El documento describe los conceptos de movimiento relativo, velocidad y aceleración. Explica que la aceleración y velocidad de un objeto dependen del sistema de referencia desde el cual se observan. También describe diferentes tipos de aceleración como la aceleración relativa, aceleración de transporte, aceleración de Coriolis y aceleración angular. Finalmente, analiza cómo se ven afectadas la presión y superficies de nivel dentro de un fluido cuando el recipiente que lo contiene se acelera verticalmente hacia arriba o hacia abajo.
El movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.), es aquel con velocidad constante y cuya trayectoria es una línea recta. Un ejemplo claro son las puertas correderas de un ascensor, generalmente se abren y cierran en línea recta y siempre a la misma velocidad. Observa que cuando afirmamos que la velocidad es constante estamos afirmando que no cambia ni su valor (también conocido como módulo, rapidez o celeridad) ni la dirección del movimiento.
El movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.), es aquel con velocidad constante y cuya trayectoria es una línea recta. Un ejemplo claro son las puertas correderas de un ascensor, generalmente se abren y cierran en línea recta y siempre a la misma velocidad. Observa que cuando afirmamos que la velocidad es constante estamos afirmando que no cambia ni su valor (también conocido como módulo, rapidez o celeridad) ni la dirección del movimiento.
TRABAJO DE MECANISMO EXPLICANDO LA IMPORTANCIA DE, CINEMÁTICA RELATIVISTA,LOS ELEMENTOS BÁSICOS DE LA CINEMÁTICA ,CENTRO INSTANTÁNEO DE ROTACIÓN, Centro instantáneo de rotación relativo, TEOREMA DE LOS TRES CENTROS, DETERMINACIÓN DE CENTROS INSTANTÁNEOS, ANÁLISIS DE LA VELOCIDAD CON EL EMPLEO DE LOS CENTROS, CURVAS POLARES, ENTRE OTROS
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Movimiento Relativo
1. Universidad Nacional Multidisciplinaria Ricardo Morales Aviles
UNM- SEDE GRANADA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
II AÑO
DINAMICA
Movimiento, velocidad y aceleración relativa
ENTREGA: Fabrizio Eugenio Maria Sega 20/08/22
2. Hasta ahora se ha considerado, para el cálculo de superficies de nivel y de presión en un
punto interior de un fluido, que éste se encontraba en reposo, o bien, que podría estar en
movimiento uniforme, sin ninguna aceleración.
Sin embargo, cuando el fluido se encuentra en el interior de un recipiente, sin ocuparlo en
su totalidad, y por lo tanto, con completa libertad de movimiento para desplazarse por el
interior del mismo, y el recipiente se mueve con un movimiento acelerado o retardado, se
observa que el líquido va tomando una cierta inclinación que depende de la aceleración a
que se halla sometido el sistema.
Para su estudio supondremos un deposito prismático con una cierta cantidad de líquido;
una partícula del mismo estará sometida a tres tipos de fuerzas, es decir, la fuerza debido
a la aceleración del movimiento ,la fuerza debida a la aceleración de la gravedad y fuerza
que hacer girar a los líquidos en su ejevertical
3. ESTABLECE QUE LA SUMA DE LAS FUERZAS
EXTERNAS QUE ACTÚAN SOBRE UN CUERPO Y
LAS DENOMINADAS FUERZAS DE INERCIA
FORMAN UN SISTEMA DE FUERZAS EN
EQUILIBRIO. A ESTE EQUILIBRIO SE LE
DENOMINA EQUILIBRIO DINÁMICO.
4. Considérese un líquido contenido en un recipiente y que este recipiente
se desplaza con una aceleración horizontal constante. En tales
circunstancias la superficie libre se inclina; una partícula líquida continua
en reposo con respecto a otra y con respecto a las paredes del
recipiente, de modo que no hay rozamiento entre ellas y el estudio de la
repartición de presiones puede hacerse con los principios hidrostáticos.
5. Se presentan tres casos do interés:
ACELERACIÓN HORIZONTAL
CONSTANTE
aceleración vertical constante
rotación alrededor de un eje vertical, a
velocidad angular constante.
1
2
3
6.
7. El movimiento siempre es un concepto relativo porque debe referirse a un
sistema de referencia o referencial particular escogido por el observador.
