIO
Graficar el punto A (2;7;6) y determinar los 6 triángulos correspondientes.
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12. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Distancias
Ax = 2 Axy = √(x2+y2) = √(2 2+72) = √(53)
Ay = 7 Axz = √(x2+z2) = √(2 2+62) = √(40)
Az = 6 Ayz = √(y2+z2) = √(7 2+62) = √(83)
Axyz = √(x2+y2+z2) = √(2 2+72+62) = √(99)
1.2. Vector
1.2.1. Definición
El vector es un segmento de recta dirigido que tiene características geométricas
(que representan magnitudes físicas), que son:
Módulo: distancia, tamaño, longitud, magnitud.
Dirección: ángulo medido desde un eje de referencia
Sentido: punta de la flecha que indica hacia donde se dirige el vector.
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13. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1.3. Expresión vectorial
Se da en función de sus puntos, ángulos y módulos
1.3.1. En función de sus coordenadas cartesianas, perpendiculares y rectangulares
Se resta la posición inicial de la posición final
en cada uno de los ejes (x ; y ; z) y se crea una
terna ordenada.
1.3.2. En función de sus vectores base o unitarios normalizados trirectangulares
Son casi iguales a las coordenadas
rectangulares con la diferencia de que se
añaden los vectores unitarios i, j, k a cada eje
x, y, z respectivamente:. Su módulo es 1 por lo
tanto no afecta al vector.
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14. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1.3.3. Coordenadas Polares R3
a) Coordenadas Cilíndricas
Axy es el módulo de la proyección de OA en el
plano xy: Axy = √( Ax2 + Ay2 ). Θx es el ángulo
polar que puede ir desde 00 hasta 3600. Y Az
es la altura o la componente en z de OA.
θx
a) Coordenadas Esféricas
Φz Φz Axyz es el módulo del vector OA desde el
origen al punto A Axyz = √( Ax2 + Ay2 + Az2 ).
θx
Θx es el ángulo polar que puede ir desde 00
hasta 3600. Y Φz es el ángulo director de z que
se mide desde su eje positivo y puede ir desde
00 hasta 1800.
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15. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1.3.4. Coordenadas Geográficas
Axy es el módulo de la proyección del vector en el plano xy: Axy = √( Ax2 + Ay2 ).
EL rumbo es el ángulo medido desde el Norte o el Sur hasta el vector que puede ir
desde 00 hasta 1800. Y Az es la altura o la componente z del vector.
H
Ap H
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16. FÍSICA DEL BOLÍVAR
r
Circunferencia
H
Circulo
Esfera
Ejercicio de Aplicación
Representar la suma de los siguientes vectores en coordenadas:
cartesianas, en función de los vectores base, en coordenadas cilíndricas,
coordenadas esféricas y coordenadas geográficas.
1. Coordenadas Cartesianas, rectangulares o perpendiculares
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17. FÍSICA DEL BOLÍVAR
2. En función de los vectores base
3. En Coordenadas Cilíndricas
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18. FÍSICA DEL BOLÍVAR
4. En Coordenadas Esféricas
4. En Coordenadas Geográficas
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19. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Propiedades de los Vectores
Vector deslizante
Es un vector que se mueve en su línea de
θ acción conservando su módulo dirección y
sentido. Es decir, solo modifica su punto
θ
inicial y final.
Vector libre
θ Es un vector que se mueve no solo en su
línea de acción sino que puede moverse a
cualquier punto del espacio conservando su
θ
módulo dirección y sentido. Es decir, solo
θ modifica su punto inicial y final.
Vector opuesto
Son vectores que tienen la misma línea de
acción pero tienen sentido opuesto es decir,
la flecha se ubica al otro extremo
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20. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Vector fijo
Es un vector que como su nombre lo indica
no puede moverse a ningún otro punto en el
espacio, está fijo en su punto inicial.
