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VECTORES. Iván Vargas 1 Blanco, Físico 
1. VECTORES 
Iván Vargas Blanco 
Físico 
Profesor, Instituto Tecnológico de Costa Rica 
1.1 CANTIDADES VECTORIALES Y ESCALARES 
Definición de Magnitud 
Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y 
determinado cuantitativamente1. También se entiende como cantidad física formada por un 
número y la unidad de medida respectiva. Ejemplos: 0.3 m, 3 km, 24 m/s, 12 J. 
Definición de Escalar 
Cantidad física que solo tiene magnitud. Son ejemplo de escalares: distancia, masa, tiempo, 
rapidez, temperatura, área, volumen, densidad, trabajo, energía, potencia y frecuencia. Los 
escalares pueden ser manipulados por las reglas del álgebra ordinaria. 
Ejemplos: 4 m, 5 kg, 60 s, 20 m/s, 37 C, 8 m2, 4 m3, 24 Kg/m3, 1.78 J, 50 W y 333 Hz 
Definición de Vector 
Cantidad física que tiene magnitud, dirección y sentido. Son ejemplo de vectores: la 
velocidad, la aceleración, la fuerza, el peso, la cantidad de movimiento, el desplazamiento, 
campo eléctrico y el campo magnético.(la palabra vector significa portador en latín). 
Ejemplos: -4 m/s, +9.8 m/s2, 500 N 30, -25 Kg m/s y –20 m 
Representación gráfica de vectores 
Un vector se representa gráficamente, como un segmento dirigido de recta PQ de un punto 
P llamado punto inicial o origen a otro punto Q llamado punto terminal o termino. Una 
punta de flecha en un extremo indica el sentido; la longitud del segmento, interpretada con 
una escala determina la magnitud. La dirección del vector se especifica al dar los ángulos 
que forma el segmento de recta con los ejes de coordenadas. 
Ejemplo: 
P 
Origen 
Termino 
Q Dirección: 30 
Magnitud: 60 m 
Escala: 1 cm = 20 m 
1 Peste F. Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Generales de Metrología .Centro Nacional 
de Metrología.México.1996
VECTORES. Iván Vargas 2 Blanco, Físico 
Notación de vectores 
Algebraicamente los vectores se representan con letras del alfabeto castellano, mayúsculas 
o minúsculas; usualmente en un texto impreso se utiliza la letra en negrita, tal como b que 
significa ambas propiedades del vector, magnitud y dirección. En la escr.itura manual 
ponemos una flecha sobre la letra para denotar la cantidad vectorial, tal como b . 
Ejemplos: 
a : -35 m/s, A: 50 millas Norte, b: 15 km Suroeste, B: 20 m Oeste, PQ : 50 m/s 30 
La magnitud o longitud de un vector se representa colocando el vector entre barras o 
simplemente la letra asignada. 
. 
A 50 millas, A 50 millas, PQ : 50 m/s 
, 
PQ : 50 m/s 
Dirección de un vector con puntos cardinales 
Para dar la dirección de un vector mediante puntos cardinales se anota de primero el punto 
cardinal norte o sur de acuerdo a la ubicación del vector , luego el ángulo que forma con el 
norte o sur y finalmente el punto cardinal este u oeste según corresponda. 
. 
A: 20 m 
N 
30 
Escala: 1 cm = 10 m 
O E 
45 
S 
B : 30 m 
A: 20 m, N 60O 
B : 30 m, S 45E 
Dirección de un vector con la medida del ángulo (coordenadas polares ) 
En este caso se anota la magnitud del vector y el ángulo que forman la rama positiva del eje 
X y el vector, el ángulo se toma como positivo o negativo en la misma forma que se hace 
en los estudios de trigonometría. La magnitud del vector y el ángulo son llamados 
coordenadas polares. 
. 
A: 20 m 
y 
30 
Escala: 1 cm = 10 m 
La magnitud y 
el ángulo son 
llamadas 
Coordenadas 
O x 
45 
A: 20 m, 150 
B : 30 m, -45 
Polares 
B : 30 m
VECTORES. Iván Vargas 3 Blanco, Físico 
Clasificación de vectores 
Definición de línea de acción de un vector 
Es la recta a la que pertenece el vector 
Ejemplo: 
Vectores paralelos 
Son aquellos que tienen sus líneas de acción paralelas. 
Ejemplo: 
. . 
A B A B 
Vectores iguales 
Son aquellos vectores que tienen la misma magnitud ,dirección y sentido aunque no tengan 
el mismo punto de aplicación. 
Ejemplo: 
 A  B A = B 
Vectores deslizantes 
Son aquellos vectores que pueden moverse sobre su línea de acción sin cambiar su 
magnitud y dirección. 
Ejemplo: 
A B
VECTORES. Iván Vargas 4 Blanco, Físico 
Vectores fijos 
Son aquellos vectores que no deben deslizarse sobre su línea de acción porque interesa que 
el origen coincida con un punto de aplicación del sistema. 
Ejemplo: 
A 
F 
Vectores libres 
Son aquellos vectores que pueden moverse libremente en el espacio con sus líneas de 
acción paralelas. 
Ejemplo: 
. 
A A 
a Vector opuesto a de un . 
. 
vector 
Se define como aquel que tiene la misma magnitud del vector y está a 180respecto al 
vector y se representa como el negativo del vector,  - por lo cual se le llama 
vectores iguales y opuestos o antiparalelos. Un vector puede ser opuesto a otro si solo tiene 
dirección opuesta. 
Ejemplo: 
. 
A 
. 
- A 
Vector unitario: uˆ 
Es aquel vecto. 
r de magnitud la unidad o longitud unitaria y de igual dirección que el vector 
dado. Si A o Aes un vector cualquiera de longitud A0, entonces A/A o A/ Aes un vector 
. 
unitario denotado por a o aˆ , con la misma dirección de A. Por lo tanto A=Aa o A Aaˆ 
Ejemplo: 
. 
. 
A 7m60○ 
Este es uno 
de los 
A : 7 m 60  aˆ   
A 7 1 m 60 vectores mas 
aˆ : 1 m 60 
Por lo tanto podemos escribir el vector como 
. 
A Aaˆ 
. 
importantes 
A 7aˆ m
VECTORES. Iván Vargas 5 Blanco, Físico 
Vectores consecutivos 
Son aquellos vectores donde el término de uno coincide con el origen del siguiente. 
Ejemplo: 
. 
b 
a . 
c . 
Vectores concurrentes 
Son aquellos vectores cuyas líneas de acción se intersecan en un punto. 
Ejemplo: 
a . 
. 
b 
c 
1.2 OPERACIONES CON VECTORES GRÁFICAMENTE 
a)Multiplicación de un escalar por un vector gráficamente 
Si se multiplica un escalar por un vector A resulta el vector 
multiplicada por y el sentido depende del signo del escalar. 
Ej: 
. 
A cuya magnitud ha sido 
A: 2 m 30 sí = 
2 
A = 2(2 m) = 4 m 30 
Practica 1.1 
Dado el vector a . 
: 50 m 300. Hallar: 
a) La representación del vector 
b) El vector opuesto de a 
c) El vector unitario de a . 
d) Un vector concurrente a a . 
e) Un vector consecutivo a a 
f) Un vector perpendicular a a . 
g) Un vector cuya magnitud sea 
1 
a . 
2
VECTORES. Iván Vargas 6 Blanco, Físico 
b) Suma gráfica de vectores 
Para sumar vectores gráficamente existen diferentes métodos: 
Método del triangulo 
Es el método para sumar dos vectores consecutivos formando un triangulo con la resultante. 
Se deben seguir los siguientes pasos: 
1. En un diagrama dibujado a escala trazar el vector a con su dirección propia en el 
f 
sistema de coorden. 
adas. 
2. Dibujar el vector b a la misma escala con la cola en la punta de a ,asegurándose de 
. 
que b tenga su misma dirección propia. 
3. Se traza un vector desde la cola de a hasta la punta del vector b . Se mide la 
longitud del vector resultante y se realiza conversión con la escala, esto nos da la 
magnitud del vector suma. Luego se mide el ángulo que forma el vector suma con la 
rama positiva del eje X. 
Ejercicio 1.1 
Dados. los. sig. 
uientes vectores: A: 30 m , 35, B : 20 m , -45.Obtener el vector 
suma S AB ,mediante el método del triangulo. 
Solución: 
y 
y . x . 
A B 
. . 
S AB 
Método del paralelogramo 
. 
Es el método para sumar vectores concurrentes. Se dibujan los vectores f 
. 
y g . 
con origen 
. 
común, luego en la figura se traza una paralela a f y por el término de f se traza una 
paralela a g . 
; ambas para.le las y los dos vectores forman un paralelogramo. El vector 
. 
resultante r 
. 
de sumar f y g 
se traza desde el origen de ambos vectores hasta la 
intersección de las paralelas. Se mide la longitud del vector resultante y se realiza 
conversión con la escala, esto nos da la magnitud del vector suma. Luego se mide el ángulo 
que forma el vector suma con la rama positiva del eje X. 
Ejercicio 1.2 
. . . 
Dados los siguientes vectores: f : 25 m 60, g . 
: 35 m 0.Obtener el vector suma r 
g . 
, mediante el método del paralelogramo. 
Solución: 
= f + 
. 
f 
60 
. 
r . 
g . g .
VECTORES. Iván Vargas 7 Blanco, Físico 
Método del polígono 
Para sumar vectores por el método del polígono se colocan los vectores consecutivos y el 
vector suma es la resultante que va desde el origen del primer vector al término del último 
vector. 
Ejercicio 1.3 
Un auto se desplaza 300 m del Norte 30 al Este, luego 500 m del Sur 60 al Este y 
finalmente 300 m al Sur. Hallar la distancia y dirección a la que quedo del punto de inicio. 
Solución: 
N 
N 
E . . . . 
. 
b N 
a 
E 
E . 
c 
s 
s a b c 
Propiedades de la suma de vectores 
1. Ley conmutativa para la suma. 
. . . . 
a b b a 
b 
a 
a 
. 
b 
2. L. 
ey asoci. 
. ativa.para. la s.uma. 
d e  f d e  f e 
f 
d 
Leyes del álgebra vectorial2 
. . 
Si A, B y C son vectores, m y n son escalares, entonces 
1. A+ B = B + A Ley conmutativa para la suma 
. . 
2. A+ ( B + C ) = ( A+ B )+ C Ley asociativa para la suma 
3. m(n A)= (mn) A= n(m A) Ley asociativa para la multiplicación 
4. (m + n) A = m A+ n A Ley distributiva 
5. m( A+ B ) = m A+ m B Ley distributiva 
Observe que en estas leyes sólo la multiplicación de un vector por uno o más escalares está 
definida. Mas adelante se definen los productos entre vectores. 
2 Murray R.S. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería y Ciencias. McGrawHill. México.2001. pag.149.
VECTORES. Iván Vargas 8 Blanco, Físico 
b) Resta gráfica de vectores 
La resta de vectores es .una .sum.a indicada utilizando el concepto de vector opuesto. 
R AB AB 
Tiene la propiedad de no ser conmutativa. 
AB B A 
Ejemplo.1.4 . 
Sean A: 20 m 60 B : 50 m 0. 
Recuerde que 
para la resta 
gráfica los 
vectores deben 
tener un origen 
común 
Hallar: . . . 
a) S. 
A. 
B. 
b) R. 
A. 
B¸ 
c) R B A 
Solución: 
. B 
A A 
 B 
Practica.1.2 
Sean A. 
: 30 m 110 
B : 50 m 60 
Hallar: . . . 
a) S. 
A. 
B. 
b) R. 
A. 
B¸ 
c) R B A . . . 
d) Pruebe que AB B A 
1.3 OPERACIONES CON VECTORES ANALÍTICAMENTE 
1) SUMA ANALÍTICA DE VECTORES 
Para sumar vectores analíticamente existen diferentes métodos: 
Método de teoremas 
Consiste en hallar la resultante de la suma vectorial de dos vectores, utilizando relaciones 
como el teorema de Pitágoras o el teorema de cosenos y senos. 
Teorema de Pitagoras 
Cuando los vectores forman un ángulo recto la magnitud de la suma o resultante se obtiene 
por medio del teorema de Pitágoras y la dirección por la relación trigonométrica tangente. 
. 
S  a 2 b2 
S 
. b 
 b tan  = 
a 
a .
VECTORES. Iván Vargas 9 Blanco, Físico 
Ejercicio 1.3 
Un avión vuela hacia el Norte a 90 m/s un fuerte viento sopla hacia el este a razón de 72 
km/h y desvía su rumbo. Hallar la velocidad del avión para un observador en la tierra. 
Solución: 
20 m/s 
. 
90 m/s  S 
. 
S  a 2 b2 
. 
S  (90)2 (20)2 
. 
tan  
tan  
b 
a 
20 
90 
S  8500 
. 
tan 0.222 
S 92.2 m/s  12.5  
Respuesta: S : 92.2 m/s , 12.5 ( en coordenadas polares ) 
Ejercicio 
Propuesto: 
Al oír la cascabel de una serpiente, usted realiza dos desplazamientos rápidos de 6.0 m y 
5.1 m, al oeste y al sur respectivamente. Calcule la magnitud y dirección del 
desplazamiento resultante utilizando el método del teorema de Pitágoras. Utilice el método 
gráfico para obtener la respuesta, compare los resultados. 
Respuesta: 
Teorema de cosenos y senos 
Cuando los vectores forman cualquier ángulo la magnitud de la suma o resultante se 
obtiene por medio del teorema de cosenos y la dirección por el teorema de los senos. 
. 
b 
 s 
2 
a 2 b2 2ab 
cos 
a s 
(Ley de cosenos) 
 
