FISICA 3


                                                                            DINAMICA
La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.
El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.
En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema
• La Dinámica es la parte de la Física que estudia las fuerzas y los movimientos que producen en los cuerpos.
• Una fuerza es todo aquello que es capaz de producir deformaciones o aceleraciones sobre los cuerpos (modifica el movimiento).
o Los cuerpos no tienen fuerza sino que tienen energía. Las fuerzas surgen cuando los cuerpos interaccionan entre sí y para que se manifiesten fuerzas se requieren al menos dos cuerpos.
o Lo que hacen las fuerzas, aparte de deformar los cuerpos, es producir un cambio en la velocidad y por tanto producen aceleraciones.
• La fuerza se representa por un vector.
• Existen dos tipos de fuerzas:
o Fuerzas de contacto: son las fuerzas que se producen cuando dos cuerpos están en contacto.
o Fuerzas a distancia: son las fuerzas gravitatorias y las electromagnéticas. Por ejemplo, la fuerzas de atracción de la Tierra sobre los cuerpos, la que ejercen los imanes, etc.
• Los dinamómetros son los aparatos que sirven para medir fuerzas. Un dinamómetro está formado por un cilindro en cuyo interior se encuentra un muelle de un cierto material, que se alarga por la acción de las fuerzas. El cilindro, a su vez, lleva una escala graduada.
• La unidad de medida de la fuerza es el Newton y se representa por la letra N. Para que os hagáis una idea, 1 N es la fuerza que habría que hacer para sostener un cuerpo cuya masa sea de 100 g.
• La fuerza resultante es la suma de todas las fuerzas que se aplican a un cuerpo. A un cuerpo se le pueden aplicar varias fuerzas.

• Los diferentes tipos de fuerza que pueden actuar sobre un cuerpo son los siguientes:
o Peso
Es la fuerza con que los cuerpos son atraídos hacia el centro de la Tierra por la acción de la gravedad.
El sentido del peso es el centro de la Tierra.
No confundir en Física peso y masa.
Masa: es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Se mide en Kg.
Materia es todo aquello que ocupa volumen.
o Fuerza de rozamiento
Es la fuerza con que la superficie se opone al deslizamiento y al movimiento del cuerpo y tienen lugar en la superficie de contacto entre los cuerpos.
Tiene sentido contrario al movimiento.
Aparece siempre que el cuerpo se deslice o tienda a deslizarse por una superficie.
Sin las fuerzas de rozamiento no podríamos, por ejemplo, caminar, nadar, etc.
o Fuerza normal
Es la fuerza que la superficie ejerce sobre el cuerpo apoyado sobre la misma.
Se manifiesta cuando un cuerpo está apoyado en una superficie.
Son perpendiculares a la superficie de contacto y son las que mantienen el cuerpo sobre la superficie.
o Fuerza centrífuga
Aparece en los movimientos curvilíneos.
Es la fuerza que tiende a alejar a un cuerpo hacia fuera cuando describe un movimiento curvilíneo y es la que intenta mantener el movimiento rectilíneo.
o Fuerza centrípeta
Aparece en los movimientos curvilíneos.
Es la fuerza que tiende a acercar a un cuerpo hacia dentro cuando describe un movimiento curvilíneo.
LEYES DE LA DINÁMICA
LEY I (Ley de la inercia)
o Enunciado: Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, si sobre él no actúa ninguna fuerza que le obligue a salir de tal estado.
o Consecuencias
o Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, su velocidad permanece constante.
o Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza: si está en reposo, seguirá en reposo y si está en movimiento tendrá un movimiento rectilíneo uniforme.
o Para que se produzca un cambio de velocidad, y por tanto haya aceleración, tiene que estar actuando una fuerza sobre el cuerpo.
o La inercia es la resistencia que opone un cuerpo para cambiar su estado o la dirección de su movimiento. Es una propiedad de los cuerpos y cuanto mayor sea la masa de un cuerpo mayor será su inercia.

                                                                TRABAJO Y ENERGIA
En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.
El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra \ W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.
Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,  nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.
Matemáticamente se expresa como:
W = \mathbf F \cdot \mathbf d = F d \cos\alpha
Donde F es el módulo de la fuerza, d es el desplazamiento y α es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento ......

* Qué significa que una fuerza efectúe trabajo sobre un cuerpo, y cómo calcular la cantidad de trabajo realizada.
* La definición de energía cinética (energía de movimiento) de un cuerpo, y lo que significa físicamente.
* Cómo el trabajo total efectuado sobre un cuerpo cambia la energía cinética del cuerpo, y cómo utilizar este principio para resolver problemas de mecánica.
* Cómo usar la relación entre trabajo total y cambio de energía cinética, cuando las fuerzas no son constantes y el cuerpo sigue una trayectoria curva, o ambas situaciones.
*  Cómo resolver problemas que implican potencia (tasa para efectuar trabajo).
* Cómo utilizar el concepto de energía potencial gravitacional en problemas que implican movimiento vertical.
* Cómo utilizar el concepto de energía potencial elástica en problemas que implican un cuerpo en movimiento unido a un resorte estirado o comprimido.
* La distinción entre fuerzas conservativas y no conservativas, y cómo resolver problemas donde ambos tipos de fuerzas actúan sobre un cuerpo en movimiento.
* Cómo calcular las propiedades de una fuerza conservativa conociendo la función de energía potencial correspondiente.
*  Cómo emplear diagramas de energía para entender el movimiento rectilíneo de un objeto bajo la influencia de una fuerza conservativa.

