clase 2 - mov2dim mcu

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  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    1/19

    09/04/2016

    1

    Tema 2

    Movimiento en dos dimensiones

    1Física I FBQF UNT

    Movimiento en una dimensión

    La fuerza aplicada F y la

    velocidad v del cuerpo tienen

    igual dirección y mismo sentido

    La velocidad aumenta.

    Es un MRUA.

    F

    V0

    V

    2Física I

    FBQF

    UNT

    La fuerza aplicada F y la

    velocidad v del cuerpo tienen

    igual dirección y distinto sentido

    La velocidad disminuye.

    Es un MRUD.

    F

    V0

    V

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    2/19

    09/04/2016

    2

    Vertical (eje y)

    MRUD Tiro vertical

    De A hasta C y luego:

    MRUA Caída Libre

    Movimiento en 2 dimensiones

    3

    Horizontal (eje x)

    MRU

    Tiro Parábolico:

    Donde la vi forma un

    determinado ángulo

    con la fuerza P

    P

    Física I

    FBQF

    UNT

    4

    Tiro Parábolico

    Con una vi y un ángulo = 45º se logra el máximo desplazamiento

     A

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    3

    Dinámica de la Rotación

    Movimiento en 2 dimensiones

    La fuerza aplicada F y la velocidad inicial v0del cuerpo son vectores perpendiculares

    (en el inicio del movimiento)

    Se analiza el movimiento en dos direcciones

    perpendiculares.F

    V0

    6Física I

    FBQF

    UNT

    • Movimiento Circular 

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    4/19

    09/04/2016

    4

    Movimiento en 2 dimensiones

    La fuerza aplicada F y la velocidad v del cuerpo

    son SIEMPRE vectores perpendiculares.

    El módulo de v es constante

    su dirección y sentido NO.

    El vector velocidad es tangente a la trayectoria

    del objeto (velocidad tangencial).

    La fuerza aplicada F siempre apunta hacia el

    centro de la trayectoria circular.( Fuerza Centrípeta= Fc )

    7

    Fc

    V

    V

    Fc

    Aplicando la 2da Ley de Newton

    a lo largo de dirección radial  dir. radial = m =F

    ca

    c F 

    Movimiento Circular Uniforme

    Movimiento Circular Uniforme

    El movimiento circular uniforme se

    realiza cuando un objeto se mueve en una

    trayectoria circular con

    velocidad tangencial constante.

    Como la dirección de la velocidad

    tangencial cambia existe una aceleración.

    (ac = aceleración centrípeta)

    La aceleración es siempre perpendiculara la trayectoria.

    La aceleración siempre apunta hacia elcentro de la trayectoria circular.

    8

    ac

    V

    V

    ac

     A

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    5

    Movimiento Circular Uniforme - Fuerza Centrípeta

    Fc

    Fc

    La fuerza Fc NO produce cambio

    en el módulo de la velocidad

    MCU ( Movimiento Circular Uniforme)

    Provoca un cambio en la dirección del

    vector velocidad.

    Si la fuerza desaparece ( se corta el piolín),

    el objeto se moverá en una línea recta

    tangente al circulo

    Desplazamiento Angular 

    El desplazamiento angular

    se define como el ángulo que

    rota la partícula: por ejemplo

    desde la posición A hasta B

    Donde S es la longitud del

    arco de la circunferencia

     f i      S

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    6

    Radián

    Un radián es el ángulo subtendido por una longitud dearco S igual al radio del arco

    Esta relación se puede expresar como:

      es un número puro, donde la unidad es el radián

    Siempre que se utilicen ecuaciones rotacionales, sedeben utilizar ángulos expresados en radianes

    s

    r   

    Comparando grados y radianes:

    Convirtiendo de grados a radianes

    3601 57.3

    2rad 

     

    180

    rad degrees 

     

    grados

    Velocidad Media Angular 

    La velocidad media (promedio) angular,ωmed,

    de una partícula es el cociente entre

    el desplazamiento angular y el intervalo de tiempo.

    f i avg 

    f i t t t 

          

       

    med

    velocidad angular [rad/s], [s-1]

    med

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    7

    Frecuencia

    El periodo T es el tiempo requerido para completar una

    revolución completa

    La velocidad angular se calcula como la circunferencia

    de la trayectoria dividida por el período.