sen 
a 
 
sen  
b 
 
sen 
c 
(Ley de senos)
VECTORES. Iván Vargas 10 Blanco, Físico 
Ejercicio 1.4 
Dos hombres tiran de un bote, uno aplica una fuerza de 100 N y el otro de 80 N con un 
ángulo de 60entre ellas. Hallar la fuerza resultante sobre el bote 
Solución: 
60  
Para la magnitud Para la dirección 
2 
s 
a 2 b2 2ab 
cos 
sen 
a  
sen  
b 
 
sen 
c 
s 
2 
(100)2 (80) 2 2(100)(80) cos120 
2 
sen  
80  
sen120 
156.2 
80sen120 
s 10000 6400 8000 sen   
156.2 
s  24400 sen  0.4435 
s 156.2 m/s   26.3 
Respuesta: s : 156.2 m/s, 26.3 (en coordenadas polares ) 
Ejercicio 
Propuesto: 
Un conductor de automóvil maneja 3 km en la dirección de 60noreste y luego 4 km en la 
dirección norte.¿Dónde termina respecto de su punto de inicio?.Utilice el método anterior, 
compare su resultado con su respuesta si utiliza el método grafico. 
a. 
Método de componentes rectangulares 
Dado un vector puede ser expresado en términos de muchos vectores que se suman 
consecutivamente llamdos vectores componentes del vector. 
. 
A7 
A8 
. 
A A6 
A5 
. . 
A1 
. . 
A2 A3 
A4 
. 
A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
VECTORES. Iván Vargas 11 Blanco, Físico 
La división de un vector en componentes no es única dado que un vector puede formarse 
por suma de muy diversas maneras, pero es de mayor utilidad descomponer un vector solo 
en términos de sus vectores componentes rectangulares o cartesianas. 
a) Componentes Rectangulares o Cartesianas de un Vector 
Entre el ilimitado número de posibles divisiones de un vector en componentes tiene 
especial importancia las que se restringen a la dirección de los ejes cartesianos. 
Vectores unitarios rectangulares 
Los vectores unitarios rectangulares 
iˆ, ˆj 
y kˆ son vectores unitarios cuya dirección y 
sentido es la de los ejes positivos x, y, y z de un sistema de coordenadas rectangulares, a 
menos que se especifique de otra manera. Tales sistemas derivan su nombre del hecho de 
que un tornillo de rosca derecha girado 90de Ox a Oy, avanzará en la dirección z positiva. 
Se dice que tres vectores que tienen puntos iniciales coincidentes, y que no son coplanares 
forman un sistema derecho o sistema diestro si un tornillo de rosca derecha girado en un 
ángulo menor que 180de A a B avanza en la dirección C 
z A Aiˆ 
C B Bˆj 
C Ckˆ 
kˆ 
ˆj 
B y 
iˆ 
. 
A x iˆ  ˆj 
 kˆ 1 
Componentes de un vector en el plano 
y 
. 
A Ay 
ˆj 
 
iˆ Ax x 
. 
Ax : componente en la dirección del eje X 
. 
Ay : componente en la dirección del eje Y 
. . . 
A Ax Ay :Definición de suma de vectores 
Utilizando los vectores unitarios, se tiene 
. 
Ax Axiˆ 
. 
Ay Ay 
ˆj 
. . . 
A Ax Ay Axiˆ Ay 
ˆj
VECTORES. Iván Vargas 12 Blanco, Físico 
Módulo o magni tud del vector 
Usando el teorema de Pitágoras se tiene 
. 
j 
ˆ. 
c c ˆ ic x y 
. 
. 
. 
c 
. 2 . 2 . 2 
A  Ax  Ay 
2 2 
: los vectores unitarios tienen magnitud unitaria. 
A  Ax Ay : magnitud del vector. 
Relaciones útiles 
Ax A cos    
Ax cos 
A 
Ay 
Ay A sen    sen 
A 
tan 
= 
Ay 
Ax 
Ay  
= arc tan   
  
 dirección del vector. 
Ejercicio 1.5 
Ax  
Calcule las componentes x, y de los siguientes vectores: 
. 
a : 12 m, N 37E 
. 
b : 15 m, -40 
. 
: 6 m, 60con x negativo en el tercer cuadrante 
Solución: 
a x a cos 
a x 12mcos 53 
a x 7.2 m 
bx b cos 
bx 15mcos40 
bx 11.5 m 
cx c cos 
cx 6mcos 240 
cx 3 m 
a y asen 
a y 12msen53 
a y 9.6 m 
a a xiˆ a y 
ˆj 
. 
by bsen 
by 15msen 40 
by 9.6 m 
. 
b bxiˆ by 
ˆj 
cy csen 
c y 6msen240 
cy 5.2 m 
 
a (7.2iˆ 9.6 ˆj 
) m b (11.5iˆ 9.6 ˆj 
) mc (3iˆ 5.2 ˆj 
) m 
Ejercicio Propuesto: 
Calcule las componentes x, y de los siguientes vectores: 
A : 2.4 m, S 20O 
B. : 1.7 m, -120 
C : 3.4 m, 30con x negativo en el segundo cuadrante
VECTORES. Iván Vargas 13 Blanco, Físico 
Ejercicio 1.6 
Calcule la magnitud y dirección del vector representado por los siguientes pares de 
componentes: 
a) A3.6 cm, 
A-7.2 cm 
x y b) B-1.4 cm, 
B-9.35 cm 
x y A 2 2 B 2 2 
Solución: 
. 
A  
. 
x Ay 
. 
B  
. 
x By 
A  
. 
A  
. 
(3.6)2 (7.2)2 
64.8 
B  
. 
B  
. 
(1.4)2 (9.35)2 
89.4 
A 8.04 cm B 9.45 cm 
tan  
7.2 
3.6 
 63.4 
Respuestas: 
. 
A: 8.04 cm, -63.4 ; 
tan    
9.35 
1.4 
  81.5 
B : 9.45 cm, 81.5  
Ejercicio Propuesto: 
Calcule la magnitud y dirección del vector representado por los siguientes pares de 
componentes: 
a) a -2.34 km, 
a 8.70 km 
x y b) b1.60 km, 
b5.75 km 
x y b) Suma de varios vectores en el plano 
Sean los siguientes vectores, todos en el plano XY 
. y 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
. 
C Cxiˆ C y 
ˆj 
. . . . . . . . 
Sumando los vectores se tiene 
S AB C ... 
. 
By 
Sy S B 
Ay A 
Ax Bx x 
Sx 
S ( Ax Bx Cx ...)iˆ ( Ay By C y ...) ˆj
VECTORES. Iván Vargas 14 Blanco, Físico 
Sx ( Ax Bx Cx ...) 
Sy ( Ay By C y ...) 
. 
S 2 2 
: suma de las componentes en la dirección del eje X 
: suma de las componentes en la dirección del eje Y 
S Sxiˆ Sy 
ˆj 
. 
: vector resultante 
S  x Sy : magnitud del vector resultante 
tan 
= 
Sy 
Sx 
Sy  
= arc tan 
  
 
 
: ángulo que forma el vector resultante 
Ejercicio 1.7 
Sx  
Una partícula experimenta tres desplazamientos sucesivos en un plano, como sigue: 4.13 m 
SO, 5.26 m E, y 5.94 m en una dirección de 64NE. Elija el eje x apuntando al este y el eje 
y apuntando hacia el norte, y halle (a) las componentes de cada desplazamiento, (b) las 
componentes del desplazamiento resultante, (c) la magnitud y dirección del desplazamiento 
resultante, y (d) el desplazamiento que se requerirá para traer de nuevo a la partícula hasta 
el punto del arranque.3 
Solución: N 
C : 5.94 m 
O E 
B : 5.26 m 
(a) 
Ax Acos 
. 
A: 4.13 m 
Bx Bcos 
S 
Cx C cos 
Ax 4.13mcos 225 Bx 5.26mcos 0 Cx 5.94mcos 26 
Ax 2.9 m Bx 5.26 m Cx 5.34 m 
Ay Asen 
Ay 4.13msen225 
By Bsen 
By 5.26msen0 
C y Csen 
C y 5.94msen26 
Ay 2.9 m 
. 
By 0 m 
. 
C y 2.6 m 
 A Axiˆ Ay 
ˆj 
 A (2.9iˆ 2.9 ˆj 
) 
B Bxiˆ By 
ˆj 
m B (5.26iˆ 0 ˆj 
) 
C Cxiˆ C y 
ˆj 
mC (5.3iˆ 2.6 ˆj 
) m 
3 Resnick.R. Física Vol.1. Cuarta Edición. Compañía Editorial Continental,S.A. México. 1999. Pb:22
VECTORES. Iván Vargas 15 Blanco, Físico 
S 2 2 
(b) 
A (2.9iˆ 2.9 ˆj 
) m 
B (5.26iˆ 0 ˆj 
) m 
(c) 
C (5.3iˆ 2.6 ˆj 
) m 
. 
S (7.7iˆ 0.3 ˆj 
) m 
S  x Sy 
Sy 
tan  
Sx 
S  (7.7)2 (0.3)2 
tan  
0.3 
7.7 
(d) 
S 7.7 m  2.2 
el desplazamiento que se requerirá para traer de nuevo a la partícula hasta el punto 
del arranque es de 7.7 m. 
Ejercicio Propuesto: 
El vector A es de 2.80 cm y está 60sobre el eje x en el primer cuadrante. B es de 1.90 
cm y está 60por debajo del eje x en el cuarto cuadrante. Obtenga la magnitud y dirección 
. . 
de AB . Dibuje un diagrama de la suma y muestre que sus respuestas numéricas 
concuerdan con las de su dibujo4. 
c) Componentes de un vector en el espacio tridimensional 
El procedimiento desarrollado para los vectores en el plano se extiende al espacio 
tridimensional de la siguiente forma. Cualquier vector A en tres dimensiones se representa 
con su punto inicial en el origen O de un sistema de coordenadas rectangulares. Sean 
. 
( Ax , Ay , Az ) las coordenadas rectangulares del punto terminal de un vector A con punto 
inicial en O. Los vectores Ax Axiˆ , Ay Ay 
ˆj , Az Az kˆ reciben el nombre de 
componentes rectangulares de un vector o simplemente vectores componentes en las 
direcciones de x, y, y z respectivamente. Por comodidad en la notación cada vector 
componente se expresa por la magnitud de la componente por un vector unitario en cada 
eje. A estos vectores unitarios se les designa por iˆ, ˆj 
iˆ = vector unitario en el eje x = (1,0,0) 
ˆj = vector unitario en el eje y = (0,1,0) 
kˆ = vector unitario en el eje z = (0,0,1) 
y kˆ donde: 
Por lo tanto un vector en componentes rectangulares de tres dimensiones se escribe de la 
siguiente manera. . . 
A Ax Ay Az 
. 
A Axiˆ Ay ˆj  Azkˆ 
4 Sears F.W. Física Universitaria. Novena edición.Pearson Educación. México.1999.Pb.1-37
VECTORES. Iván Vargas 16 Blanco, Físico 
donde A , A , A son las magnitudes de los vectore s componentes rectangula re s o sea las 
z A A x 
x y z 
proyecciones del vector sobre los ejes x, y y z. 
z 
. 
Ax Axiˆ 
x 
. 
A Az Az kˆ 
y 
Ay Ay 
ˆj 
. 
De esta manera el vector queda expresado así A Axiˆ Ay ˆj  Azkˆ 
Ejercicio 1.8 . 
Representar el vector A: ( 3, -2, 3 ) 
z 
. 
A 
y 
x 
Practica 1.3 
Represente los siguientes vectores ( 2, 2, 4) , ( -2, 4, 3) 
Magnitud de un vector en tres dimensiones 
La magnitud se obtiene aplicando el teorema de Pitágoras dos veces. 
z 
Az 
A 
. 
Ax 
x 
. 
  2 
. 2 
 Ay 
2 
2 2 
Ay y 
 A 2 
2 
A  Ax  Ay  Az : Magnitud del vector
VECTORES. Iván Vargas 17 Blanco, Físico 
Dirección de un vector e.n tres dimensiones 
La dirección del vector A en tres dimensiones se puede obtener de dos maneras: 
a) por medio de los cosenos de los ángulos 
directores 
Son los ángulos que el vector forma con cada eje. 
= ángulo entre el vector y el eje x 
= ángulo entre el vector y el eje y 
= ángulo entre el vector y el eje z 
Los cosenos son respectivamente 
. 
A 
 , , 
son los 
ángulos 
directores 
cos  
Ax  
A 
Ay 
Ax  
. 
A cos  
. 
cos   .  
A 
Az 
Ay  A cos   
. 
cos  .  
A 
Az  A cos  
Luego se obtiene la función inversa para obtener cada ángulo. Por lo tanto todo vector en 
tres dimensiones se puede expresar con los ángulos directores así. 
. 
A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ 
donde 
. . 
A  A cos iˆ  
. 
A cos  ˆj  
. 
A coskˆ 
A2 A2 cos2  A2 cos2   A2 cos2   
b) por medio de los ángulos  y  de las coordenadas esféricas 
Definimos dos ángulos; como el ángulo que hace el vector con el eje Z y como el 
ángulo que hace la proyección del vector sobre el plano XY con el eje X positivo ( ver 
figura ). Estos ángulos están dados de la 
siguiente forma: 
cos  
Az  
A 
Az Acos 
Ay 
tan    A A tan  
y x 
x 
con esto se puede demostrar que: 
Ax Asencos  
Ay Asensen 
Az Acos 
A las variables (r,, ) se les llama coordenadas esféricas. En nuestro caso r = A. Por lo 
tanto todo vector en tres dimensiones se puede expresar de la siguiente forma. 
. 
A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ 
. 
A Asencos iˆ Asensenˆj 
Acoskˆ
VECTORES. Iván Vargas 18 Blanco, Físico 
Ejercicio 1.9 . 
Dado el vector C : 25 m = 175 
= 75 
= 140 
Expresarlo en componentes rectangulares. 
Solución: 
Ax  
. 
A cos  Ay  
. 
A cos   Az  
. 
A cos  
Ax 25mcos175 
Ax 24.9 m 
. 
A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ 
. 
Ay 25mcos 75 
Ay 6.5 m 
Az 25mcos140 
Az 19.1 m 
A (24.9iˆ 6.5 ˆj 
19.1kˆ) m 
Ejercicio 1.10 
En el siguiente diagrama, hallar: 
a) Las componentes Fx ,Fy, Fz 
b) Los angulos , ,  
. z 
Fz 
40 
F 
. 
Fx 
x 
30 
F= 500 N 
Fy y 
Solución: 
a) Por medio de cosenos directores 
Fx F 
cos  
Fx ? 
Fy F cos 
  