1.4. Operaciones vectoriales
Pueden estar dados por métodos gráficos o por métodos analíticos “vectoriales”
1.4.1. Suma y resta
Pueden ser 2 tipos de suma y resta
a) Método gráfico-geométrico
a.1) Método del Paralelogramo
a.2) Método del polígono o triángulo
b) Método Analítico
b.1) Método vectorial (i; j; k)
b.2) Ley seno R3
b.3) Ley coseno R3
1.4.2. Producto
a) Escalar por vector = vector
b) Punto o escalar (vector • vector = escalar)
c) Cruz o vectorial (vector x vector = vector)
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21. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Vector Unitario
EL vector unitario es aquel que lleva la
información de la dirección del vector al que
pertenece y otros vectores que componen
su línea de accion es decir que si hay
diferentes vectores que sean colineales y
tengan la misma dirección, tendrán el mismo
Φz vector unitario, en el caso de que sean
vectores opuestos se puede concluir que
αx βy tendran el mismo unitario pero con signo
contrario.
a V F Δr
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22. FÍSICA DEL BOLÍVAR
) )
Características del Vector Unitario
Su módulo es igual a la unidad (1):
No tiene unidad de mediad
Sus coeficientes numéricos se llaman cosenos directores
Los cosenos directores vienen de los cosenos de los ángulos directores:
Los ángulos directores
son los ángulos que
partiendo desde los ejes
positivos de x, y, z
Φz
localizan al vector en el
αx βy espacio y pueden medir
desde 0° hasta 180°
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23. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1.4.2. Producto
a) Escalar por vector = vector
Es aquel en el que una magnitud escalar se multiplica por un vector y se distribuye.
Como resultado da otro vector
)
b) Punto o escalar (vector • vector = escalar)
Es aquel en el que se multiplican dos vectores y da como resultado 1 escalar.
Existen dos formulas para calcular el producto punto:
1. · = (Ax · Bx) + (Ay · By) + (Az · Bz)
Esta fórmula se justifica de esta manera:
· = (Ax · Bx) · + (Ax · By) · + (Ax · Bz) · + (Ay · Bx) · + (Ay · By) ·
+ (Ay · Bz) · + (Az · Bx) · + (Az · By) · + (Az · Bz) ·
· = | | | | cosΩ · = | | | | cosΩ · = | | | | cosΩ
Ω = 0° Ω = 0° Ω = 0°
cosΩ = 1 cosΩ = 1 cosΩ = 1
· =1*1*1=1 · =1*1*1=1 · =1*1*1=1
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24. FÍSICA DEL BOLÍVAR
· = | | | | cosΩ · = | | | | cosΩ · = | | | | cosΩ
Ω = 90° Ω = 90° Ω = 90°
cosΩ = 0 cosΩ = 0 cosΩ = 0
· =1*1*0=0 · =1*1*0=0 · =1*1*0=0
De esta manera se anulan casi todos los términos excepto 3 (los que tienen i2, j2, k2) y queda:
· = (Ax · Bx) + (Ay · By) + (Az · Bz)
2. · = | | | | cosΩ
Esta fórmula se justifica de esta manera:
Ω
Aplicaciones en la física
· = Trabajo
· = Potencia
Utilizando producto escalar determinar los ángulos del triángulo situado entre los
puntos A, B y C
Ω1 Ω2
Ω3
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26. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Proyección de un vector sobre otro vector
Es el vector que se forma de la “sombra” que proyecta el vector a proyectante sobre el otro vector
La formula general para determinar el vector de la proyección es:
Demostración:
Ω
Podemos determinar 5 diferentes tipos de proyección:
1. Proyección de un vector sobre otro que formen un ángulo de 0°
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27. FÍSICA DEL BOLÍVAR
2. Proyección de un vector sobre otro que formen un ángulo mayor a 0° y menor a 90°
Ω
3. Proyección de un vector sobre otro que formen un ángulo de 90°
4. Proyección de un vector sobre otro que formen un ángulo mayor a 90° y menor a 180°
Ω Ω
5. Proyección de un vector sobre otro que formen un ángulo de 180°
Ω
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28. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicio de Aplicación
Hallar la proyección del vector sobre
el vector ( )
A
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29. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Aplicación al Movimiento Parabólico
; ;
Ω
Problema de Movimiento Parabólico
Se dispara un proyectil con una velocidad inicial de 600m/s y un ángulo de tiro de 40°
sobre la horizontal. Determinar:
a. El tiempo de vuelo
b. El tiempo de subida
c. El alcance
d. La posición a los 5 segundos
e. La velocidad del proyectil a los 5 segundos
f. La aceleración centrípeta y tangencial a los 5 segundos
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30. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Para el tiempo de subida: Para el tiempo de vuelo: Para el alcance:
=
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31. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Para la posición a los 5 segundos:
Para la velocidad a los 5 segundos:
Para la aceleración tangencial a los 5 segundos:
Para la aceleración centrípeta a los 5 segundos:
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32. FÍSICA DEL BOLÍVAR
c) Cruz o vectorial (vector • vector = vector)
Es aquel en el que se multiplican dos vectores y da como resultado otro vector.