Puesto que diferentes observadores pueden utilizar referenciales distintos,
es importante relacionar las observaciones realizadas por aquellos. Una
partícula se encuentra en movimiento en un referencial si su posición con
respecto a él cambia en el transcurso del tiempo; en caso contrario, la
partícula está en reposo en dicho referencial. A efectos prácticos,
podemos distinguir dos modalidades de movimiento relativo:
Movimiento de una partícula en dos referenciales diferentes en
movimiento relativo entre sí.
Movimiento relativo entre dos partículas en un mismo referencial.
MOVIMIENTO
RELATIVO
8. ACELERACIÓN (PARA EL CAMPO DE LA
FÍSICA)
Es una magnitud vectorial que sirve para expresar la manera en la que un
cuerpo altera la velocidad que lleva en una determinada trayectoria de
manera ascendente. La aceleración está dispuesta según la física como la
fuerza entre el peso (masa del cuero) y el sistema internacional de
unidades dispone una para esta variable física, m/s^2. Isaac Newton,
padre de la física y la mecánica en su obra nos indica que la aceleración
está dispuesta por la fuerza que el objeto lleva consigo en el recorrido que
describe, la aceleración se aprecia cuando la partícula experimenta un
aumento de la velocidad en la misma dirección en la que va pues, si altera
su curso, la aceleración no será uniforme y el caso en el que cambie la
orientación este objeto desacelerara.
La aceleración se relaciona con el tiempo y la para desarrollar varios tipos
de esta y a su vez son variables las cuales son aplicadas en distintos
campos de estudio.
9. ACELERACIÓN
RELATIVA
La aceleración relativa hace referencia a la que presenta
una partícula con respecto a un sistema de referencia
(xyz), llamado referencial relativo o móvil por estar en
movimiento con respecto a otro sistema de referencia
(XYZ) considerado como referencial absoluto o fijo.
El movimiento de un referencial respecto al otro puede
ser una traslación, una rotación o una combinación de
ambas (movimiento rototraslatorio).
10. ACELERACIÓN TRANSPORTE
(ARRASTRE)
• Esta aceleración es la correspondiente al movimiento de arrastre en la
composición de aceleraciones.
• Se produce cuando la velocidad de una partícula varía en su
• recorrido (con la distancia)
11. ACELERACIÓN CORIOLIS
(COMPLEMENTARIA)
Esta aceleración es siempre perpendicular al eje de rotación
del sistema y a la velocidad del cuerpo. El efecto Coriolis hace
que un objeto que se mueve sobre el radio de un disco en
rotación tienda a acelerarse con respecto a ese disco según
si el movimiento es hacia el eje de giro o alejándose de éste.
12. RESUMEN
CINEMÁTICO
DEL
MOVIMIENTO
RELATIVO
Sean dos ternas, una de ellas en movimiento relativo respecto a la otra
Se define un observador “parado” (fijo) en cada una
de las respectivas ternas.
Se ubica P referido a las dos ternas.
Notar que el vector OΩ permite fijar distancia
relativa entre los dos observadores.
Si la longitud entre dos puntos es invariante y
tampoco varia el tempo observado desde cualquier
de los observadores se puede escribir:
13. La terna móvil se considera un sistema rígido (por invariabilidad de longitud entre
dos puntos) y suponemos que el punto P se mueve. Este movimiento se da con
respecto a la terna fija y a la terna móvil. (Esto no quiere decir que el punto P se
pueda estar fijo en alguna situación en particular con una de las ternas).
¿Cuáles son los movimientos posibles de una terna móvil?
- Trasnacional
- Rotatorio
- Rototraslacional
14. Se supone que P tiene una trayectoria determinada, vista desde Ω y vista desde O.
Ambas trayectorias vistas son verdaderas; ya que es lo que cada uno de los
observadores ve en las respectivas ternas.
¿Cómo se vinculan?
Por (1), reemplazando en (3).
Donde:
Si:
15. El termino remarcado suele llamárselo
velocidad de arrastre o velocidad de
transporte (V¹).
ACELERACION EN EL MOVIMIENTO RELATIVO
Como se vinculan la aceleración absoluta y la relativa?