Fy ? 
Fz F cos  
Fz 500N cos 40 
Fx Rsen  
Fx 321.4Nsen30 
Fy Rcos  
Fy 321.4N cos 30 
Fz 383.0 N 
@#$%! 
?&*+/ 
F160.7 N 
x R 
sen  
  
F 
Fy 278.3 N 
R Fsen  
R 500sen40 R 321.4 N
VECTORES. Iván Vargas 19 Blanco, Físico 
. 
cos  
Fx  
F 
Fy 
cos  
160.7 
500 
278.3 
  71.2 
cos   .  
F 
cos   
500 
   56.2 
b)Por medio de coordenadas esféricas 
Como  40 y  60 , tenemos 
Fx Fsencos  
Fx 500Nsen40cos 60 
Fx 160.7N 
Fy Fsensen  
Fy 500Nsen40sen60 
Fy 278.3N 
Fz F cos 
Fz 500N cos 40 
Fz 383.0N 
Los ángulos se obtienen como en el caso anterior. 
Ejercicio Propuesto: 
Una fuerza F actúa en el origen de un sistema en una dirección dado por = 75y = 130 
Sabiendo que Fy = 300 N. 
Hallar: 
a) La fuerza F 
b) Las componentes Fx y Fz 
c) El ángulo  
Respuesta: F 416.1N, Fx 107.7N, Fz 267.4N,   43.8 
d) Suma de vectores en el espacio 
La suma de vectores en el espacio se realiza de manera similar a la empleada para los 
vectores en el plano. 
Sean los siguientes vectores, 
. 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ 
. 
C Cxiˆ C y 
ˆj 
Cz kˆ 
. . . . . . . . 
Sumando los vectores se tiene 
. . . 
S AB C ... 
. 
S ( Ax Bx Cx ...)iˆ ( Ay By C y ...) ˆj 
( Az Bz Cz ...)kˆ 
Sx ( Ax Bx Cx ...) 
Sy ( Ay By C y ...) 
Sz ( Az Bz Cz ...) 
: suma de las componentes en la dirección del eje X 
: suma de las componentes en la dirección del eje Y 
: suma de las componentes en la dirección del eje Z
VECTORES. Iván Vargas 20 Blanco, Físico 
. 
. 
2 
S 2 2 2 
a 
. 
c 
. 
. 
S Sxiˆ Sy 
ˆj 
Sz kˆ 
. 
: vector resultante 
S  x Sy  Sz : magnitud del vector resultante. 
La dirección se obtiene por medio de una de las formas mencionadas anteriormente. 
Ejercicio 1.11 
Dados los vectores: 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
Hallar:. 
. . . 
a) S  1 a 3(b c ) 
. 
b) la magnitud y dirección de S 
c) Un vector unitario en la dirección de a 
. 
d) Un vector opuesto a b 
. 
e) El vector 5 
Solución: 
(a) 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
(b  
. 
) 3iˆ 5 ˆj 
5k ˆ 
. . 
3(b c ) 9iˆ 15 ˆj 
15kˆ 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. . 
a 3(b c) 6iˆ 13 ˆj 
ˆ . 11k. . . 
6 
13 
S  1 a 3(b c ) 
ˆ i 
ˆj 
11 
 
k ˆ 
2 2 2 2 
(b) 
S 3iˆ 6.5 ˆj 
5.5kˆ 
. 
S  (3)2 (6.5)2 (5.5)2 
S 9.03 
dirección con ángulos 
directores: 
Ax 
3 
cos  . 
A 
Ay 
 cos  
9.03 
6.5 
 109.4 
cos   . 
A 
Az 
 cos   
9.03 
5.5 
 136.0 
cos  . 
A 
 cos   
9.03 
 52.5
VECTORES. Iván Vargas 21 Blanco, Físico 
Respuesta: S : 9.03, 109.4,  136.0, 52.5 
dirección con coordenadas esféricas: 
cos  
tan    
. 
. 
Az  
A 
Ay 
Ax 
. 
a ˆ 
cos  
tan   
5.5 
9.03 
6.5 
3 
 52.5 
 65.2 
Respuesta: 
(c) 
S : 9.03, 52.5, 65.2 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. 
aˆ 
 
a 
 
a x iˆ  
a 
y 
ˆj 
 
a z kˆ : vector unitario en coordenadas rectangulares 
a a a a 
2 2 2 
a  a x a y a z 
a  (3)2 (2)2 (4)2 
a 5.4 
aˆ  
3 
5.4 
iˆ  
2 
5.4 
ˆj 
 
4 
kˆ 
5.4 . 
(d) 
(e) 
aˆ 0.55iˆ 0.37 ˆj 
0.74kˆ 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
. 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
5 
. 
15iˆ 10 ˆj 
20k 
: vector unitario en la dirección de a 
Ejercicio Propuesto: 
Dados los vectores: 
. 
A 3iˆ 2 ˆj 
2kˆ 
. 
B 4iˆ 3kˆ 
. 
C iˆ 4 ˆj 
5kˆ 
Hallar: 
a) S A2(B C) 
b) la magnitud y dirección de C 
c) Un vector unitario en la dirección de Bˆ 
d) Un vector opuesto a A. 
e) Representar el vector C
VECTORES. Iván Vargas 22 Blanco, Físico 
e) Resta de vectores en el plano y en el espacio 
Sean los siguientes vectores, 
. 
A Axiˆ Ay 
2 
ˆj 
Az kˆ 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ 
. . 
Realizando la resta R AB se tiene 
. . . 
R. 
AB 
R ( Ax Bx )iˆ ( Ay By ) ˆj 
( Az Bz )kˆ 
Rx ( Ax Bx ) 
Ry ( Ay By ) 
Rz ( Az Bz ) 
. 
: resta de las componentes en la dirección del eje X 
: resta de las componentes en la dirección del eje Y 
: resta de las componentes en la dirección del eje Z 
R Rxiˆ Ry 
ˆj 
Rz kˆ : vector resultante 
Ejercicio 1.12 
Dados los vectores: 
A 2iˆ 5 ˆj 
4kˆ 
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
C 2iˆ 6 ˆj 
Hallar: 
. . . 
a) R 1 A3(B C) 
b) Demuestre que (C B) (B C) 
c) la magnitud y dirección de C 
d) Un vector unitario en la dirección de A 
. 
e) AB C D 0 Hallar D 
Solución: 
(a) 
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
. 
C 2iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
. . 
(B C) 0iˆ 9 ˆj 
5kˆ 
3(B C) 0iˆ 27 ˆj 
15kˆ 
. 
A 2iˆ 5 ˆj 
4kˆ 
. . 
3(B C) 0iˆ 27 ˆj 
15kˆ 
. . . 
A3(B C) 2iˆ 22 ˆj 
19kˆ
VECTORES. Iván Vargas 23 Blanco, Físico 
. . . . 
R 1 A3(B C) 
2 
iˆ  
22 
ˆj 
19 
 
kˆ 
2 2 2 2 
(b) 
R iˆ 11 ˆj 
9.5kˆ 
Demuestre que (C B) (B C) 
. . 
(c) 
(B C) 0iˆ 9 ˆj 
5kˆ 
(B C) 0iˆ 9 ˆj 
5kˆ 
C 2iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
(C B) 0iˆ 9 ˆj 
5kˆ 
C 2iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
C  (2)2 (6)2 
C 6.32 
dirección para un vector en dos dimensiones: 
C y 
tan  
Cx 
tan  
6 
2 
 71.5 
Respuesta: C : 6.32, 71.5 ( en coordenadas polares ) 
(d) . 
A 2iˆ 5 ˆj 
4kˆ 
. 
Aˆ 
 
