1 MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME LIC. SUJEY HERRERA RAMOS.
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MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
LIC. SUJEY HERRERA RAMOSLIC. SUJEY HERRERA RAMOS
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MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.mcu MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.mcu
Al ser un movimiento uniforme el módulo de la velocidad es constante luego no hay aceleración tangencial. Su trayectoria es una circunferencia por lo que el desplazamiento y la trayectoria no coinciden.La velocidad va cambiando constantemente de dirección por lo que existe aceleración normal.
Si la única aceleración que existe es la normal y la aceleración es constante, la aceleración media es igual que la instantánea en su única componente en este caso que es la aceleración normal.
Ecuación del movimiento uniforme : Si hay espacio inicial queda
Aceleración normal o centrípeta
Ecuación del movimiento uniforme : Si hay espacio inicial queda
Aceleración normal o centrípeta
Las gráficas de este movimiento serán las mismas que las de cualquier movimiento uniforme luego A PARTIR DE LAS GRÁFICAS X/t Y V / t NO ES POSIBLE DISTINGUIR EL MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME DEL CIRCULAR UNIFORME YA QUE NO NOS PERMITEN SABER LA TRAYECTORIA, SOLO INFORMAN DE LAS RELACIONES DE PROPORCIONALIDAD ENTRE LAS DIFERENTES MAGNITUDES QUE DEFINEN EL MOVIMIENTO, PARA SABER LA TRAYECTORIA NECESITAMOS EL VECTOR DE POSICIÓN EN FUNCIÓN DEL TIEMPO Y REPRESENTARLO EN UN SISTEMA DE EJES DE REFERENCIA X,Y.
Es aquel movimiento que describe una trayectoria circular con velocidad constante en módulo
R
vaN
2
tVx · tVxx ·0
3
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P1
r 1
P2
r 2
s
r i
v
v
Magnitudes angulares
s = RR
R
= 1rad
El vector velocidad es siempre tangente a la trayectoria y normal al vector
v
r
El vector de posición cambia de dirección. Cumple que = R
r
r
| |Su trayectoria es una circunferencia de
radio R
Si s = R, se dice que el ángulo mide un radián.
Una circunferencia completa 360° 2 rad
Por definición Rs Se mide en rad
t (rad/s) ó bien 1 rpm = rad/s
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VELOCIDAD ANGULAR ω es el ángulo recorrido por unidad de tiempo. Como es lógico puede estudiar este cambio en un intervalo, velocidad angular media, o en un instante, velocidad angular instantánea.
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cteRtR
tsv
= cte (por ser R cte)
La ecuación del movimiento es:
)tt(t 00
Periodo T del movimiento, es el tiempo que tarda el móvil en dar una vuelta completa y se mide en segundos
Frecuencia f del movimiento, es el número de vueltas que que tarda el móvil por unidad de tiempo. Es la inversa del período. Se mide en seg-1 que también se llaman Herzios (Hz)
V = ω·RV = ω·R
El período y la frecuencia son inversos:Tiempo (s) número de vueltas T (periodo) 1 vuelta1 segundo f (frecuencia)Despejando
La relación de estas dos magnitudes con la velocidad angular se puede determinar pensando que si el móvil da una vuelta completa recorre un ángulo de 2пrad y el tiempo que tardó en recorrerlo es el período T luego como la velocidad angular relaciona el ángulo recorrido con el tiempo empleado en recorrerlo :
T ·2fT 1
Relación entre las magnitudes angulares y lineales
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• b) Para calcularlos hay que tener en cuenta que el periodo es el tiempo que tarda el móvil en dar una vuelta completa y la frecuencia es su invesa:
• = . t = 2,84 s – 1 . 0,85 s = 2,41 rad 7,58 rad
• La aceleración centrípeta o normal:
EJEMPLOEJEMPLO• Un punto describe una trayectoria
circular de 30 cm de radio tardando 3,52 s en dar cinco vueltas. Calcular:
• La velocidad angular en r.p.m y en rad/s
• El periodo y la frecuencia del movimiento
• El ángulo girado al cabo de 0,85 s de iniciado el movimiento.