De la (10)
16. La aceleración absoluta es:
a la aceleración de P vista por el observador
Se defina como aceleración relativa
de la terna móvil.
Notas:
1.- puede aparecer en cualquiera de las dos ternas, fija o móvil, pues será el
mismo vector siempre.
22. OTRAS ACELERACIONES:
ACELERACIÓN CENTRÍPETA O
NORMAL
Aceleración que es preciso dar a un cuerpo
para mantenerlo en rotación sobre una
trayectoria circunferencial. Su valor viene
dado por la fórmula a =v*/r
La aceleración total es igual a la diferencia
geométrica de dos velocidades
consecutivas, dividida por la diferencial del
tiempo. Se demuestra que la aceleración
normal o centrípeta es igual al cuadrado de
la velocidad partido por
curvatura.
Si p es igual a infinito,
normal será nula; por lo
el radio de
la aceleración
tanto esta no
existe en el movimiento rectilíneo variado.
ACELERACIÓN CENTRÍFUGA
Aceleración que aparece en un cuerpo
sometido a rotación. Su dirección es
perpendicular al movimiento del cuerpo y
va dirigida hacia el exterior. La aceleración
centrífuga es proporcional al cuadrado de
la velocidad y es inversamente
proporcional al radio.
23. OTRAS
ACELERACIONES
:
ACELERACIÓN TANGENCIAL
Recibe este nombre la proyección de la aceleración total sobre la tangente a la
trayectoria en el punto que se considera. Se sabe que la aceleración total es la
diferencia geométrica de dos velocidades consecutivas, v+dv y v dividida por dt;
luego la aceleración que se busca será la diferencia de las proyecciones de v+dv
y v, partida por dt.
Se deduce que la aceleración tangencial es igual a la derivada de la velocidad
con relación al tiempo.
Si el movimiento del punto sobre su trayectoria es uniforme, la aceleración
tangencial será nula, puesto que la velocidad y es constante.
La recíproca es también verdad.
24. OTRAS
ACELERACIONES
:
ACELERACIÓN MECÁNICA
En el movimiento uniformemente variado rectilíneo es la cantidad constante en que varía la velocidad en la unidad de
tiempo. Si se representa el incremento de la velocidad en un cierto intervalo de tiempo, la expresión mecánica de la
aceleración en el movimiento uniformemente variado rectilíneo, será:
Aceleración = Variación de v / Variación de t
En el movimiento rectilíneo variado la aceleración no es, como en el uniformemente variado, constante, sino función del
tiempo. Se llama aceleración en un movimiento variado rectilíneo cualquiera, al límite dv/dt, es decir la derivada de la
velocidad con relación al tiempo. Se tendrá por lo tanto:
Aceleración = dv/dt
Si se pone en esta fórmula en vez de v su valor:
v = ds/dt (V. VELOCIDAD)
Se encontrará:
Aceleración = dv/dt = ds/dt2
La aceleración representa, en valor absoluto, un cierto número de unidades de longitud, y como cantidad algebraica puede
venir afectada del signo más o del menos; en el primer caso el movimiento se llama acelerado, y en el segundo retardado.
25. OTRAS
ACELERACIONES
:
ACELERACIÓN ANGULAR
Se da este nombre, en el movimiento de rotación de un cuerpo, a la aceleración de un
punto situado a la unidad de distancia del eje.
Si se representa por s el arco descrito por el citado punto, desde su posición inicial, y por la
función que indique la ley del movimiento, se tendrá: s = f (t). Si se sustituye este valor en la
expresión general de la aceleración, se encontrará fácilmente, llamando w a la velocidad
angular.
Aceleración angular = d2f(t)/dt2 = r dw/dt
La aceleración de un punto A situado a la distancia r del eje de rotación, es r veces la
aceleración angular. En efecto: sea y la velocidad del punto A, la que será igual a w.r (V.
VELOCIDADANGULAR); la aceleración del citado punto vendrá dada por la fórmula dv/dt y
sustituyendo en esta expresión en vez de v su valor, se tiene:
Aceleración del puntoA = dwr/dt = r dw/dt
La aceleración angular se expresa fácilmente por medio del momento de inercia del cuerpo
que gira y de las fuerzas que producen el movimiento. Sea I el momento de inercia del
cuerpo, t el tiempo, w la velocidad angular y N el momento estático de las fuerzas exteriores
con respecto al eje de rotación.