A 
 
Ax iˆ  
Ay 
ˆj 
 
Az kˆ 
A A A A 
2 2 2 
A  Ax Ay Az 
A  (2)2 (5)2 (4)2 
A 6.7 
A ˆ 
 
2 
6.7 
iˆ  
5 
6.7 
ˆj 
 
4 
kˆ 
6.7 
(e) 
A ˆ 
0.30iˆ 0.74 ˆj 
0.60kˆ : vector unitario en la dirección de A 
. 
ˆj 
AB C D 0 
A 2iˆ 5 4kˆ 
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
C 2iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
AB C 2iˆ 2 ˆj 
kˆ 
Hallar D 
. . . . 
D ( AB C)
VECTORES. Iván Vargas 24 Blanco, Físico 
D (2iˆ 2 ˆj 
. 
. 
2 
a 
. 
kˆ) 
D 2iˆ 2 ˆj 
kˆ 
Ejercicio Propuesto: 
Dados los vectores: 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
Hallar:. . . . 
a) S  1 a 3(b c ) 
. 
b) la magnitud y dirección de c 
b) Un vector unitario en la dirección de b 
. . . . . 
c) a b c d 0 Hallar d 
d) Un vector opuesto a 
. 
. 
e) Representar el vector c 
2) MULTIPLICACIÓN DE VECTORES 
Definiremos tres clases de operaciones de multiplicación por vectores: 
1- Multiplicación de un vector por un escalar 
2- Multiplicación de dos vectores para dar por resultado un escalar 
(PRODUCTO ESCALAR O PRODUCTO PUNTO) 
3- Multiplicación de dos vectores para dar como resultado otro vector 
(PRODUCTO VECTORIAL O CRUZ) 
Sea 
a) Multiplicación de un vector por un escalar 
. 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ : un vector dado 
m : un escalar 
Se define el producto del escalar (m) por el vector A como el vector 
mA mAxiˆ mAy 
ˆj 
mAz kˆ 
tal que : 
m 0 
m 0 
. 
mA : tiene la dirección y sentido de A 
mA : es de sentido opuesto a A 
. 
m = 0 
su magnitud es 
. . 
mA 0 : el resultado es el vector nulo 
mA m A 
Ejemplo: 
Por lo tanto 
. 
A 2iˆ 3 ˆj 
 kˆ 
. 
y m= 4 
4 A (4)2iˆ (4)3 ˆj 
(4)kˆ 8iˆ 12 ˆj 
4kˆ
VECTORES. Iván Vargas 25 Blanco, Físico 
b) Multiplicación de dos vectores para dar por resultado un escalar (PRODUCTO 
ESCALAR O PRODUCTO PUNTO) 
. . 
El producto escalar de dos vectores A y B , denotado por AB ( léase A punto B ) se 
define como el producto de las magnitudes de A y B por el coseno del ángulo entre ellos. 
Simbólicamente, 
. . AB AB cos  0  Recuerde q.ue .el 
Observe que AB es un escalar y no un vector. resultado de AB es 
Conmutatividad del producto escalar 
De la definición del producto escalar se tiene 
un numero no un vector 
. . 
AB AB cos  
= BA cos  
= B A 
Representación geométrica del producto escalar 
Geométricamente el producto escalar es la magnitud de un vector por la proyección del otro 
sobre él, así 
A : magnitud del vector A 
B cos  : proyección del vector B sobre el vector A 
. 
B 
 A 
B cos  
Producto escalar en componentes cartesianas 
Aplicando la definición del producto escalar a las unidades vectoriales cartesianas, se tiene 
z 
iˆ iˆ  iˆ iˆ cos 0= 1 
iˆ ˆj 
 iˆ ˆj 
cos 90= 0 kˆ 
De esta manera tenemos los resultados ˆj 
y 
iˆ iˆ ˆj 
ˆj 
kˆ kˆ 1 iˆ 
iˆ ˆj 
iˆ kˆ ˆj 
kˆ 0 x 
Estos resultados se aplican a la multiplicación de vectores expresados en componentes 
rectangulares o cartesianas
VECTORES. Iván Vargas 26 Blanco, Físico 
Sean los vectores 
. 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ 
Multiplicando ambos vectores termino a termino, obtenemos: 
. . 
AB ( Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ) (Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ) 
Axiˆ Bxiˆ Axiˆ By 
ˆj 
Axiˆ Bz kˆ Ay 
ˆj 
Bxiˆ Ay 
ˆj 
By 
ˆj 
Ay 
ˆj 
Bz kˆ Az kˆ Bxiˆ Az kˆ By 
ˆj 
Az kˆ Bz kˆ 
Ax Bxiˆ iˆ Ax Byiˆ ˆj 
Ax Bz iˆ kˆ Ay Bx 
ˆj 
iˆ Ay By 
ˆj 
ˆj 
Ay Bz 
ˆj 
kˆ Az Bx kˆ iˆ Az By k ˆj 
Az Bz kˆ kˆ 
Ax Bxiˆ iˆ Ay By 
ˆj 
ˆj 
Az Bz kˆ kˆ 
. . 
AB Ax Bx Ay By Az Bz : producto escalar en términos de las componentes 
Relacionando la definición de producto escalar con el resultado anterior, tenemos 
. . 
AB AB cos  
. . 
AB Ax Bx Ay By Az Bz 
ABcos  = 
Por lo tanto 
Ax Bx Ay By Az Bz 
cos 
 = 
Ax Bx Ay By Az Bz 
AB 
: ángulo entre los vectores A y B 
Propiedades del Producto Escalar 
1-El resultado de un producto escalar es un número. 
2-El producto escalar satisface la propiedad conmutativa 
. . . . 
AB B A 
3-El producto escalar satisface la propiedad distributiva respecto a la suma 
A(B C) AB AC 
4-Si = 0el producto escalar de vectores paralelos es 
AB AB cos 0= AB  es el máximo 
5-El producto es.c al.a r de dos vectores iguales es 
AA AA cos 0= AA = A2 
6-Si = 90el producto escalar de vectores perpendiculares diferentes de cero es 
. . 
AB AB cos 90= 0 
7-Si = 180el producto escalar de vectores opuestos es 
. . 
AB AB cos 180= -AB  es un número negativo
VECTORES. Iván Vargas 27 Blanco, Físico 
Ejercicio 1.13 
Sean dos vectores de 35 y 75 unidades respectivamente que forman entre sí un ángulo de 
34. Calcular su producto escalar. 
Solución: . . 
Ejercicio 1.14 
Calcular el producto escalar de dos vectores de 5 y 12 unidades respectivamente si son: 
a) consecutivos colineales 
b) opuestos 
c) perpendiculares 
d) Obtenga el producto escalar de un vector consigo mismo 
. 
. 
. 
a 
AB AB cos  0  
AB (35)(75) cos 34 
. . 
AB 2176.2 
a b 
Solución: 
(a) 
AB AB cos  0  
AB (5)(12) cos 0 
. . 
AB 60 
(b) . . 
AB AB cos  0  
AB (5)(12) 
cos 180 
AB 60 
(c) . . 
AB AB cos  0  
. . 
AB (5)(12) cos 90 
. . 
AB 0 
(d) 
. . 
AA AA cos  0  
AA (5)(5) cos 0 
. . 
AA 25 
Ejercicio 1.15 
Sean los vectores: 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
Hallar: 
a) 
. 
b ¿Son los vectores perpendiculares? 
b) Calcular el ángulo entre 
. 
y 
. 
. . 
c) 3(a b ) 
VECTORES. Iván Vargas 28 Blanco, Físico 
d) S  1 a 2(b c ) 
3 
Solución: 
(a) 
. . . 
a 
. 
c 
. 
. 
Dos vectores son 
perpendic ul ares si 
. 
a b 0 ¿Por que? 
. 
a abb cos  0 
. . 
a b a xbx a yby a zbz 
. 
a b (3) (2) (2) (1) (4) (5) 
. 
a b 24 
 los vectores no son perpendiculares, pues, el producto escalar no es igual a cero. 
(b) 
cos 
 = 
a xbx a yby a zbz 
ab 
: ángulo entre los vectores a y b 
2 2 2 
a  a x a y a z 
a  (3)2 (2)2 (4)2 
a 5.4 
2 2 2 
b  bx by bz 
b  (2)2 (1)2 (5)2 
b 5.5 
cos  
24 
(5.4)(5.5) 
 143.9 : ángulo entre los vectores a y b 
(c) 
. 
3(a b ) 3(-24) 
3( 
. 
b ) -72 
(d) . . . 
S  1 a 2(b c ) 
3 . 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
0kˆ 
(b  
. 
) 3iˆ 5 ˆj 5k ˆ 
. . 
2(b c) 6iˆ 10 ˆj 
10kˆ 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
. . 
a 2(b c) (6)(3) (10)(2) (10)(4) 
. . 
Sa 21( b a 2c()b c7 )8 1 (78) 
. . 
3 3 
S 26
VECTORES. Iván Vargas 29 Blanco, Físico 
Ejercicio Propuesto: 
1.Dados los vectores 
Hallar: 
. 
A : 6 u 60 
. 
B : 9 u 225 
AB ? y el ángulo entre los vectores 
2.Haciendo uso del producto escalar obtener la relación conocida con el nombre de teorema 
de los cosenos. 
c) Multiplicación de dos vectores para dar como resultado otro vector (PRODUCTO 
VECTORIAL O CRUZ) . . 
El producto vectorial de A y B es un vector C AB ( léase A cruz B ). La magnitud 
. . 
de AB se define como el producto de las magnitudes de A y B por el seno del ángulo 
entre ellos. La dirección del vector C AB es perpendicular al plano formado por A y 
. . 
B de modo que A , B y C forman un sistema derecho. Así 
AB AB sen  uˆ 0  
donde uˆ es un vector unitario que indica la dirección de AB .La magnitud del producto 
. . 
vectorial esta dada por AB AB sen  . 
Anticonmutatividad del producto vectorial 
Tenemos que . . . . 
AB B A 
pues . . 
AB uˆAB sen   
B A uˆBAsen   
 AB B A 
Esto es conocido 
como “la regla de 
la mano derecha”
VECTORES. Iván Vargas 30 Blanco, Físico 
Representación geométrica del producto vectorial 
La magn. 
itud del producto vectorial geométricamente se representa como la magnitud del 
vector A por la componente del vector B perpendicular al vector A.Lo que es igual al 
área del paralelogramo formado por los dos vectores. 
. . 
B B sen   
 
AB A(B sen ) 
A 
Producto vectorial de unidades cartesianas 
Aplicando la definición del producto vectorial a las unidades vectoriales cartesianas, se 
tiene 
iˆ iˆ iˆ 
iˆ 
z 
sen 0= 0 
iˆ ˆj 
iˆ 
ˆj 
sen 90kˆ = kˆ kˆ 
De esta manera tenemos los resultados ˆj 
y 
iˆ iˆ ˆj 
ˆj 
k ˆ 
k ˆ 
0 iˆ 
iˆ ˆj 
k ˆ 
, 
ˆj 
k ˆ 
iˆ 
, 
k ˆ 
iˆ ˆj 
x 
iˆ k ˆ 
ˆj 
, 
k ˆ 
ˆj 
iˆ 
, 
ˆj 
iˆ k ˆ 
Regla nemotécnica 
iˆ 
kˆ ˆj 
Producto vectorial en componentes cartesianas 
Estos resultados se aplican a la multiplicación de vectores expresados en componentes 
rectangulares o cartesianas 
Sean los vectores 
. 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ 
Multiplicando termino a termino, obtenemos 
. . 
AB ( Axiˆ Ay 
ˆj 
Az k ˆ 
) (Bxiˆ By 
ˆj 
Bz k ˆ 
) 
Axiˆ Bxiˆ Axiˆ By 
ˆj 
Axiˆ Bz k ˆ 
Ay 
ˆj 
Bxiˆ Ay 
ˆj 
By 
ˆj 
Ay 
ˆj 
Bz k ˆ 
Az k ˆ 
Bxiˆ Az k ˆ 
By 
ˆj 
Az k ˆ 
Bz k ˆ 
Ax Bxiˆ iˆ Ax Byiˆ ˆj 
Ax Bz iˆ k ˆ 
Ay Bx 
ˆj 
iˆ Ay By 
ˆj 
ˆj 
Ay Bz 
ˆj 
k ˆ 
Az Bx k ˆ 
iˆ Az By k ˆj 
Az Bz 
k ˆ 
k ˆ
VECTORES. Iván Vargas 31 Blanco, Físico 
Ax Byiˆ ˆj 
Ax Bz iˆ k ˆ 
Ay Bx 
ˆj 
iˆ Ay Bz 
ˆj 
k ˆ 
Az Bx k ˆ 
iˆ Az By k ˆj 
Ax By kˆ Ax Bz (ˆj 
) Ay Bx (kˆ) Ay Bz iˆ Az Bx 
ˆj 
Az By (iˆ) 
. . 
AB ( Ay Bz Az By )iˆ ( Az Bx Ax Bz ) ˆj 
( Ax By Ay Bx )kˆ : producto vectorial en 
términos de las componentes 
rectangulares. 
Como este procedimiento resulta tedioso se puede utilizar el operador determinante que 
realiza esta misma operación. 
Sean los vectores 
. 
A Axiˆ Ay 
ˆj 
Az kˆ 
. 
B Bxiˆ By 
ˆj 
Bz kˆ 
iˆ ˆj 
kˆ 
. . 
AB  Ax Ay 
Bx By 
Az ( Ay Bz By Az )iˆ ( Ax Bz Bx Az ) ˆj 
( Ax By Bx Ay )kˆ 
Bz 
Tomando la magnitud del producto vectorial podemos encontrar el ángulo entre los 
vectores. 
. . 
AB AB sen  0  
. . 
 sen  
A 
B 
AB 
: ángulo entre los vectores A y B 
Propiedades del Producto Vectorial 
1-El resultado de un producto vectorial es un vector. 
2-El producto vectorial no es conmutativa 
. . . . 
AB B A 
3-El producto vectorial satisface la propiedad distributiva respecto a la suma 
A(B C) AB AC 
4-Si = 0el producto vectorial de vectores paralelos es 
AB AB sen 0uˆ = 0 
5-El producto vectorial de dos vectores iguales es 
. . 
AA AA sen 0uˆ = 0 
6-Si = 90el producto vectorial de vectores perpendiculares diferentes de cero es 
. . 
AB AB sen 90uˆ 
= 
ABuˆ 
7-Si = 180el producto vectorial de vectores opuestos es 
. . 
AB AB sen 180uˆ = 0
VECTORES. Iván Vargas 32 Blanco, Físico 
. 
Ejercicio 1.16 
Dados los vectores:. 
. 
A 4iˆ 2 ˆj 
kˆ 
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
. 
C iˆ 6 ˆj 
Hal.lar: . 
a) AB 
 
¿Son los vectores perpendiculares o paralelos? 
. 
b) Calcular el ángulo entre A y B 
. . . 
c) A(B C)  
d) A(B C)  
Solución: 
(a) 
iˆ ˆj 
kˆ 
. . 
AB  4 2 1 (2 5 3 1)iˆ (4 5 2 1) ˆj 
(4 3 2 2)kˆ 
2 3 5 Dos vectores son 
paralelos si 
. . 
AB (10 3)iˆ (20 2) ˆj 
(12  4)k ˆ 
AB 7iˆ 22 ˆj 
16k ˆ 
a 
b 
0 ¿Por que? 
Los vectores no son paralelos, pues, AB 0 . 
Para saber si son perpendiculares calculamos el producto escalar. 
. . 
AB Ax Bx Ay By Az Bz 
. . 
AB (4) (2) (2) (3) (1) (5) 
. . 
AB 3 
 los vectores no son perpendiculares. 
(b) 
. . 
AB AB sen  0  
. . 
 sen  
A 
B 
AB 
: ángulo entre los vectores A y B 
2 2 2 
A  Ax Ay Az 
A  (4)2 (2)2 (1)2 
A 4.6 
2 2 2 
B  Bx By Bz
VECTORES. Iván Vargas 33 Blanco, Físico 
B  (2)2 (3)2 (5)2 
B 6.1 
. . 
AB 
 
