Tercera Ley: Dos cuerposA y B diferentes !! Acción y...
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F12
-F21
Tercera Ley:
• Dos cuerpos A y B diferentes !!
• Acción y reacción
Remember
FA = - FB
12 F
Remember
12
MESA
x
yBloque 2
x
y
F
Análisis de fuerzas Remember
Fuerzas especiales:
• Normal
• Rozamiento
• Muelle
• Centrípeta (Movimiento circular)
Ejemplos, ejemplos y ejemplos
Leyes de Newton (el regreso)
Fuerza de rozamiento :
G.F. Goya
𝑓𝑟
Fuerza de rozamiento :𝑓𝑟
𝑓𝑟𝑓𝑟𝑒𝑚á𝑥
𝑓𝑟𝑑 = 𝜇𝑑𝐹𝑁
𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐
1,3
1,3 2,6
2,6
𝑓𝑟𝑒𝑚á𝑥
Rozamiento I:
G.F. Goya
Qué pasa aquí??
Tips:
Inercia: La tendencia de un objeto a resistir aceleraciones. Fr dinámica vs. estática.
𝑭 =∆𝒑
∆𝒕
Rozamiento II:
G.F. Goya
Trabajo tutelado ??
Fuerza de rozamiento :
G.F. Goya
𝑓𝑟
Una superficie ejerce fuerzas que descomponemos en:
G.F. Goya
𝑓𝑟
𝑁 F
Si fr=0, la única fuerza que puede ejercer la
superficie es Normal a la superficie.
Fuerza Normal y fuerza de rozamiento :
G.F. Goya
𝑓𝑟 , N
Radians
For a full circle.
r
sradians )(
rad22
r
r
r
sfullcircle
rad23601 0 rev
rad2
360rad1rad1
0
rs
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_//cinematica/curvilineo/curvilineo/curvilineo1.html
𝑎 =𝑑v
𝑑𝑡=𝑑v
𝑑𝑡 𝒖𝑡 +
v2
𝑅 𝒖𝑛
Remembering…
𝑎𝑡 𝑎𝑛𝑎𝑡 = 𝛼𝑅
𝑎𝑛 =v2
𝑅
http://enc.edu/~john.u.free/PY%20201%202011-12/Frameset.htm
𝑎 =𝑑v
𝑑𝑡 𝒖𝑡 +
v2
𝑅 𝒖𝑛
𝐹𝑡𝑚
𝐹𝑅𝑚
𝑎𝑡 𝑎𝑅
Remembering…
http://enc.edu/~john.u.free/PY%20201%202011-12/Frameset.htm
Entonces hay una aceleración!
𝐹𝑐 = 𝑚𝑎𝑐 = 𝑚v2
𝑅𝐹𝑡 = 0
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑖 = 𝑚 𝑎 𝑖=1𝑁 𝐹𝑥 = 𝑚𝑎𝑥=0
𝑖=1𝑁 𝐹𝑦 = 𝑁 −𝑚𝑔 =
𝑚𝑎𝑦=0
𝑵 = 𝒎𝒈
En este caso
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑖 = 𝑚 𝑎 𝑖=1𝑁 𝐹𝑥 = 𝑚𝑎𝑥=0
𝑖=1𝑁 𝐹𝑦 = 𝑁 −𝑚𝑔 =
𝑚𝑎𝑦=0
𝑵 = 𝒎𝒈
En este caso
y
x
N
Ny
Nx
mg
y
x
Ny
Nx
mg
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑖 = 𝑚 𝑎 𝑖=1𝑁 𝐹𝑥 = 𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑎𝑐=
𝑖=1𝑁 𝐹𝑦 = 𝑁 −𝑚𝑔 =
𝑚𝑎𝑦=0
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑥 = 𝑁𝑥 = 𝑁 𝑠𝑒𝑛𝛽 = 𝑚𝑎𝑛
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑦 = 𝑁𝑦 −𝑚𝑔 = 𝑁𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝑚𝑎𝑡
y
x
Ny
Nx
mg
𝑵 ≠ 𝒎𝒈En este caso
𝑁 𝑠𝑒𝑛𝛽 = 𝑚𝑎𝑛 = 𝑚v2
𝑅𝑁𝑐𝑜𝑠𝛽 − 𝑚𝑔 = 𝑚𝑎𝑡 = 0
Pero además
𝑁 𝑠𝑒𝑛𝛽 = 𝑚v2
𝑅𝑁𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝑚𝑔
𝑡𝑔𝛽 =v2
𝑅𝑔
Particularidades de la fuerza T (tension en una cuerda):
G.F. Goya
𝑇La cuerda ideal que consideramos:
• Es inextensible pero compresible (sólo ‘tira’).