28. PARA UN
PUNTO
CUALQUIE
RA 1 𝑃 𝑋 𝑍
𝜌
∫ 𝑑𝑝 = 𝑎 ∫ 𝑑𝑥 − 𝑔 ∫ 𝑑𝑧
𝟎 0 0
𝑃
𝜌
= 𝑎𝑋 − 𝑔𝑍
𝑃 𝑎
𝛾
=
𝑔
𝑋 − 𝑍
𝑃
𝛾
= 𝑋 tan 𝛼 − 𝑍
𝑃
𝛾
= ℎ
Si por un punto trazamos una paralela a la superficie liquida vamos a tener una superficie de
nivel o presión constante.
29.
30. 𝑎
̅
x 0 y
-z
P
𝑑𝑃 = 𝜌(𝑥. 𝑑𝑥 + 𝑦. 𝑑𝑦 + 𝑧. 𝑑𝑧)
𝑥 = 0
𝑦 = 0
𝑧 = −𝑔 − (±𝑎)
32. La aceleración vertical puede ser ascendente o descendente.
En un prisma elemental vertical cualquiera en el interior del líquido se verifica:
33. 𝑃2 . 𝑑𝐴 = 𝑃1 𝑑𝐴 − 𝑊 = 𝑚 . 𝑎𝑣
𝑤
𝑃2 . 𝑑𝐴 − 𝑃1 𝑑𝐴 − 𝑊 =
𝑔
. 𝑎𝑣
𝑃2 . 𝑑𝐴 − 𝑃1 𝑑𝐴 − 𝛾 . ℎ 𝑑𝐴 =
𝛾 ℎ 𝑑𝐴
𝑔
. 𝑎𝑣
2 1
𝑃 = 𝑃 + 𝛾ℎ +
𝑎𝑣
𝑔
. 𝛾 ℎ
Es decir, por efecto del movimiento ascendente del recipiente la presión en todos los puntos del líquido aumenta con
relación a la presión con el recipiente en reposo. Este efecto es el mismo que experimenta el pasajero de un ascensor
durante la subida.
34. Para la aceleración vertical descendente se obtiene:
Es decir, si se deja caer el recipiente no hay variación en la presión: P2 = P1.
En ambos casos de aceleración vertical las superficies de igual presión resultan horizontales y por eso paralelas entre sí.
𝑃1
𝑃2
2 1
𝑃 = 𝑃 + 𝛾ℎ −
𝑎𝑣
𝑔
𝛾
𝑎𝑣
35.
36. Cuando se le somete a una
velocidad angular, la superficie
del líquido va cambiando. Cuando
𝜔 = constante; entonces la
superficie toma una forma
parabólica.
Fuerza centrípeta.
𝐹𝑐= 𝑚𝑎𝑐
𝑎𝑐 = 𝜔2𝑟
41. EJERCICIO 3
🠶 Un vaso cilíndrico de 2.50m es llenado con agua hasta los dos metros. El
diámetro del vaso es 1.40. Hallar la velocidad angular y las revoluciones por
minuto (R.P.M) que harán elevar el agua hasta los bordes del vaso.
43. COMO EL AGUA NO SE
HA PERDIDO:
𝑉𝑜𝑙. 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑏𝑜𝑙𝑜𝑖𝑑𝑒
= 𝑉𝑜𝑙. 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 sin 𝑎𝑔𝑢𝑎( 𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑝𝑜𝑠𝑜)
𝜋𝑟2ℎ
2
= 𝜋𝑟2(2.50𝑚 − 2.00𝑚)
𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜: ℎ = 1𝑚
46. • Determinar el ángulo que forma la superficie del líquido contenido en un
tanque “1” con la horizontal, si el tanque desciende por razón de su propio
peso, por un plano inclinado a 30º con la horizontal. El descenso del tanque “1”
que pesa 600 Kg., produce el ascenso de otro menor, cuyo peso es de 200 Kg.. El
coeficiente de fricción entre el fondo de ambos tanques y la superficie del plano
inclinado es u=0.25
49. Que de acuerdo con el teorema de D’ Alambert, debe ser considerada
con signo contrario; las proyecciones de la aceleración sobre los ejes X,
Y, Z son:
Reemplazando estas aceleraciones con la ecuación de Euler, o integrando:
De donde:
50. Un tanque de sección transversal rectangular (6 x 1 m) está lleno de agua hasta los
4m de altura y está unido a un peso Q= 60000 kg por medio de una cuerda
flexible y inextensible que pasa por una polea. El coeficiente de rozamiento
entre el tanque y la superficie horizontal es f=0.6 y todos los demás
rozamientos son despreciables. Hallar la presión en un punto del tanque situado
a 1m sobre el punto A de la figura. Despreciar el peso propio del tanque.