(7) (22) (16) 
. . ¡Me parece que 
AB  
esto se esta 
28.1 
complicando! 
sen  
28.0 
(4.6)(6.1) 
A(B C) ? 
(c) 
 86.2 
A(B C)  
. 
B 2iˆ 3 ˆj 
5kˆ 
C iˆ 6 ˆj 
iˆ ˆj 
kˆ 
. . 
B C 2 3 
1 6 
. . 
5 (3 0 6 5)iˆ (2 0 15) ˆj 
(2 6 13)kˆ 
0 
B C (0 30)iˆ (0 5) ˆj 
(12 3)k ˆ 
B C 30iˆ 5 ˆj 
9k ˆ 
A 4iˆ 2 ˆj 
kˆ 
A(B C) (4)(30) (2)( 5) (1)(9) 
A(B C) 139 
(d) . . . 
A(B C)  
B C 30iˆ 5 ˆj 
9k ˆ 
A 4iˆ 2 ˆj 
kˆ 
. . . iˆ ˆj 
kˆ 
A(B C) 4  
2 
30 5 
1 (2 9 5 1)iˆ (4 9 30 1) ˆj 
(4 5 30 2)kˆ 
9 
A(B C) 13iˆ 6 ˆj 
40kˆ 
ˆ 
Ejercicio 1.17 
k Un estudiante afirma que ˆj 
ˆ 
k ha encontrado un vector A tal que 
(2iˆ 3 4) A (4iˆ 3 ˆj 
) 
¿Cree usted que esto es cierto? Explique5 
5 Serway . Física I Tomo I.Cuarta Edición. McGraw Hill. Pb.7,Cap11.
VECTORES. Iván Vargas 34 Blanco, Físico 
Solución: 
Sabemos que el vector resultante de un producto vectorial es perpendicular al plano que 
contiene a los vectores, por lo tanto si realizamos un producto escalar entre el vector 
2iˆ 3 ˆj 
. 
. 
. 
a 
a 
3 
b 
4kˆ y el vector 4iˆ 3 ˆj 
kˆ , debe ser igual a cero pues son perpendiculares. 
. . 
a b 
ab 
cos  0  
. . 
a b a xbx a yby a zbz 
. 
a b (2) (4) (3) (3) (4) (1) 
. . 
a b 5 
 El vector 2iˆ 3 ˆj 
4kˆ y el vector resultante 4iˆ 3 ˆj 
kˆ , no son perpendiculares lo 
que nos dice que esto no es cierto. 
Ejercicio Propuesto: 
1.Sean los vectores: 
a 3iˆ 2 ˆj 
4kˆ 
b 2iˆ ˆj 
5kˆ 
c iˆ 6 ˆj 
Hallar: 
a) 
. 
b ¿Son los vectores perpendiculares? 
b) Calcular el ángulo entre 
. 
y 
. 
. . 
b) 3.( a .b ) . . 
c) S  1 a 2(b c 
) 
2.Dados los vectores 
Hal.lar: . 
. 
A : 6 u 60 
. 
B : 9 u 225 
a) AB ? y el ángulo entre los vectores 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
1 Spiegel, M.,. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería y Ciencias,. McGraw-Hill, 
México, 2001. 
2 Gonzalez, F. Principios de Mecánica, Oficina de Publicaciones de la Universidad de 
Costa Rica, Costa Rica, 1999. 
3 Resnick, R., Halliday, D., Krane, K., Física Vol.1, Tercera edición, Compañía 
Editorial Continental,S.A. de C.V., México, 1978.
VECTORES. Iván Vargas 35 Blanco, Físico 
4 Sears F., Zemansky M., Freedman R. Física Universitaría, Novena edición.Pearson 
Educación. México. 1999. 
5 Calderon, A., Física para Bachillerato, Segunda edición ampliada, Costa Rica,. 
1989. 
6 Wilson, J., Física, Segunda edición , Prentice Hall Hispanoamericana, S.A, México,. 
1996. 
7 Lea, J., Burke, J., Física: La Naturaleza de las Cosas, International 
Thomson Editores, México,. 1999. 
8 Giancoli, D., Física: Principios con Aplicaciones, Prentice Hall Hispanoamericana, 
S.A, México,. 1997.