Características:
El vector resultante es perpendicular a los vectores de los factores
No posee la propiedad conmutativa como el producto cruz:
* ≠ *
A diferencia del producto cruz solo hay una fórmula para calcular el producto cruz:
2. * = | | | | senΩ
Los vectores unitarios se multiplican de esta manera:
* = * =-
* = * =-
* = * =-
Esta multiplicación se justifica así:
En sentido horario:
· = | | | | senΩ · = | | | | senΩ · = | | | | senΩ
el resultado es un el resultado es un el resultado es un
vector que es vector que es vector que es
perpendicular perpendicular perpendicular
a los otros dos a los otros dos a los otros dos
· = · = · =
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33. FÍSICA DEL BOLÍVAR
En sentido antihorario:
· = | | | | senΩ · = | | | | senΩ · = | | | | senΩ
el resultado es un el resultado es un el resultado es un
vector que es vector que es vector que es
perpendicular perpendicular perpendicular
a los otros dos a los otros dos a los otros dos
· =- · =- · =-
El producto cruz se resuelve con determinantes así:
A = Ax + Ay + Az
Ax Ay Az
B = Bx + By + Bz Bx By Bz
A x B = (AyBz – AzBy) - (AxBz – AzBx) - (AxBy – AyBx)
Ejercicios
Determinar el vector C perpendicular a los vectores A y B
=(7 -4 +6 )
7 -4 6
= ( -13 + 1 – 9 )
-13 1 -9
x = ((-4)(-9) – 6*1) - (7(-9) – 6(-3)) - (7*1 – (-4)(-3))
x = (30 + 45 - 5 )
= (30 + 45 - 5 )
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34. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Encontrar a para que y sean perpendiculares.
= ( 2 - -3 + a )
= ( -3 + 5 + 2 )
-6 + 15 + 2a = 0
Aplicación del Producto Cruz o Vectorial al Movimiento Circular
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35. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicios
Una partícula animada de movimiento Circula Uniforme parte del punto (2; 7) m y gira
alrededor del origen en sentido anti horario describiendo 215° en 6 segundos. Determinar:
a) La Velocidad Angular
b) La Posición Angular Inicial
c) La Posición Angular Final
d) La Posición Final
e) El Periodo
f) La Frecuencia
g) La Velocidad Final
h) La Aceleración Centrípeta Inicial
i) La Velocidad Inicial
j) La Aceleración Centrípeta Final
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37. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicios de deber
1. La proyección del vector sobre el plano xz es (4 – 5 ) y el módulo del vector es 10u.
escriba:
a. Las dos posibles expresiones del
b. La proyección del vector en el plano xz
c. Los valores de los ángulos directores del
2. Dados los vectores y tal que
Encuentre los valores de los vectores a, b, c.
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38. FÍSICA DEL BOLÍVAR
3. Dado el vector , encuentre un vector cuya magnitud sea de 10m y su
dirección sea paralela a la dirección del Vector
4. Calcule el ángulo que forman los vectores y , sin usar
ninguno de los productos vectoriales.