    La frecuencia f  es la cantidad de vueltas completas que

    el objeto hace en un segundo.

    La frecuencia es la inversa del periodo:

    La velocidad angular se calcula como:

    Período

    1

    Tf 

    En el MCU la velocidad angular  del cuerpo se mantiene

    constante, no así su velocidad tangencial.

    La fuerza centrípeta sólo cambia la dirección de

    la velocidad tangencial, no el módulo de ésta.

    = cte  t

    dir. radial = m =F

    ca

    cF

     

    ac

    v

     

    ac

    v

    V = x R

    De acuerdo a la 2º Ley de Newton

    La velocidad angular es un vector que sale del plano de

    rotación de la partícula

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    8/19

    09/04/2016

    8

    Ecuaciones MCU

    T2

    Rv

    ac = 2R = v2/R

    = 2 f

    dir. radial = m =F

    ca

    c F 

    velocidad angular [rad/s], [s-1]

    : desplazamiento angular [rad]

    T: período [s]

    f: frecuencia [Hz], [ciclos/s], [r.p.m.]

    v: velocidad tangencial [m/s]

    R: radio de la circunferencia [m]

    ac: aceleración centrípeta [m/s2]

    : Fuerza centrípeta [N]

    f i avg 

    f i t t t            

    Física I

    FBQF

    UNT

    16

    Movimiento Circular

    Uniformemente Variado

    Para que se produzca un cambio en

    la velocidad angular  debe existir 

    una aceleración angular 

    ≠ cte

    Movimiento en 2 dimensiones

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    9/19

    09/04/2016

    9

    Aceleración Angular media

    La aceleración angular media, med , de un

    objeto se define como el cociente entre la

    variación de su velocidad angular y el tiempo

    en el cual se realiza dicho cambio:

    f i 

    avg  f i t t t 

          

       

    med

    aceleración angular [rad/s2], [s-2]

    ≠ cte

    MRUV

    v = v0 + a t

    x = x0 + v0 t + ½ a t2

    v2 = v02 + 2 a x

    18

    Analogía entre MRUV y MCUV

    MCUV

    ω = ω0 + η t

    α = α0 + ω0 t + ½ η t2

    ω2 = ω02 + 2 η α

    Se puede describir el movimiento rotacional utilizando

    ecuaciones análogas a las del movimiento lineal.

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    10/19

    09/04/2016

    10

    Relaciones entre cantidades angulares y

    lineales

    Desplazamientos

    Velocidades

     Aceleraciones

    Un objeto que gira tiene el mismo

    movimiento angular (

    Un objeto que gira con diferentes

    distancias al centro NO tiene el

    mismo movimiento lineal ( s, v, a )

    s r  

    v r  

    a  r Porque estas magnitudes dependen del radio

    Comparación de las Aceleraciones

    La aceleracion tangencial es la

    derivada de la velocidad tangencial

    dv d a r 

    dt dt  

     

    at  r  

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    11

    Ejemplos MC

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    12

    Física I

    FBQF

    UNT

    23

    Momento de una fuerza

    DINAMICA DE UN CUERPO RÍGIDO

    Momento de una fuerza

    Para abrir una puerta,

    ¿Dónde aplicaría la fuerza?

    ¿Por qué, dependiendo de donde se aplique la fuerza ,

    es más “fácil” abrirla?

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    13/19

    09/04/2016

    13

    Momento de una fuerza

    P APB

     A

    El eje de rotación es el centro del disco.

    Se elige una linea de referencia fija.Linea de

    referencia

    Momento de una fuerza

    El punto P está fijo a una distancia r desde el origen.

    Un pequeño elemento del disco puede considerarse como

    una partícula en P.