51. SOLUCION:
Como 𝐹 = 𝑚. 𝑎 ; y llamando T la tensión de la cuerda, se tendrá por el diagrama de cuerpo libre que
corresponde al peso Q:
52. 60000 − 𝑇 =
60000
9.8
𝑎 … … … … . (1)
En el diagrama del tanque:
53. ) entonces
Teniendo en cuenta que la NORMAL ( N ) es igual al peso del tanque (24000 kg
podremos hallar la fuerza que se opone al movimiento del Tanque ( Fr ) entonces:
𝐹𝑟 = 𝑁. 𝑓
𝐹𝑟 = 24000 ∗ 0.6
hora tenemos que:
𝑇 − 𝐹𝑟 = 𝑚.𝑎
𝑇 − 24000 ∗ 0.6 =
24000
9.8
𝑎 … … … … . . (2)
Sumando (1) con (2).
60000 − 24000 ∗ 0.6 =
60000 + 24000
9.8
𝑎
45600 =
84000
9.8
𝑎
55. Sobre elevación del nivel de agua en la vertical levantada en A.
𝛥ℎ =
6 ∗ tan 𝛼 6 ∗ 0.545
2 2
= = 1.635 𝑚
Luego la presión en M será:
ℎ = 4 + 1.635 − 1 = 4.635 𝑚
56. Tendremos 4.635 de columna de agua, entonces la presión será:
𝑝 = 𝑤ℎ = 1000 ∗ 4.635 = 4635 𝑘𝑔/𝑚2
𝑝 = 0.4635 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
57. 4. ¿Cómo varían las presiones en el seno de la masa liquida contenida en el recipiente que se mueve
verticalmente para los siguientes datos?:
a. Cuando sube con una aceleración a=4.9 m/seg2
b. Cuando baja con una aceleración a=4.9 m/seg2
c. Cuando el depósito cae.
d. Cuando el depósito suba con una retardación igual a la gravedad.
e. Cuando el depósito suba con una aceleración igual a la gravedad.
58. Solución
Resolviendo el problema de una manera general:
Por la ecuación de Euler se tiene:
1
dp = ax . dX + ay . dy + az . dz
ρ
Donde:
ax = 0
ay = 0
az = -g – (± a)
Reemplazando estos datos en la ecuación de Euler e integrando:
1
𝜌 0
𝑝 −z
∫ 𝑑𝑝 = −g ±a ∫ dz
0
𝜌 0
1
𝑝 = − g ± a z −z
1
𝜌
𝑝 = g ± a z
59. Dividiendo ambos miembros entre g:
=
𝑝 g ± a z
𝜌. g g
Como 𝜌. g = peso específico = 𝑤 , se tiene despejando la
presión:
𝑝 =
g ± a
g
𝑤𝑧 … … … … . 1
Reemplazando (1) en la expresión general para todos los casos:
Caso a:
𝑝 =
9.8 + 4.9
9.8
𝑤𝑧 = 1.5𝑤𝑧 𝑘𝑔/𝑚2
Caso b:
𝑝 =
9.8 − 4.9
9.8
𝑤𝑧 = 0.5𝑤𝑧 𝑘𝑔/𝑚2
Caso c:
Cuando el depósito cae a= -g
𝑝 = 0
60. Caso d:
Cuando el depósito suba con retardación a= -g
𝑝 = 0
Caso e:
Cuando el depósito suba con aceleración igual a la gravedad a=
g
𝑝 =
g + a
g
𝑤𝑧
𝑝 =
g + g
g
𝑤𝑧 =
2g
g
𝑤𝑧 = 2𝑤𝑧