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  • 1. VECTORES. Iván Vargas 1 Blanco, Físico 1. VECTORES Iván Vargas Blanco Físico Profesor, Instituto Tecnológico de Costa Rica 1.1 CANTIDADES VECTORIALES Y ESCALARES Definición de Magnitud Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente1. También se entiende como cantidad física formada por un número y la unidad de medida respectiva. Ejemplos: 0.3 m, 3 km, 24 m/s, 12 J. Definición de Escalar Cantidad física que solo tiene magnitud. Son ejemplo de escalares: distancia, masa, tiempo, rapidez, temperatura, área, volumen, densidad, trabajo, energía, potencia y frecuencia. Los escalares pueden ser manipulados por las reglas del álgebra ordinaria. Ejemplos: 4 m, 5 kg, 60 s, 20 m/s, 37 C, 8 m2, 4 m3, 24 Kg/m3, 1.78 J, 50 W y 333 Hz Definición de Vector Cantidad física que tiene magnitud, dirección y sentido. Son ejemplo de vectores: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el peso, la cantidad de movimiento, el desplazamiento, campo eléctrico y el campo magnético.(la palabra vector significa portador en latín). Ejemplos: -4 m/s, +9.8 m/s2, 500 N 30, -25 Kg m/s y –20 m Representación gráfica de vectores Un vector se representa gráficamente, como un segmento dirigido de recta PQ de un punto P llamado punto inicial o origen a otro punto Q llamado punto terminal o termino. Una punta de flecha en un extremo indica el sentido; la longitud del segmento, interpretada con una escala determina la magnitud. La dirección del vector se especifica al dar los ángulos que forma el segmento de recta con los ejes de coordenadas. Ejemplo: P Origen Termino Q Dirección: 30 Magnitud: 60 m Escala: 1 cm = 20 m 1 Peste F. Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Generales de Metrología .Centro Nacional de Metrología.México.1996
  • 2. VECTORES. Iván Vargas 2 Blanco, Físico Notación de vectores Algebraicamente los vectores se representan con letras del alfabeto castellano, mayúsculas o minúsculas; usualmente en un texto impreso se utiliza la letra en negrita, tal como b que significa ambas propiedades del vector, magnitud y dirección. En la escr.itura manual ponemos una flecha sobre la letra para denotar la cantidad vectorial, tal como b . Ejemplos: a : -35 m/s, A: 50 millas Norte, b: 15 km Suroeste, B: 20 m Oeste, PQ : 50 m/s 30 La magnitud o longitud de un vector se representa colocando el vector entre barras o simplemente la letra asignada. . A 50 millas, A 50 millas, PQ : 50 m/s , PQ : 50 m/s Dirección de un vector con puntos cardinales Para dar la dirección de un vector mediante puntos cardinales se anota de primero el punto cardinal norte o sur de acuerdo a la ubicación del vector , luego el ángulo que forma con el norte o sur y finalmente el punto cardinal este u oeste según corresponda. . A: 20 m N 30 Escala: 1 cm = 10 m O E 45 S B : 30 m A: 20 m, N 60O B : 30 m, S 45E Dirección de un vector con la medida del ángulo (coordenadas polares ) En este caso se anota la magnitud del vector y el ángulo que forman la rama positiva del eje X y el vector, el ángulo se toma como positivo o negativo en la misma forma que se hace en los estudios de trigonometría. La magnitud del vector y el ángulo son llamados coordenadas polares. . A: 20 m y 30 Escala: 1 cm = 10 m La magnitud y el ángulo son llamadas Coordenadas O x 45 A: 20 m, 150 B : 30 m, -45 Polares B : 30 m
  • 3. VECTORES. Iván Vargas 3 Blanco, Físico Clasificación de vectores Definición de línea de acción de un vector Es la recta a la que pertenece el vector Ejemplo: Vectores paralelos Son aquellos que tienen sus líneas de acción paralelas. Ejemplo: . . A B A B Vectores iguales Son aquellos vectores que tienen la misma magnitud ,dirección y sentido aunque no tengan el mismo punto de aplicación. Ejemplo:  A  B A = B Vectores deslizantes Son aquellos vectores que pueden moverse sobre su línea de acción sin cambiar su magnitud y dirección. Ejemplo: A B
  • 4. VECTORES. Iván Vargas 4 Blanco, Físico Vectores fijos Son aquellos vectores que no deben deslizarse sobre su línea de acción porque interesa que el origen coincida con un punto de aplicación del sistema. Ejemplo: A F Vectores libres Son aquellos vectores que pueden moverse libremente en el espacio con sus líneas de acción paralelas. Ejemplo: . A A a Vector opuesto a de un . . vector Se define como aquel que tiene la misma magnitud del vector y está a 180respecto al vector y se representa como el negativo del vector,  - por lo cual se le llama vectores iguales y opuestos o antiparalelos. Un vector puede ser opuesto a otro si solo tiene dirección opuesta. Ejemplo: . A . - A Vector unitario: uˆ Es aquel vecto. r de magnitud la unidad o longitud unitaria y de igual dirección que el vector dado. Si A o Aes un vector cualquiera de longitud A0, entonces A/A o A/ Aes un vector . unitario denotado por a o aˆ , con la misma dirección de A. Por lo tanto A=Aa o A Aaˆ Ejemplo: . . A 7m60○ Este es uno de los A : 7 m 60  aˆ   A 7 1 m 60 vectores mas aˆ : 1 m 60 Por lo tanto podemos escribir el vector como . A Aaˆ . importantes A 7aˆ m
  • 5. VECTORES. Iván Vargas 5 Blanco, Físico Vectores consecutivos Son aquellos vectores donde el término de uno coincide con el origen del siguiente. Ejemplo: . b a . c . Vectores concurrentes Son aquellos vectores cuyas líneas de acción se intersecan en un punto. Ejemplo: a . . b c 1.2 OPERACIONES CON VECTORES GRÁFICAMENTE a)Multiplicación de un escalar por un vector gráficamente Si se multiplica un escalar por un vector A resulta el vector multiplicada por y el sentido depende del signo del escalar. Ej: . A cuya magnitud ha sido A: 2 m 30 sí = 2 A = 2(2 m) = 4 m 30 Practica 1.1 Dado el vector a . : 50 m 300. Hallar: a) La representación del vector b) El vector opuesto de a c) El vector unitario de a . d) Un vector concurrente a a . e) Un vector consecutivo a a f) Un vector perpendicular a a . g) Un vector cuya magnitud sea 1 a . 2
  • 6. VECTORES. Iván Vargas 6 Blanco, Físico b) Suma gráfica de vectores Para sumar vectores gráficamente existen diferentes métodos: Método del triangulo Es el método para sumar dos vectores consecutivos formando un triangulo con la resultante. Se deben seguir los siguientes pasos: 1. En un diagrama dibujado a escala trazar el vector a con su dirección propia en el f sistema de coorden. adas. 2. Dibujar el vector b a la misma escala con la cola en la punta de a ,asegurándose de . que b tenga su misma dirección propia. 3. Se traza un vector desde la cola de a hasta la punta del vector b . Se mide la longitud del vector resultante y se realiza conversión con la escala, esto nos da la magnitud del vector suma. Luego se mide el ángulo que forma el vector suma con la rama positiva del eje X. Ejercicio 1.1 Dados. los. sig. uientes vectores: A: 30 m , 35, B : 20 m , -45.Obtener el vector suma S AB ,mediante el método del triangulo. Solución: y y . x . A B . . S AB Método del paralelogramo . Es el método para sumar vectores concurrentes. Se dibujan los vectores f . y g . con origen . común, luego en la figura se traza una paralela a f y por el término de f se traza una paralela a g . ; ambas para.le las y los dos vectores forman un paralelogramo. El vector . resultante r . de sumar f y g se traza desde el origen de ambos vectores hasta la intersección de las paralelas. Se mide la longitud del vector resultante y se realiza conversión con la escala, esto nos da la magnitud del vector suma. Luego se mide el ángulo que forma el vector suma con la rama positiva del eje X. Ejercicio 1.2 . . . Dados los siguientes vectores: f : 25 m 60, g . : 35 m 0.Obtener el vector suma r g . , mediante el método del paralelogramo. Solución: = f + . f 60 . r . g . g .
  • 7. VECTORES. Iván Vargas 7 Blanco, Físico Método del polígono Para sumar vectores por el método del polígono se colocan los vectores consecutivos y el vector suma es la resultante que va desde el origen del primer vector al término del último vector. Ejercicio 1.3 Un auto se desplaza 300 m del Norte 30 al Este, luego 500 m del Sur 60 al Este y finalmente 300 m al Sur. Hallar la distancia y dirección a la que quedo del punto de inicio. Solución: N N E . . . . . b N a E E . c s s a b c Propiedades de la suma de vectores 1. Ley conmutativa para la suma. . . . . a b b a b a a . b 2. L. ey asoci. . ativa.para. la s.uma. d e  f d e  f e f d Leyes del álgebra vectorial2 . . Si A, B y C son vectores, m y n son escalares, entonces 1. A+ B = B + A Ley conmutativa para la suma . . 2. A+ ( B + C ) = ( A+ B )+ C Ley asociativa para la suma 3. m(n A)= (mn) A= n(m A) Ley asociativa para la multiplicación 4. (m + n) A = m A+ n A Ley distributiva 5. m( A+ B ) = m A+ m B Ley distributiva Observe que en estas leyes sólo la multiplicación de un vector por uno o más escalares está definida. Mas adelante se definen los productos entre vectores. 2 Murray R.S. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería y Ciencias. McGrawHill. México.2001. pag.149.
  • 8. VECTORES. Iván Vargas 8 Blanco, Físico b) Resta gráfica de vectores La resta de vectores es .una .sum.a indicada utilizando el concepto de vector opuesto. R AB AB Tiene la propiedad de no ser conmutativa. AB B A Ejemplo.1.4 . Sean A: 20 m 60 B : 50 m 0. Recuerde que para la resta gráfica los vectores deben tener un origen común Hallar: . . . a) S. A. B. b) R. A. B¸ c) R B A Solución: . B A A  B Practica.1.2 Sean A. : 30 m 110 B : 50 m 60 Hallar: . . . a) S. A. B. b) R. A. B¸ c) R B A . . . d) Pruebe que AB B A 1.3 OPERACIONES CON VECTORES ANALÍTICAMENTE 1) SUMA ANALÍTICA DE VECTORES Para sumar vectores analíticamente existen diferentes métodos: Método de teoremas Consiste en hallar la resultante de la suma vectorial de dos vectores, utilizando relaciones como el teorema de Pitágoras o el teorema de cosenos y senos. Teorema de Pitagoras Cuando los vectores forman un ángulo recto la magnitud de la suma o resultante se obtiene por medio del teorema de Pitágoras y la dirección por la relación trigonométrica tangente. . S  a 2 b2 S . b  b tan  = a a .
  • 9. VECTORES. Iván Vargas 9 Blanco, Físico Ejercicio 1.3 Un avión vuela hacia el Norte a 90 m/s un fuerte viento sopla hacia el este a razón de 72 km/h y desvía su rumbo. Hallar la velocidad del avión para un observador en la tierra. Solución: 20 m/s . 90 m/s  S . S  a 2 b2 . S  (90)2 (20)2 . tan  tan  b a 20 90 S  8500 . tan 0.222 S 92.2 m/s  12.5  Respuesta: S : 92.2 m/s , 12.5 ( en coordenadas polares ) Ejercicio Propuesto: Al oír la cascabel de una serpiente, usted realiza dos desplazamientos rápidos de 6.0 m y 5.1 m, al oeste y al sur respectivamente. Calcule la magnitud y dirección del desplazamiento resultante utilizando el método del teorema de Pitágoras. Utilice el método gráfico para obtener la respuesta, compare los resultados. Respuesta: Teorema de cosenos y senos Cuando los vectores forman cualquier ángulo la magnitud de la suma o resultante se obtiene por medio del teorema de cosenos y la dirección por el teorema de los senos. . b  s 2 a 2 b2 2ab cos a s (Ley de cosenos)  sen a  sen  b  sen c (Ley de senos)
  • 10. VECTORES. Iván Vargas 10 Blanco, Físico Ejercicio 1.4 Dos hombres tiran de un bote, uno aplica una fuerza de 100 N y el otro de 80 N con un ángulo de 60entre ellas. Hallar la fuerza resultante sobre el bote Solución: 60  Para la magnitud Para la dirección 2 s a 2 b2 2ab cos sen a  sen  b  sen c s 2 (100)2 (80) 2 2(100)(80) cos120 2 sen  80  sen120 156.2 80sen120 s 10000 6400 8000 sen   156.2 s  24400 sen  0.4435 s 156.2 m/s   26.3 Respuesta: s : 156.2 m/s, 26.3 (en coordenadas polares ) Ejercicio Propuesto: Un conductor de automóvil maneja 3 km en la dirección de 60noreste y luego 4 km en la dirección norte.¿Dónde termina respecto de su punto de inicio?.Utilice el método anterior, compare su resultado con su respuesta si utiliza el método grafico. a. Método de componentes rectangulares Dado un vector puede ser expresado en términos de muchos vectores que se suman consecutivamente llamdos vectores componentes del vector. . A7 A8 . A A6 A5 . . A1 . . A2 A3 A4 . A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
  • 11. VECTORES. Iván Vargas 11 Blanco, Físico La división de un vector en componentes no es única dado que un vector puede formarse por suma de muy diversas maneras, pero es de mayor utilidad descomponer un vector solo en términos de sus vectores componentes rectangulares o cartesianas. a) Componentes Rectangulares o Cartesianas de un Vector Entre el ilimitado número de posibles divisiones de un vector en componentes tiene especial importancia las que se restringen a la dirección de los ejes cartesianos. Vectores unitarios rectangulares Los vectores unitarios rectangulares iˆ, ˆj y kˆ son vectores unitarios cuya dirección y sentido es la de los ejes positivos x, y, y z de un sistema de coordenadas rectangulares, a menos que se especifique de otra manera. Tales sistemas derivan su nombre del hecho de que un tornillo de rosca derecha girado 90de Ox a Oy, avanzará en la dirección z positiva. Se dice que tres vectores que tienen puntos iniciales coincidentes, y que no son coplanares forman un sistema derecho o sistema diestro si un tornillo de rosca derecha girado en un ángulo menor que 180de A a B avanza en la dirección C z A Aiˆ C B Bˆj C Ckˆ kˆ ˆj B y iˆ . A x iˆ  ˆj  kˆ 1 Componentes de un vector en el plano y . A Ay ˆj  iˆ Ax x . Ax : componente en la dirección del eje X . Ay : componente en la dirección del eje Y . . . A Ax Ay :Definición de suma de vectores Utilizando los vectores unitarios, se tiene . Ax Axiˆ . Ay Ay ˆj . . . A Ax Ay Axiˆ Ay ˆj