    El punto P rotará alrededor del origen en un círculo de radio r.

    Cada partícula sobre el disco realiza un movimiento circular alrededor del origen, O

    Cuando se trata de un cuerpo sólido se debe considerar:

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    14

    Momento de una Fuerza

    El efecto de una fuerza aplicada que hace

    rotar un objeto alrededor de algún eje, se

    denomina Momento de un Fuerza, .se define como:

    Producto vectorial

    = r x F

    = r F sen = F d

    = F d [ ] = Nm

    Si = 90º r = d

    F = la fuerza aplicada

    = el ángulo entre la fuerza y la horizontal.

    d = El brazo de palanca, es la distancia perpendicular desde el eje de

    rotación a la dirección de la fuerza (linea de acción).

    d = r sen Φ 

    linea de

    acción

     A

    Unidades de Momento de una Fuerza

    La unidad de Momento de una Fuerza en el SI es N.m

    La unidad para el Energía es N.m = J

    Si bien el momento es el producto de una fuerza por una

    distancia, la unidad NO es la misma que la de trabajo o energía.

    (NO CAMBIAR A JOULES)

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    09/04/2016

    15

    Momento de una Fuerza

    El momento de una fuerza tiene

    dirección y sentido (Convención de signos)

    usando la regla de la mano derecha.

    Si la rotación provocada por la fuerza es

    antihoraria, el momento es positivo.

    Si la rotación provocada por la fuerza es

    horaria, el momento es negativo.

    Por ejemplo el destornillador 

    Fuerza y Momento

    Las fuerzas provocan un cambio en el movimiento traslacional

    Las fuerzas provocan un cambio en el movimiento rotacionalEste cambio depende de la fuerza y el brazo de palanca,

    es decir del momento.

    Se describen por la Segunda Ley de Newton

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    Momento y Aceleración Angular 

    Una particula de masa mrota en un circulo de radio r bajo la influencia de unafuerza tangencial Ft

    La fuerza tangencial dalugar a una aceleración

    tangencial: at 

    Ft = m at

    Fc = m ac

    c

    Momento y Aceleración Angular 

    La fuerza centrípeta Fc o radial,provoca que la partícula se muevaen una trayectoria circular.

    La fuerza tangencial Ft respectodel centro del círculo produce unmomento cuya magnitud es:

      = Ft r = (mat) r 

    c

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

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    17

    Momento y Aceleración Angular 

    La aceleración tangencial at serelaciona a la aceleración angular  

    at =   x r

    Como r sen 90º =1

    Reemplazando en = Ft r 

      = (mat) r = (mr ) r = (mr 2)

    Donde:

    I = mr 2 = momento de inercia de la partícula

      = I 

    c

    c

    Momento de Inercia

    La definición de momento de inercia para un conjunto de

    partículas es:

    Para un cuerpo sólido:

    donde M = masa del cuerpo

    Las dimensiones de momento de inercia son ML2 y

    su unidad es kg.m2

    Su valor depende de cómo está distribuída la masa del

    cuerpo respecto al eje de rotación.

    Por ej: Momento de Inercia de una puerta es : I = 1/3 M2

    2

    i i i 

    I r m

    M = ∑ mi

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    18/19

    09/04/2016

    18

    Momentos de Inercia de Objetos Rígidos

    Estática condiciones de equilibrio

     F = ma = 0 

    Traslación

        = 0

    Rotación

  • 8/18/2019 Clase 2 - Mov2dim MCU

    19/19

    09/04/2016

    Desplazamiento Desplazamiento angular  

    Velocidad Velocidad angular  

     Aceleración Aceleración angular 

    Mas

     x   θ 

    dx d θ v =   ω =

    dt dt  

    dv d ωa = =

    dt dt  

    Comparación de los movimientos lineal y de rotación 

    Movimiento lineal Movimiento de rotación  

    2a Momento de inercia

    Fuerza Momento de una fuerza

    m I= m r  

     F τ