• No tiene masa (por ahora).
Particularidades de la fuerza T (tension en una cuerda): 𝑇
??
Particularidades de la fuerza T (tension en una cuerda): 𝑇
T T
T T
Fuerza gravitacional.
Fuerza viscosa.
Fuerza elástica.
Fuerzas Especiales (Cont.)
𝐹 ( 𝑟)
F (v)
F (x)
𝐹𝐺~M
𝐹𝐺~m
𝐹𝐺~1
𝑅2
𝐹𝐺~𝑀.𝑚
𝑅2
𝐹𝐺= ??
𝐹𝐺= GM.m
𝑅2G = 6,6738x10-11 N (m/kg)2
𝐹𝐺= GM
𝑅2𝑚 = 𝑔 𝑚
𝑔 =6,67x10−11 × 5,98x1024
6,37x106 2𝑚/𝑠2 ≅ 9,8 𝑚/𝑠2
𝐹𝐺= 𝐹 𝑟 o bien F = mg
https://phet.colorado.edu/en/simulation/gravity-and-orbits
Fuerza viscosa.
Fuerzas Especiales (Cont.)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stokes.html
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑖 =𝑚𝑔 − 𝐸 − 𝐹𝑆 = 𝑚𝑎
𝑚𝑔 −𝑚𝑙𝑔 − 𝐹𝑆 = 𝑚𝑎
𝐹𝑆 = −𝑏v𝐸 = 𝑚𝑙𝑔 = 𝜌𝑙𝑉𝑙𝑔 = 𝜌𝑙
4
3𝜋𝑅3 𝑔
𝜌𝑒𝑉𝑒𝑔 − 𝜌𝑙𝑉𝑙𝑔 − 𝑏v = 𝑚𝑎
𝜌𝑒4
3𝜋𝑅3 𝑔 − 𝜌𝑙
4
3𝜋𝑅3 𝑔 − 𝑏v = 𝑚
𝑑v
𝑑𝑡
𝜌𝑒4
3𝜋𝑅3 𝑔 − 𝜌𝑙
4
3𝜋𝑅3 𝑔 − 𝑏v = 𝜌𝑒
4
3𝜋𝑅3 𝑑v
𝑑𝑡
Si despreciamos el Empuje
𝑚𝑔 − 𝑏v = 𝑚𝑑v
𝑑𝑡
𝑔 −𝑏
𝑚v =
𝑑v
𝑑𝑡𝑑𝑡 =
𝑑v
𝑔 −𝑏𝑚 v
𝑏
𝑚= 𝛽 𝑑𝑡 =
𝑑v
𝑔 − 𝛽v
0
𝑡
𝑑𝑡 = 0
v 𝑑v
𝑔 − 𝛽v
v = v𝑙 1 − 𝑒−𝛽𝑡 v𝑙 =𝑚𝑔
𝑏donde
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stokes.html
Felix Baumgartner
supersonic stratosphere freefall
Fuerzas Especiales (Cont.)
It took Baumgartner about 90 minutes to reach the target altitude and
his free fall was estimated to have lasted three minutes and 48
seconds before his parachutes were deployed.
On 14 October 2012, Baumgartner flew approximately 39 kilometres
(24 mi) into the stratosphere over New Mexico, United States, in a
helium balloon before free falling in a pressure suit and then
parachuting to Earth.
He sought to be the first free-falling human to break the sound barrier,
which he did handily. His top speed was calculated at 833.9 miles per
hour, or Mach 1.24. (The speed of sound is measured at 761.2 miles per
hour at sea level.)
Fuerzas Especiales (Cont.)
https://www.wired.com/2012/07/analysis-of-a-red-bull-stratos-practice-jump/
I made some more assumptions:
• The drag coefficient (C) for the
jumper was constant.
• I calculated the product of the drag
coefficient (C) and object surface
area (A) based on the terminal speed
of a skydiver at about 120 mph. It
was just a guess.
• The density of air (ρ) decreased with
altitude based on this model
described in Wikipedia.
• I originally used the universal (1/r2 )
model for the gravitational force, but
I am pretty sure you could just use a
constant mass times
little g where g is about 9.8 N/kg.
Fuerza elástica.
Fuerzas Especiales (Cont.)
La fuerza restauradora es
𝐹 = −𝑘(𝑥 − 𝑥0)
𝐹 = −𝑘∆𝑥 𝑘 > 0
Qué significa F = -kDx ?