  • 12. VECTORES. Iván Vargas 12 Blanco, Físico Módulo o magni tud del vector Usando el teorema de Pitágoras se tiene . j ˆ. c c ˆ ic x y . . . c . 2 . 2 . 2 A  Ax  Ay 2 2 : los vectores unitarios tienen magnitud unitaria. A  Ax Ay : magnitud del vector. Relaciones útiles Ax A cos    Ax cos A Ay Ay A sen    sen A tan = Ay Ax Ay  = arc tan      dirección del vector. Ejercicio 1.5 Ax  Calcule las componentes x, y de los siguientes vectores: . a : 12 m, N 37E . b : 15 m, -40 . : 6 m, 60con x negativo en el tercer cuadrante Solución: a x a cos a x 12mcos 53 a x 7.2 m bx b cos bx 15mcos40 bx 11.5 m cx c cos cx 6mcos 240 cx 3 m a y asen a y 12msen53 a y 9.6 m a a xiˆ a y ˆj . by bsen by 15msen 40 by 9.6 m . b bxiˆ by ˆj cy csen c y 6msen240 cy 5.2 m  a (7.2iˆ 9.6 ˆj ) m b (11.5iˆ 9.6 ˆj ) mc (3iˆ 5.2 ˆj ) m Ejercicio Propuesto: Calcule las componentes x, y de los siguientes vectores: A : 2.4 m, S 20O B. : 1.7 m, -120 C : 3.4 m, 30con x negativo en el segundo cuadrante
  • 13. VECTORES. Iván Vargas 13 Blanco, Físico Ejercicio 1.6 Calcule la magnitud y dirección del vector representado por los siguientes pares de componentes: a) A3.6 cm, A-7.2 cm x y b) B-1.4 cm, B-9.35 cm x y A 2 2 B 2 2 Solución: . A  . x Ay . B  . x By A  . A  . (3.6)2 (7.2)2 64.8 B  . B  . (1.4)2 (9.35)2 89.4 A 8.04 cm B 9.45 cm tan  7.2 3.6  63.4 Respuestas: . A: 8.04 cm, -63.4 ; tan    9.35 1.4   81.5 B : 9.45 cm, 81.5  Ejercicio Propuesto: Calcule la magnitud y dirección del vector representado por los siguientes pares de componentes: a) a -2.34 km, a 8.70 km x y b) b1.60 km, b5.75 km x y b) Suma de varios vectores en el plano Sean los siguientes vectores, todos en el plano XY . y A Axiˆ Ay ˆj . B Bxiˆ By ˆj . C Cxiˆ C y ˆj . . . . . . . . Sumando los vectores se tiene S AB C ... . By Sy S B Ay A Ax Bx x Sx S ( Ax Bx Cx ...)iˆ ( Ay By C y ...) ˆj
  • 14. VECTORES. Iván Vargas 14 Blanco, Físico Sx ( Ax Bx Cx ...) Sy ( Ay By C y ...) . S 2 2 : suma de las componentes en la dirección del eje X : suma de las componentes en la dirección del eje Y S Sxiˆ Sy ˆj . : vector resultante S  x Sy : magnitud del vector resultante tan = Sy Sx Sy  = arc tan     : ángulo que forma el vector resultante Ejercicio 1.7 Sx  Una partícula experimenta tres desplazamientos sucesivos en un plano, como sigue: 4.13 m SO, 5.26 m E, y 5.94 m en una dirección de 64NE. Elija el eje x apuntando al este y el eje y apuntando hacia el norte, y halle (a) las componentes de cada desplazamiento, (b) las componentes del desplazamiento resultante, (c) la magnitud y dirección del desplazamiento resultante, y (d) el desplazamiento que se requerirá para traer de nuevo a la partícula hasta el punto del arranque.3 Solución: N C : 5.94 m O E B : 5.26 m (a) Ax Acos . A: 4.13 m Bx Bcos S Cx C cos Ax 4.13mcos 225 Bx 5.26mcos 0 Cx 5.94mcos 26 Ax 2.9 m Bx 5.26 m Cx 5.34 m Ay Asen Ay 4.13msen225 By Bsen By 5.26msen0 C y Csen C y 5.94msen26 Ay 2.9 m . By 0 m . C y 2.6 m  A Axiˆ Ay ˆj  A (2.9iˆ 2.9 ˆj ) B Bxiˆ By ˆj m B (5.26iˆ 0 ˆj ) C Cxiˆ C y ˆj mC (5.3iˆ 2.6 ˆj ) m 3 Resnick.R. Física Vol.1. Cuarta Edición. Compañía Editorial Continental,S.A. México. 1999. Pb:22
  • 15. VECTORES. Iván Vargas 15 Blanco, Físico S 2 2 (b) A (2.9iˆ 2.9 ˆj ) m B (5.26iˆ 0 ˆj ) m (c) C (5.3iˆ 2.6 ˆj ) m . S (7.7iˆ 0.3 ˆj ) m S  x Sy Sy tan  Sx S  (7.7)2 (0.3)2 tan  0.3 7.7 (d) S 7.7 m  2.2 el desplazamiento que se requerirá para traer de nuevo a la partícula hasta el punto del arranque es de 7.7 m. Ejercicio Propuesto: El vector A es de 2.80 cm y está 60sobre el eje x en el primer cuadrante. B es de 1.90 cm y está 60por debajo del eje x en el cuarto cuadrante. Obtenga la magnitud y dirección . . de AB . Dibuje un diagrama de la suma y muestre que sus respuestas numéricas concuerdan con las de su dibujo4. c) Componentes de un vector en el espacio tridimensional El procedimiento desarrollado para los vectores en el plano se extiende al espacio tridimensional de la siguiente forma. Cualquier vector A en tres dimensiones se representa con su punto inicial en el origen O de un sistema de coordenadas rectangulares. Sean . ( Ax , Ay , Az ) las coordenadas rectangulares del punto terminal de un vector A con punto inicial en O. Los vectores Ax Axiˆ , Ay Ay ˆj , Az Az kˆ reciben el nombre de componentes rectangulares de un vector o simplemente vectores componentes en las direcciones de x, y, y z respectivamente. Por comodidad en la notación cada vector componente se expresa por la magnitud de la componente por un vector unitario en cada eje. A estos vectores unitarios se les designa por iˆ, ˆj iˆ = vector unitario en el eje x = (1,0,0) ˆj = vector unitario en el eje y = (0,1,0) kˆ = vector unitario en el eje z = (0,0,1) y kˆ donde: Por lo tanto un vector en componentes rectangulares de tres dimensiones se escribe de la siguiente manera. . . A Ax Ay Az . A Axiˆ Ay ˆj  Azkˆ 4 Sears F.W. Física Universitaria. Novena edición.Pearson Educación. México.1999.Pb.1-37
  • 16. VECTORES. Iván Vargas 16 Blanco, Físico donde A , A , A son las magnitudes de los vectore s componentes rectangula re s o sea las z A A x x y z proyecciones del vector sobre los ejes x, y y z. z . Ax Axiˆ x . A Az Az kˆ y Ay Ay ˆj . De esta manera el vector queda expresado así A Axiˆ Ay ˆj  Azkˆ Ejercicio 1.8 . Representar el vector A: ( 3, -2, 3 ) z . A y x Practica 1.3 Represente los siguientes vectores ( 2, 2, 4) , ( -2, 4, 3) Magnitud de un vector en tres dimensiones La magnitud se obtiene aplicando el teorema de Pitágoras dos veces. z Az A . Ax x .   2 . 2  Ay 2 2 2 Ay y  A 2 2 A  Ax  Ay  Az : Magnitud del vector
  • 17. VECTORES. Iván Vargas 17 Blanco, Físico Dirección de un vector e.n tres dimensiones La dirección del vector A en tres dimensiones se puede obtener de dos maneras: a) por medio de los cosenos de los ángulos directores Son los ángulos que el vector forma con cada eje. = ángulo entre el vector y el eje x = ángulo entre el vector y el eje y = ángulo entre el vector y el eje z Los cosenos son respectivamente . A  , , son los ángulos directores cos  Ax  A Ay Ax  . A cos  . cos   .  A Az Ay  A cos   . cos  .  A Az  A cos  Luego se obtiene la función inversa para obtener cada ángulo. Por lo tanto todo vector en tres dimensiones se puede expresar con los ángulos directores así. . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ donde . . A  A cos iˆ  . A cos  ˆj  . A coskˆ A2 A2 cos2  A2 cos2   A2 cos2   b) por medio de los ángulos  y  de las coordenadas esféricas Definimos dos ángulos; como el ángulo que hace el vector con el eje Z y como el ángulo que hace la proyección del vector sobre el plano XY con el eje X positivo ( ver figura ). Estos ángulos están dados de la siguiente forma: cos  Az  A Az Acos Ay tan    A A tan  y x x con esto se puede demostrar que: Ax Asencos  Ay Asensen Az Acos A las variables (r,, ) se les llama coordenadas esféricas. En nuestro caso r = A. Por lo tanto todo vector en tres dimensiones se puede expresar de la siguiente forma. . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . A Asencos iˆ Asensenˆj Acoskˆ
  • 18. VECTORES. Iván Vargas 18 Blanco, Físico Ejercicio 1.9 . Dado el vector C : 25 m = 175 = 75 = 140 Expresarlo en componentes rectangulares. Solución: Ax  . A cos  Ay  . A cos   Az  . A cos  Ax 25mcos175 Ax 24.9 m . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . Ay 25mcos 75 Ay 6.5 m Az 25mcos140 Az 19.1 m A (24.9iˆ 6.5 ˆj 19.1kˆ) m Ejercicio 1.10 En el siguiente diagrama, hallar: a) Las componentes Fx ,Fy, Fz b) Los angulos , ,  . z Fz 40 F . Fx x 30 F= 500 N Fy y Solución: a) Por medio de cosenos directores Fx F cos  Fx ? Fy F cos   Fy ? Fz F cos  Fz 500N cos 40 Fx Rsen  Fx 321.4Nsen30 Fy Rcos  Fy 321.4N cos 30 Fz 383.0 N @#$%! ?&*+/ F160.7 N x R sen    F Fy 278.3 N R Fsen  R 500sen40 R 321.4 N
  • 19. VECTORES. Iván Vargas 19 Blanco, Físico . cos  Fx  F Fy cos  160.7 500 278.3   71.2 cos   .  F cos   500    56.2 b)Por medio de coordenadas esféricas Como  40 y  60 , tenemos Fx Fsencos  Fx 500Nsen40cos 60 Fx 160.7N Fy Fsensen  Fy 500Nsen40sen60 Fy 278.3N Fz F cos Fz 500N cos 40 Fz 383.0N Los ángulos se obtienen como en el caso anterior. Ejercicio Propuesto: Una fuerza F actúa en el origen de un sistema en una dirección dado por = 75y = 130 Sabiendo que Fy = 300 N. Hallar: a) La fuerza F b) Las componentes Fx y Fz c) El ángulo  Respuesta: F 416.1N, Fx 107.7N, Fz 267.4N,   43.8 d) Suma de vectores en el espacio La suma de vectores en el espacio se realiza de manera similar a la empleada para los vectores en el plano. Sean los siguientes vectores, . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . B Bxiˆ By ˆj Bz kˆ . C Cxiˆ C y ˆj Cz kˆ . . . . . . . . Sumando los vectores se tiene . . . S AB C ... . S ( Ax Bx Cx ...)iˆ ( Ay By C y ...) ˆj ( Az Bz Cz ...)kˆ Sx ( Ax Bx Cx ...) Sy ( Ay By C y ...) Sz ( Az Bz Cz ...) : suma de las componentes en la dirección del eje X : suma de las componentes en la dirección del eje Y : suma de las componentes en la dirección del eje Z
  • 20. VECTORES. Iván Vargas 20 Blanco, Físico . . 2 S 2 2 2 a . c . . S Sxiˆ Sy ˆj Sz kˆ . : vector resultante S  x Sy  Sz : magnitud del vector resultante. La dirección se obtiene por medio de una de las formas mencionadas anteriormente. Ejercicio 1.11 Dados los vectores: a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj Hallar:. . . . a) S  1 a 3(b c ) . b) la magnitud y dirección de S c) Un vector unitario en la dirección de a . d) Un vector opuesto a b . e) El vector 5 Solución: (a) b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj 0kˆ (b  . ) 3iˆ 5 ˆj 5k ˆ . . 3(b c ) 9iˆ 15 ˆj 15kˆ a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . . a 3(b c) 6iˆ 13 ˆj ˆ . 11k. . . 6 13 S  1 a 3(b c ) ˆ i ˆj 11  k ˆ 2 2 2 2 (b) S 3iˆ 6.5 ˆj 5.5kˆ . S  (3)2 (6.5)2 (5.5)2 S 9.03 dirección con ángulos directores: Ax 3 cos  . A Ay  cos  9.03 6.5  109.4 cos   . A Az  cos   9.03 5.5  136.0 cos  . A  cos   9.03  52.5
  • 21. VECTORES. Iván Vargas 21 Blanco, Físico Respuesta: S : 9.03, 109.4,  136.0, 52.5 dirección con coordenadas esféricas: cos  tan    . . Az  A Ay Ax . a ˆ cos  tan   5.5 9.03 6.5 3  52.5  65.2 Respuesta: (c) S : 9.03, 52.5, 65.2 a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . aˆ  a  a x iˆ  a y ˆj  a z kˆ : vector unitario en coordenadas rectangulares a a a a 2 2 2 a  a x a y a z a  (3)2 (2)2 (4)2 a 5.4 aˆ  3 5.4 iˆ  2 5.4 ˆj  4 kˆ 5.4 . (d) (e) aˆ 0.55iˆ 0.37 ˆj 0.74kˆ b 2iˆ ˆj 5kˆ . b 2iˆ ˆj 5kˆ a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ 5 . 15iˆ 10 ˆj 20k : vector unitario en la dirección de a Ejercicio Propuesto: Dados los vectores: . A 3iˆ 2 ˆj 2kˆ . B 4iˆ 3kˆ . C iˆ 4 ˆj 5kˆ Hallar: a) S A2(B C) b) la magnitud y dirección de C c) Un vector unitario en la dirección de Bˆ d) Un vector opuesto a A. e) Representar el vector C
  • 22. VECTORES. Iván Vargas 22 Blanco, Físico e) Resta de vectores en el plano y en el espacio Sean los siguientes vectores, . A Axiˆ Ay 2 ˆj Az kˆ . B Bxiˆ By ˆj Bz kˆ . . Realizando la resta R AB se tiene . . . R. AB R ( Ax Bx )iˆ ( Ay By ) ˆj ( Az Bz )kˆ Rx ( Ax Bx ) Ry ( Ay By ) Rz ( Az Bz ) . : resta de las componentes en la dirección del eje X : resta de las componentes en la dirección del eje Y : resta de las componentes en la dirección del eje Z R Rxiˆ Ry ˆj Rz kˆ : vector resultante Ejercicio 1.12 Dados los vectores: A 2iˆ 5 ˆj 4kˆ . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ C 2iˆ 6 ˆj Hallar: . . . a) R 1 A3(B C) b) Demuestre que (C B) (B C) c) la magnitud y dirección de C d) Un vector unitario en la dirección de A . e) AB C D 0 Hallar D Solución: (a) . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ . C 2iˆ 6 ˆj 0kˆ . . (B C) 0iˆ 9 ˆj 5kˆ 3(B C) 0iˆ 27 ˆj 15kˆ . A 2iˆ 5 ˆj 4kˆ . . 3(B C) 0iˆ 27 ˆj 15kˆ . . . A3(B C) 2iˆ 22 ˆj 19kˆ
  • 23. VECTORES. Iván Vargas 23 Blanco, Físico . . . . R 1 A3(B C) 2 iˆ  22 ˆj 19  kˆ 2 2 2 2 (b) R iˆ 11 ˆj 9.5kˆ Demuestre que (C B) (B C) . . (c) (B C) 0iˆ 9 ˆj 5kˆ (B C) 0iˆ 9 ˆj 5kˆ C 2iˆ 6 ˆj 0kˆ . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ (C B) 0iˆ 9 ˆj 5kˆ C 2iˆ 6 ˆj 0kˆ C  (2)2 (6)2 C 6.32 dirección para un vector en dos dimensiones: C y tan  Cx tan  6 2  71.5 Respuesta: C : 6.32, 71.5 ( en coordenadas polares ) (d) . A 2iˆ 5 ˆj 4kˆ . Aˆ  A  Ax iˆ  Ay ˆj  Az kˆ A A A A 2 2 2 A  Ax Ay Az A  (2)2 (5)2 (4)2 A 6.7 A ˆ  2 6.7 iˆ  5 6.7 ˆj  4 kˆ 6.7 (e) A ˆ 0.30iˆ 0.74 ˆj 0.60kˆ : vector unitario en la dirección de A . ˆj AB C D 0 A 2iˆ 5 4kˆ . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ C 2iˆ 6 ˆj 0kˆ AB C 2iˆ 2 ˆj kˆ Hallar D . . . . D ( AB C)