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39. FÍSICA DEL BOLÍVAR
5. La longitud del horero y del minutero de cierto reloj son 8cm y 12cm, respectivamente.
Determine la posición del extremo del horero con el extremo del minutero:
a. A las 12h 0min
b. A las 4h 0min
12
9 3
6
12
Ω
9 3
4
6
6. Dados los vectores , y determine el
vector Unitario del vector = + -
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40. FÍSICA DEL BOLÍVAR
7. Dado el vector , determine el vector proyección del vector sobre la
recta que forma un ángulo de 60° sobre el eje x positivo
8. La suma de los vectores y es , y su diferencia es . Encuentre el
ángulo formado entre los vectores y
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41. FÍSICA DEL BOLÍVAR
9. Determine el ángulo que forma los vectores y si los ángulos directores del
Vector son α = 47°, β = 60°, φ ‹ 90° y del vector son α › 90°, β = 45°, φ ‹ 60°
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42. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicios del deber 2
10. El tirante de una torre está asegurado a A mediante un perno. La tensión en el
cable es F= 2500N. determinar gráfica y analíticamente:
a. Las componentes Fx, Fy, Fz de la fuerza que actúa sobre el perno A
b. Los ángulos directores que definen la dirección de la fuerza
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43. FÍSICA DEL BOLÍVAR
11. La tensión en el cable AB es 39kN. Determinar los valores de las tensiones que
requieren para que las resultantes de las fuerzas ejercidas sobre el
punto A sean verticales. Determinar el ángulo formado por los cables ;
;
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45. FÍSICA DEL BOLÍVAR
12. Una carga esta suspendida de tres cables, como se muestra en la figura.
Determinar el valor de si la tension en el cable BD es de 975 lbf
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47. FÍSICA DEL BOLÍVAR
13. Una partícula gira con M. C. U. V. si parte del punto (-3 ; 5)m con una
y en 5 segundos alcanza una . Determinar
gráfica y analíticamente en forma vectorial:
a. La posición angular inicial y final
b. El desplazamiento angular
c. La aceleración angular
d. La aceleración centrípeta, tangencial y total inicial
e. La aceleración centrípeta, tangencial y total final
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49. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Análisis dimensional
Es el proceso por el cual se verifica la validez de una ecuación o modelo matemático usado en la
física.
Dimensiones Básicas Dimensiones suplementarias
Longitud Angulo plano: radian
Masa Angulo sólido: stereoradián
Tiempo
Calcular las dimensiones de:
Fuerza Potencia
Trabajo
Torque
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50. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicios de análisis dimensional
1. Determine las dimensiones de x para que la relación sea
dimensionalmente homogénea. Se sabe que E= Energía cinética; F= Fuerza; y V=
Velocidad
2. La ley de la gravitación universal se plasma en la siguiente relación
Sabiendo que F= fuerza; = Masa y d= distancia cuales
son las dimensiones que debe tener G para que la relación sea completamente
homogénea.
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53. FÍSICA DEL BOLÍVAR
3. Determine U y x para que la ecuación sea dimensionalmente
homogénea. Sabiendo que m = Masa; g = gravedad y y = altura
4. Determine las dimensiones de x para que la fórmula de la energía cinética –
péndulo balístico sea dimensionalmente homogénea.
5. Determine las dimensiones de p para que la ecuación sea dimensionalmente
homogénea.
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54. FÍSICA DEL BOLÍVAR
2. Dinámica de rotación
2.1. Vector posición, el centro de gravedad y de masas
Centro de Gravedad es el punto geométrico del que todos los vértices de una figura
o cuerpo equidistan. y
Centro de gravedad de una línea entre dos puntos ( unidimensional)
x
y
Centro de gravedad de una superficie ( bidimensional)
x
Centro de gravedad de un cuerpo ( tridimensional)
z
y
x
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55. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Ejercicios
1. Determine el centro de gravedad de triángulo equilátero de lado 4cm
y
2
1 3 x
2. Determine el centro de gravedad de los puntos:
A (-3,2)
y
B (7,5)
2
1
x
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56. FÍSICA DEL BOLÍVAR
z
y
x
Centro de Masas es el punto en el que la superficie o cuerpo se mantiene en total
equilibro es decir no se balancea a ningún lado dado que el peso de cada uno de los
vértices de la superficie o cuerpo están equitativamente distribuidos.