• Su aceleración centrípeta• Solución:• a) Se trata de hacer un cambio de
unidades:
rpmvueltasS
s
vueltas23,85min23,85
min1
60·
2,3
_5
srad
vueltas
vueltas ·84,21
·2·
2,3
_5
T
·2 sT 704,0
·84,2
·2·2
HzsT
f _420,1704,0
11
222
2
2
/87,233,0··84,2·
;·
smRa
RR
va
n
n
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13EL MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORMEMENTE
ACELERADO (MCUA)
EL MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORMEMENTE ACELERADO (MCUA)
t = 0 s
t = 1 s
t = 2 s
t = 3 s
t = 4 s
Es aquel movimiento que describe una trayectoria circular con velocidad, lineal y angular, que varían de forma constante con el tiempo
0 = 0 rad/s
1 = 2 rad/s
2 = 4 rad/s
3 = 6 rad/s
4 = 8 rad/s
= 2 rad/s2 = 2 rad/s2
= 2 rad/s2 = 2 rad/s2
La ecuación del movimiento es: tt2
00·
21·
t0
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14LA ACELERACIÓN EN LOS MOVIMIENTOS CURVILÍNEOSLA ACELERACIÓN EN LOS MOVIMIENTOS CURVILÍNEOS
Un móvil tiene aceleración si varía al menos algún factor (módulo o dirección) del vector velocidad
a
v
Sus componentes tangencial y normal se llaman intrínsecas, a
a
a
= +
vt
v
| |cuando t 0= está relacionada con la variación del móduloa
a = Rv2
está relacionada con la variación de la dirección de la velocidad
a
v a
P
r
Z
YX
a
a
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Movimientos circulares
aN 0 y R = cte
Movimientos rectilíneos
aN= 0
Movimiento rectilíneo uniforme
a = 0
Movimiento circular
uniforme
a = 0
Movimiento rectilíneo
uniformemente acelerado
aT 0
Movimiento circular
uniformemente acelerado
a = cteMovimiento
rectilíneo acelerado
a cte
Movimiento circular
acelerado
a cte
magnitud lineal= magnitud angular por radio
S(espacio en metros)= ( ángulo en rad ) .R
V(velocidad)= (velocidad angular ).R
aT (aceleración tangencial) = (aceleración angula). R
Ecuación lineal del movimiento uniformemente acelerado:
Ecuación angular del movimiento uniformemente acelerado:
Derivando se obtiene la velocidad
Derivando se obtiene la velocidad
Ecuación lineal del movimiento uniformemente acelerado:
Ecuación angular del movimiento uniformemente acelerado:
Derivando se obtiene la velocidad
Derivando se obtiene la velocidad
R = aTR = aT
20000 )·(·
2
1)·( ttattvxx t
20000 )·(·
2
1)·( tttt
tavdt
dxv t ·0
tdt
d·0
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EJEMPLOEJEMPLO
• Dos niños están montados en los caballitos de un «Tío Vivo». Determina la aceleración a la que están sometidos, cuando el «Tío Vivo» gira con una velocidad angular de 32 rpm, sabiendo que la distancia de los niños al eje de giro es de 2,5 m. R: a = 28,07 m/s2.
• SOLUCIÓN:SOLUCIÓN:
• Primero calculamos la velocidad angular en rad/s
• y después aplicando la ecuación
• Obtenemos la aceleración:
RR
van ·2
2
sradvuelta
rad
s
vueltasrpm /_·07,1
_1
_·2·
60
min1·
min
_3232
2222
/_25,285,2··07,1· smRR
van
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CUESTIONESCUESTIONES1. Una rueda gira a razón de 600 radianes/minuto. Calcula: a) La velocidad
lineal de un punto situado a 5 cm del eje y de otro situado a 25 cm del eje. b) La aceleración en cada uno de los puntos. R: a) 0,5 y 2,5 m/s; b) 5 y 25 m/s2.
2. Un ventilador gira con una velocidad angular constante de 22 revoluciones por segundo. Calcula: a) La velocidad lineal del extremo de una de sus aspas, que describe una circunferencia de radio 15 cm. b) ¿Qué longitud habrá recorrido ese punto en 3 horas de funcionamiento? R: a) 20,73 m/s; b) 2,24·105 m.
3. Un tren eléctrico da vueltas por una pista circular de 60 cm de radio con una velocidad constante de 12 cm/s. Calcula: a) La velocidad angular. b) La aceleración normal. c) El período y la frecuencia. d) El número de vueltas que da en 12 segundos. R: a) 0,2 rad/s; b) 0,024 m/s2; c) T = 31,4 s; f = 0,032 s-1; d) 0,38 vueltas.
4. Un piloto de avión se lanza hacia abajo para describir un rizo siguiendo un arco de circunferencia cuyo radio es 300 m. En la parte inferior de la trayectoria, donde su velocidad es de 180 km/h, ¿cuáles son la dirección y el módulo de su aceleración? R: a = 8,33 m/s2.
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2 18COMPOSICIÓN DE MRU EN LA MISMA DIRECCIÓNCOMPOSICIÓN DE MRU EN LA MISMA DIRECCIÓN
Trayectoria
La velocidad del niño al correr sobre la cinta, crece o decrece según el sentido elegido
El principio de superposición dice que si un objeto está sometido a la vez a dos o más movimientos, se cumple que:
r...rrrr i321
v...vvvv i321
a...aaaa i321
Ox1
Ox2
x1 = x01 + v1x t
x2 = x02 + v2x t
x1 + x2 = (x01 + x02) + (v1x + v2x) t
La suma es un MRU en la misma dirección
En este caso, su composición será:
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19COMPOSICIÓN DE MRU PERPENDICULARESCOMPOSICIÓN DE MRU PERPENDICULARES
Sean dos movimientos rectilíneos uniformes en las direcciones de los ejes X e Y con velocidades respectivas
vx vy
y
Si un móvil experimenta solo el primer movimiento: tvxx x0
Si un móvil experimenta solo el segundo movimiento: tvyy y0
Cuando experimenta la superposición de ambos: )0
·()vv()yx(yx yx00 tt
El resultado es un MRU en la dirección determinada por: vvv yxt
vx
vy
vt
x0
y0
y
Y
OX
x
y
yx
x
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EJEMPLOEJEMPLO• Un barquero impulsa a su barca con una velocidad de 0, 6 m/s para
pasar a la otra orilla de un río de 50 m de ancho. La corriente arrastra a la barca con una velocidad de 0,4 m/s. Representa y halla la velocidad resultante y calcula la posición de la barca a los 70 segundos.
• Sea , la velocidad con que impulsa el barquero a su barca, y , la velocidad de arrastre por la corriente (Fig. ) La velocidad resultante, es:
• Y el módulo de :• El ángulo φ que forma con (eje de las X) es tal que
•• Posición de la barca a los 10 s:
•
yV
VxV
smjijViVVVV yxyx /·4,0·6,0··
smVVV yx /_721,04,06,0 2222
V
xV
vtg
"24'41º33;3
2
6,0
4,0
x
y
V
Vtg
mjijitVtVyxr yx
·4·6·10·4,0·10·6,0··
mr _21,746 22
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