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑒𝑥𝑡 =𝑚𝑎
−𝑘𝑥 = 𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑑2𝑥
𝑑𝑡2
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑥 = 𝐹𝑅 =𝑚𝑎
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑦 =𝑁 −𝑚𝑔 = 0
𝐹𝑅
𝐹𝑅
𝐹𝑅
𝑑2𝑥
𝑑𝑡2+
𝑘
𝑚𝑥 =0
Si llamo𝑘
𝑚= 𝜔2…
Esta es la ecuación diferencial
del movimiento del bloque
𝑑2𝑥
𝑑𝑡2+𝜔2𝑥 =0
Ecuación diferencial del
oscilador armónico
La solución de esta ecuación diferencial ordinaria deberá ser una función cuya
segunda derivada sea la misma función con el signo invertido.
Las únicas funciones (no complejas) que satisfacen esta condición son sen(x) y cos(x).
Pero estas dos opciones están relacionadas ya que 𝑠𝑒𝑛 𝑥 + 𝜋 2 = cos(𝑥)Por eso, escogemos arbitrariamente cos(x), sabiendo que podremos cambiar a sen(x) sumando una
constante.
La solución se escribe:
𝑥(𝑡) = 𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝛿
𝑑
𝑑𝑡𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝛿 = −𝜔𝐴𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 + 𝛿
Comprobemos que es una solución de la ecuación diferencial:
𝑑2
𝑑𝑡2𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝛿 =
𝑑
𝑑𝑡− 𝜔𝐴 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 + 𝛿 =
= −𝜔2𝐴 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝛿
−𝜔2𝐴 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 + 𝛿 + 𝜔2 𝐴 cos 𝜔𝑡 + 𝛿 = 0
Entonces𝑑2𝑥
𝑑𝑡2+ 𝜔2𝑥 = 0
Se cumple para todo valor de t.
EJEMPLO I
∆𝑦 = (𝑦𝑓 − 𝑦0)
𝑦
𝑦0
𝒚𝒇
EJEMPLO I
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑒𝑥𝑡 =𝑚𝑎
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑥 = 0 + 0 + 0 =0
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑦 =− 𝑘𝑦 −𝑚𝑔 = 𝑚𝑎𝑦
∆𝑦 = (𝑦𝑓 − 𝑦0)
N
P
-ky
𝐶𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑖=1𝑁 𝐹𝑦 =0
−𝑘𝑦𝑓 −𝑚𝑔 = 0
𝒚𝒇 = −𝒎𝒈
𝒌𝒚𝒇 < 𝟎
𝑆𝑖 𝑀 = 2𝑚, 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑖=1𝑁 𝐹𝑦 =0
−𝑘𝑦𝑓𝑀 −𝑀𝑔 = 0
𝒚𝒇𝑴 = −𝟐𝒎𝒈
𝒌 𝒚𝒇𝑴 = 𝟐𝒚𝒇𝒎
−𝑘𝑦 −𝑚𝑔 = 𝑚𝑑2𝑦
𝑑𝑡2
𝑑2𝑦
𝑑𝑡2+
𝑘
𝑚𝑦 + 𝑔 =0
𝑘
𝑚= 𝜔2
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑒𝑥𝑡 =𝑚𝑎
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑥 =0
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑦 =− 𝑘𝑦 −𝑚𝑔 = 𝑚𝑎𝑦∆𝑦
𝑑2𝑦
𝑑𝑡2+𝜔2𝑦 + 𝑔 =0
−𝑘𝑦′ = −𝑘 𝑦 + ∆𝐿 − 𝑚𝑔 = 𝑚𝑑2𝑦′
𝑑𝑡2
𝑑2𝑦′
𝑑𝑡2+
𝑘
𝑚𝑦′ =0 𝑘
𝑚= 𝜔2
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑒𝑥𝑡 =𝑚𝑎
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑥 =0
𝑖=1
𝑁
𝐹𝑦 =− 𝑘𝑦′ − 𝑚𝑔 = 𝑚𝑎𝑦
∆𝐿
𝑑2𝑦′
𝑑𝑡2+ 𝜔2𝑦′ =0
𝑦′ 𝑦′ = 𝑦 + ∆𝐿
𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 − 𝑘∆𝐿 − 𝑚𝑔 = 0
= −𝑘𝑦 − 𝑘∆𝐿 −𝑚𝑔 = 𝑚𝑑2𝑦′
𝑑𝑡2
Entonces
EJEMPLO II
Utilizar la estrategia del
Problema I y elegir el sistema
de coordenadas en la
posicion de equilibrio del
bloque.