Se calcula con la siguiente fórmula:
y
m2
m1 m3 x
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57. FÍSICA DEL BOLÍVAR
1. Determine el centro de masa de un sistema disperso compuesto por las
y
siguientes masas: m1 = 3g; m2 = 5g; m3 = 3g situado en los vértices de
un triángulo equilátero de lado 5cm
x
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58. FÍSICA DEL BOLÍVAR
2.2. Dinámica en el movimiento circular
Para resolver ejercicios que impliquen utilizar dinámica en el movimiento circular
se necesita el siguiente algoritmo:
1. Determino el plano de rotación
2. Localizo el eje de rotación
3. Ubico las fuerzas centrípetas sobre el eje de rotación
4. Determino las fuerzas que son perpendiculares a las radiales o centrípetas
5. Aplico la segunda ley de Newton que dice que la sumatoria de fuerzas es igual
a la masa por la aceleración
(la a. centrípeta le da la curva al cuerpo)
(la a. tangencial varía la rapidez del cuerpo)
(si la a. axial es diferente de 0 se forma un espiral)
2.3. Ángulo de Peralte
Eje
Axial
Eje
Tangencial Eje
Eje Radial Eje
Tangencial
Radial
θ Eje Axial
En las curvas se puede diferenciar tres tipos de velocidades que pueden ser
analizadas y son:
1. Velocidad máxima
2. Velocidad mínima
3. Velocidad óptima (la fuerza de rozamiento es nula)
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62. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Una carretera en una curva de 50m de radio tiene un ángulo de peralte de
18°, si el coeficiente de rozamiento es de 0,3, determinar:
a) El rango de velocidades con que podría entrar en la curva para que no
derrape
b) El valor de la velocidad óptima con la que el auto debería tomar la curva
Eje
Eje
Tangencial
Radial
Eje Axial
r
θ
θ r
r
Eje
Axial
r
Eje Radial r
Eje
Tangencial
θ
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63. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Un péndulo cónico, la longitud de la cuerda es de 0,65m, y el cuerpo de masa
0,8kg describe una trayectoria circular horizontal con una velocidad angular de
4rad/s, determinar:
a) La tensión de la cuerda
b) El ángulo entre la cuerda y la vertical
Ѳ
Ѳ
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64. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Velocidad crítica
La velocidad crítica es la velocidad con la que se completa una vuelta. Completa, es la
velocidad mínima para que complete la vuelta, si es menos no completa la vuelta.
Péndulo simple
Un péndulo de 1,5m de longitud describe un arco de circunferencia sobre un
plano vertical. Si la tensión de la cuerda es 4 veces más que el peso del cuerpo
cuando está en la posición A en la figura, determinar:
a) La aceleración tangencial del cuerpo
b) La aceleración centrípeta
c) La rapidez del cuerpo
d) La Tensión de la cuerda en el punto B
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65. FÍSICA DEL BOLÍVAR
15°
T
A
T
mgsen15
A
mgcos15
T 15°
15°
mg
mg
B
mg
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66. FÍSICA DEL BOLÍVAR
N
f
mg
II Ley de Newton en la rotación
Torque:
Es la tendencia a rotar que tienen los cuerpos ejercidos por una fuerza
externa aplicada en un punto a un radio del eje de rotación.
Inercia:
Es la medida de la oposición que presenta un cuerpo a ser movido cuando
está en reposo o a ser acelerado en movimiento.
Ley de Inercia:
Un cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme a
menos que exista una o más fuerzas externas que lo obliguen a cambiar
dicho estado.
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68. FÍSICA DEL BOLÍVAR
En el sistema de la figura, las varillas que forman el cuadrado tienen masas despreciables
y las masas ubicadas en los vértices se consideran puntos. Calcular:
a) El momento de inercia del sistema y su radio de giro con respecto a los ejes AB, BC,
CD, DA, AC, BD.
b) El momento de inercia con respecto a un eje perpendicular al plano del cuadrado que
pase por el punto 0
A m 2m
B
O
D C
3m 2m
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69. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Un tablón de 3m de longitud se mantiene en equilibrio en la posición
indicada en la figura, mediante las cuerdas A y B, calcule la
aceleración angular inicial del tablón:
a) Si se rompe en A
b) Si se rompe en B
A B
30°
L/2
30°
Con que aceleración angular gira el disco A de 2kg y 25cm de radio si
el bloque B de 20kg resbala hacia abajo del plano inclinado rugoso, el
coeficiente de rozamiento es de 0,4 y la aceleración es constante
r
T
T
N f
a
mg
35°
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70. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Un disco de 30cm de radio y 4kg está montado sobre un eje horizontal
sin fricción, calcular:
a) La aceleración lineal del cuerpo suspendido
b) La aceleración angular del disco
c) La tensión de la cuerda R
m
T
T
m
mg
R
T
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71. FÍSICA DEL BOLÍVAR
Una piedra de esmeril de 1kg de radio 15cm está rodando con una rapidez angular de
360rpm cuando el motor se apaga ¿Qué fuerza tangencial hay que aplicar a la rueda
para que esta se detenga luego de 20 revoluciones?
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