  • 24. VECTORES. Iván Vargas 24 Blanco, Físico D (2iˆ 2 ˆj . . 2 a . kˆ) D 2iˆ 2 ˆj kˆ Ejercicio Propuesto: Dados los vectores: a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj Hallar:. . . . a) S  1 a 3(b c ) . b) la magnitud y dirección de c b) Un vector unitario en la dirección de b . . . . . c) a b c d 0 Hallar d d) Un vector opuesto a . . e) Representar el vector c 2) MULTIPLICACIÓN DE VECTORES Definiremos tres clases de operaciones de multiplicación por vectores: 1- Multiplicación de un vector por un escalar 2- Multiplicación de dos vectores para dar por resultado un escalar (PRODUCTO ESCALAR O PRODUCTO PUNTO) 3- Multiplicación de dos vectores para dar como resultado otro vector (PRODUCTO VECTORIAL O CRUZ) Sea a) Multiplicación de un vector por un escalar . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ : un vector dado m : un escalar Se define el producto del escalar (m) por el vector A como el vector mA mAxiˆ mAy ˆj mAz kˆ tal que : m 0 m 0 . mA : tiene la dirección y sentido de A mA : es de sentido opuesto a A . m = 0 su magnitud es . . mA 0 : el resultado es el vector nulo mA m A Ejemplo: Por lo tanto . A 2iˆ 3 ˆj  kˆ . y m= 4 4 A (4)2iˆ (4)3 ˆj (4)kˆ 8iˆ 12 ˆj 4kˆ
  • 25. VECTORES. Iván Vargas 25 Blanco, Físico b) Multiplicación de dos vectores para dar por resultado un escalar (PRODUCTO ESCALAR O PRODUCTO PUNTO) . . El producto escalar de dos vectores A y B , denotado por AB ( léase A punto B ) se define como el producto de las magnitudes de A y B por el coseno del ángulo entre ellos. Simbólicamente, . . AB AB cos  0  Recuerde q.ue .el Observe que AB es un escalar y no un vector. resultado de AB es Conmutatividad del producto escalar De la definición del producto escalar se tiene un numero no un vector . . AB AB cos  = BA cos  = B A Representación geométrica del producto escalar Geométricamente el producto escalar es la magnitud de un vector por la proyección del otro sobre él, así A : magnitud del vector A B cos  : proyección del vector B sobre el vector A . B  A B cos  Producto escalar en componentes cartesianas Aplicando la definición del producto escalar a las unidades vectoriales cartesianas, se tiene z iˆ iˆ  iˆ iˆ cos 0= 1 iˆ ˆj  iˆ ˆj cos 90= 0 kˆ De esta manera tenemos los resultados ˆj y iˆ iˆ ˆj ˆj kˆ kˆ 1 iˆ iˆ ˆj iˆ kˆ ˆj kˆ 0 x Estos resultados se aplican a la multiplicación de vectores expresados en componentes rectangulares o cartesianas
  • 26. VECTORES. Iván Vargas 26 Blanco, Físico Sean los vectores . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . B Bxiˆ By ˆj Bz kˆ Multiplicando ambos vectores termino a termino, obtenemos: . . AB ( Axiˆ Ay ˆj Az kˆ) (Bxiˆ By ˆj Bz kˆ) Axiˆ Bxiˆ Axiˆ By ˆj Axiˆ Bz kˆ Ay ˆj Bxiˆ Ay ˆj By ˆj Ay ˆj Bz kˆ Az kˆ Bxiˆ Az kˆ By ˆj Az kˆ Bz kˆ Ax Bxiˆ iˆ Ax Byiˆ ˆj Ax Bz iˆ kˆ Ay Bx ˆj iˆ Ay By ˆj ˆj Ay Bz ˆj kˆ Az Bx kˆ iˆ Az By k ˆj Az Bz kˆ kˆ Ax Bxiˆ iˆ Ay By ˆj ˆj Az Bz kˆ kˆ . . AB Ax Bx Ay By Az Bz : producto escalar en términos de las componentes Relacionando la definición de producto escalar con el resultado anterior, tenemos . . AB AB cos  . . AB Ax Bx Ay By Az Bz ABcos  = Por lo tanto Ax Bx Ay By Az Bz cos  = Ax Bx Ay By Az Bz AB : ángulo entre los vectores A y B Propiedades del Producto Escalar 1-El resultado de un producto escalar es un número. 2-El producto escalar satisface la propiedad conmutativa . . . . AB B A 3-El producto escalar satisface la propiedad distributiva respecto a la suma A(B C) AB AC 4-Si = 0el producto escalar de vectores paralelos es AB AB cos 0= AB  es el máximo 5-El producto es.c al.a r de dos vectores iguales es AA AA cos 0= AA = A2 6-Si = 90el producto escalar de vectores perpendiculares diferentes de cero es . . AB AB cos 90= 0 7-Si = 180el producto escalar de vectores opuestos es . . AB AB cos 180= -AB  es un número negativo
  • 27. VECTORES. Iván Vargas 27 Blanco, Físico Ejercicio 1.13 Sean dos vectores de 35 y 75 unidades respectivamente que forman entre sí un ángulo de 34. Calcular su producto escalar. Solución: . . Ejercicio 1.14 Calcular el producto escalar de dos vectores de 5 y 12 unidades respectivamente si son: a) consecutivos colineales b) opuestos c) perpendiculares d) Obtenga el producto escalar de un vector consigo mismo . . . a AB AB cos  0  AB (35)(75) cos 34 . . AB 2176.2 a b Solución: (a) AB AB cos  0  AB (5)(12) cos 0 . . AB 60 (b) . . AB AB cos  0  AB (5)(12) cos 180 AB 60 (c) . . AB AB cos  0  . . AB (5)(12) cos 90 . . AB 0 (d) . . AA AA cos  0  AA (5)(5) cos 0 . . AA 25 Ejercicio 1.15 Sean los vectores: a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj Hallar: a) . b ¿Son los vectores perpendiculares? b) Calcular el ángulo entre . y . . . c) 3(a b ) 
  • 28. VECTORES. Iván Vargas 28 Blanco, Físico d) S  1 a 2(b c ) 3 Solución: (a) . . . a . c . . Dos vectores son perpendic ul ares si . a b 0 ¿Por que? . a abb cos  0 . . a b a xbx a yby a zbz . a b (3) (2) (2) (1) (4) (5) . a b 24  los vectores no son perpendiculares, pues, el producto escalar no es igual a cero. (b) cos  = a xbx a yby a zbz ab : ángulo entre los vectores a y b 2 2 2 a  a x a y a z a  (3)2 (2)2 (4)2 a 5.4 2 2 2 b  bx by bz b  (2)2 (1)2 (5)2 b 5.5 cos  24 (5.4)(5.5)  143.9 : ángulo entre los vectores a y b (c) . 3(a b ) 3(-24) 3( . b ) -72 (d) . . . S  1 a 2(b c ) 3 . b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj 0kˆ (b  . ) 3iˆ 5 ˆj 5k ˆ . . 2(b c) 6iˆ 10 ˆj 10kˆ a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ . . a 2(b c) (6)(3) (10)(2) (10)(4) . . Sa 21( b a 2c()b c7 )8 1 (78) . . 3 3 S 26
  • 29. VECTORES. Iván Vargas 29 Blanco, Físico Ejercicio Propuesto: 1.Dados los vectores Hallar: . A : 6 u 60 . B : 9 u 225 AB ? y el ángulo entre los vectores 2.Haciendo uso del producto escalar obtener la relación conocida con el nombre de teorema de los cosenos. c) Multiplicación de dos vectores para dar como resultado otro vector (PRODUCTO VECTORIAL O CRUZ) . . El producto vectorial de A y B es un vector C AB ( léase A cruz B ). La magnitud . . de AB se define como el producto de las magnitudes de A y B por el seno del ángulo entre ellos. La dirección del vector C AB es perpendicular al plano formado por A y . . B de modo que A , B y C forman un sistema derecho. Así AB AB sen  uˆ 0  donde uˆ es un vector unitario que indica la dirección de AB .La magnitud del producto . . vectorial esta dada por AB AB sen  . Anticonmutatividad del producto vectorial Tenemos que . . . . AB B A pues . . AB uˆAB sen   B A uˆBAsen    AB B A Esto es conocido como “la regla de la mano derecha”
  • 30. VECTORES. Iván Vargas 30 Blanco, Físico Representación geométrica del producto vectorial La magn. itud del producto vectorial geométricamente se representa como la magnitud del vector A por la componente del vector B perpendicular al vector A.Lo que es igual al área del paralelogramo formado por los dos vectores. . . B B sen    AB A(B sen ) A Producto vectorial de unidades cartesianas Aplicando la definición del producto vectorial a las unidades vectoriales cartesianas, se tiene iˆ iˆ iˆ iˆ z sen 0= 0 iˆ ˆj iˆ ˆj sen 90kˆ = kˆ kˆ De esta manera tenemos los resultados ˆj y iˆ iˆ ˆj ˆj k ˆ k ˆ 0 iˆ iˆ ˆj k ˆ , ˆj k ˆ iˆ , k ˆ iˆ ˆj x iˆ k ˆ ˆj , k ˆ ˆj iˆ , ˆj iˆ k ˆ Regla nemotécnica iˆ kˆ ˆj Producto vectorial en componentes cartesianas Estos resultados se aplican a la multiplicación de vectores expresados en componentes rectangulares o cartesianas Sean los vectores . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . B Bxiˆ By ˆj Bz kˆ Multiplicando termino a termino, obtenemos . . AB ( Axiˆ Ay ˆj Az k ˆ ) (Bxiˆ By ˆj Bz k ˆ ) Axiˆ Bxiˆ Axiˆ By ˆj Axiˆ Bz k ˆ Ay ˆj Bxiˆ Ay ˆj By ˆj Ay ˆj Bz k ˆ Az k ˆ Bxiˆ Az k ˆ By ˆj Az k ˆ Bz k ˆ Ax Bxiˆ iˆ Ax Byiˆ ˆj Ax Bz iˆ k ˆ Ay Bx ˆj iˆ Ay By ˆj ˆj Ay Bz ˆj k ˆ Az Bx k ˆ iˆ Az By k ˆj Az Bz k ˆ k ˆ
  • 31. VECTORES. Iván Vargas 31 Blanco, Físico Ax Byiˆ ˆj Ax Bz iˆ k ˆ Ay Bx ˆj iˆ Ay Bz ˆj k ˆ Az Bx k ˆ iˆ Az By k ˆj Ax By kˆ Ax Bz (ˆj ) Ay Bx (kˆ) Ay Bz iˆ Az Bx ˆj Az By (iˆ) . . AB ( Ay Bz Az By )iˆ ( Az Bx Ax Bz ) ˆj ( Ax By Ay Bx )kˆ : producto vectorial en términos de las componentes rectangulares. Como este procedimiento resulta tedioso se puede utilizar el operador determinante que realiza esta misma operación. Sean los vectores . A Axiˆ Ay ˆj Az kˆ . B Bxiˆ By ˆj Bz kˆ iˆ ˆj kˆ . . AB  Ax Ay Bx By Az ( Ay Bz By Az )iˆ ( Ax Bz Bx Az ) ˆj ( Ax By Bx Ay )kˆ Bz Tomando la magnitud del producto vectorial podemos encontrar el ángulo entre los vectores. . . AB AB sen  0  . .  sen  A B AB : ángulo entre los vectores A y B Propiedades del Producto Vectorial 1-El resultado de un producto vectorial es un vector. 2-El producto vectorial no es conmutativa . . . . AB B A 3-El producto vectorial satisface la propiedad distributiva respecto a la suma A(B C) AB AC 4-Si = 0el producto vectorial de vectores paralelos es AB AB sen 0uˆ = 0 5-El producto vectorial de dos vectores iguales es . . AA AA sen 0uˆ = 0 6-Si = 90el producto vectorial de vectores perpendiculares diferentes de cero es . . AB AB sen 90uˆ = ABuˆ 7-Si = 180el producto vectorial de vectores opuestos es . . AB AB sen 180uˆ = 0
  • 32. VECTORES. Iván Vargas 32 Blanco, Físico . Ejercicio 1.16 Dados los vectores:. . A 4iˆ 2 ˆj kˆ . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ . C iˆ 6 ˆj Hal.lar: . a) AB  ¿Son los vectores perpendiculares o paralelos? . b) Calcular el ángulo entre A y B . . . c) A(B C)  d) A(B C)  Solución: (a) iˆ ˆj kˆ . . AB  4 2 1 (2 5 3 1)iˆ (4 5 2 1) ˆj (4 3 2 2)kˆ 2 3 5 Dos vectores son paralelos si . . AB (10 3)iˆ (20 2) ˆj (12  4)k ˆ AB 7iˆ 22 ˆj 16k ˆ a b 0 ¿Por que? Los vectores no son paralelos, pues, AB 0 . Para saber si son perpendiculares calculamos el producto escalar. . . AB Ax Bx Ay By Az Bz . . AB (4) (2) (2) (3) (1) (5) . . AB 3  los vectores no son perpendiculares. (b) . . AB AB sen  0  . .  sen  A B AB : ángulo entre los vectores A y B 2 2 2 A  Ax Ay Az A  (4)2 (2)2 (1)2 A 4.6 2 2 2 B  Bx By Bz
  • 33. VECTORES. Iván Vargas 33 Blanco, Físico B  (2)2 (3)2 (5)2 B 6.1 . . AB  (7) (22) (16) . . ¡Me parece que AB  esto se esta 28.1 complicando! sen  28.0 (4.6)(6.1) A(B C) ? (c)  86.2 A(B C)  . B 2iˆ 3 ˆj 5kˆ C iˆ 6 ˆj iˆ ˆj kˆ . . B C 2 3 1 6 . . 5 (3 0 6 5)iˆ (2 0 15) ˆj (2 6 13)kˆ 0 B C (0 30)iˆ (0 5) ˆj (12 3)k ˆ B C 30iˆ 5 ˆj 9k ˆ A 4iˆ 2 ˆj kˆ A(B C) (4)(30) (2)( 5) (1)(9) A(B C) 139 (d) . . . A(B C)  B C 30iˆ 5 ˆj 9k ˆ A 4iˆ 2 ˆj kˆ . . . iˆ ˆj kˆ A(B C) 4  2 30 5 1 (2 9 5 1)iˆ (4 9 30 1) ˆj (4 5 30 2)kˆ 9 A(B C) 13iˆ 6 ˆj 40kˆ ˆ Ejercicio 1.17 k Un estudiante afirma que ˆj ˆ k ha encontrado un vector A tal que (2iˆ 3 4) A (4iˆ 3 ˆj ) ¿Cree usted que esto es cierto? Explique5 5 Serway . Física I Tomo I.Cuarta Edición. McGraw Hill. Pb.7,Cap11.
  • 34. VECTORES. Iván Vargas 34 Blanco, Físico Solución: Sabemos que el vector resultante de un producto vectorial es perpendicular al plano que contiene a los vectores, por lo tanto si realizamos un producto escalar entre el vector 2iˆ 3 ˆj . . . a a 3 b 4kˆ y el vector 4iˆ 3 ˆj kˆ , debe ser igual a cero pues son perpendiculares. . . a b ab cos  0  . . a b a xbx a yby a zbz . a b (2) (4) (3) (3) (4) (1) . . a b 5  El vector 2iˆ 3 ˆj 4kˆ y el vector resultante 4iˆ 3 ˆj kˆ , no son perpendiculares lo que nos dice que esto no es cierto. Ejercicio Propuesto: 1.Sean los vectores: a 3iˆ 2 ˆj 4kˆ b 2iˆ ˆj 5kˆ c iˆ 6 ˆj Hallar: a) . b ¿Son los vectores perpendiculares? b) Calcular el ángulo entre . y . . . b) 3.( a .b ) . . c) S  1 a 2(b c ) 2.Dados los vectores Hal.lar: . . A : 6 u 60 . B : 9 u 225 a) AB ? y el ángulo entre los vectores REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 Spiegel, M.,. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería y Ciencias,. McGraw-Hill, México, 2001. 2 Gonzalez, F. Principios de Mecánica, Oficina de Publicaciones de la Universidad de Costa Rica, Costa Rica, 1999. 3 Resnick, R., Halliday, D., Krane, K., Física Vol.1, Tercera edición, Compañía Editorial Continental,S.A. de C.V., México, 1978.
  • 35. VECTORES. Iván Vargas 35 Blanco, Físico 4 Sears F., Zemansky M., Freedman R. Física Universitaría, Novena edición.Pearson Educación. México. 1999. 5 Calderon, A., Física para Bachillerato, Segunda edición ampliada, Costa Rica,. 1989. 6 Wilson, J., Física, Segunda edición , Prentice Hall Hispanoamericana, S.A, México,. 1996. 7 Lea, J., Burke, J., Física: La Naturaleza de las Cosas, International Thomson Editores, México,. 1999. 8 Giancoli, D., Física: Principios con Aplicaciones, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A, México,. 1997.