                                                          MOMENTOS, CHOQUES
l choque se define como la colisión entre dos o más cuerpos.
Un choque físico o mecánico es percibido por una repentina aceleración o desaceleración causada normalmente por un impacto, por ejemplo, de una gota de agua, aunque también una explosión causa choque; cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque. Lo que mayormente lo caracteriza es la duración del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energía entre los cuerpos.
Un choque suele medirse con un acelerómetro. Esto describe un choque de pulso, como una parcela de aceleración en función del tiempo. La aceleración se puede tomar en unidades de metro por segundo al cuadrado. A menudo, por conveniencia, la magnitud de un choque se mide como un múltiplo de la aceleración de la (gravedad), g, que tiene un valor de 9,80665 m.s-2 a nivel del mar. Así, un choque de "20g" es equivalente a aproximadamente 196 m/s2. Un choque puede ser caracterizado por la aceleración máxima, la duración y la forma del pulso de choque (la mitad seno, triangular, etc.)
Si el Universo, en su mecánica, es un reloj perpetuo, ¿Qué mantendrá su marcha hasta el final de los tiempos? Tomando un ejemplo de Descartes, el momento lineal-el producto de masa por velocidad- cantidad de movimiento-siempre se conserva. La "Segunda ley de Newton" materializa el concepto de conservación del momento lineal. Esta ley proporciona un convincente principio para analizar los choques, incluso en una mesa de billar. Objetivos
pedagógicos: Reconocer la conservación del momentolineal como una consecuencia de la "Segunda ley de Newton". Identificar cuándo se conserva el momento lineal de un sistema. Reconocer la conexión entre energía cinética y momento lineal. Resolver problemas con choques elásticos y no elásticos. Interpretar la relación entre impulso y tiempo medio de acción de una fuerza.

                                                                            ONDAS
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Las únicas ondas que pueden propagarse en el vacío son las ondas electromagnéticas.

El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material.

Un cuerpo al vibrar imprime un movimiento de vaivén (oscilación) a las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire se eleve y descienda alternativamente. Estos cambios de presión se trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la onda en que la presión aumenta (las moléculas se juntan) se llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye (las moléculas se alejan) se llaman enrarecimientos.

Según la dirección de propagación, clasificamos las ondas en dos tipos:

Ondas Longitudinales:
Es cuando la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio, de este tipo son las ondas sonoras. Un resorte que se comprime y estira también da lugar a una onda longitudinal.

Ondas Transversales:
Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Las ondas transversales se caracterizan por tener montes y valles. Por ejemplo, las ondas que se forman sobre la superficie del agua al arrojar una piedra o como en el caso de una onda que se propaga  a lo largo de una cuerda tensa a la que se le sacude por uno de sus extremos.
En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.

Definiciones

Una vibración puede definir las características necesarias y suficientes que caracterizan un fenómeno como onda. El término suele ser entendido intuitivamente como el transporte de perturbaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él. En una onda, la energía de una vibración se va alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga en el medio circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta noción es problemática en casos como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas condiciones) donde la transferencia de energía se propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío, donde el concepto de medio no puede ser aplicado.
Por tales razones, la teoría de ondas se conforma como una característica rama de la física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos ondulatorios independientemente de cual sea su origen físico (Ostrovsky y Potapov, 1999). Una peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren propiedades muy particulares que las distinguen de unos fenómenos a otros. Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas electromagnéticas (que son las que gobiernan los fenómenos ópticos). Conceptos tales como masa, cantidad de movimiento, inercia oelasticidad son conceptos importantes para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia de en las ópticas, donde estas no tienen una especial relevancia. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire: vórtices, ondas de choque. En el caso de los sólidos: dispersión. En el caso del electromagnetismo presión de radiación.)

Elementos de una Onda

  • Cresta: La cresta es el punto de máxima elongación o máxima amplitud de la onda; es decir, el punto de la onda más separado de su posición de reposo.
  • Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.
  • Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
  • Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración por unidad de tiempo. En otras palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.
  • Valle: Es el punto más bajo de una onda.
  • Longitud de onda: Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas, o la distancia entre dos crestas consecutivas.
  • Nodo: es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
  • Elongación: es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.
  • Ciclo: es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta.

  • Descripción matemática



Onda con amplitud constante.

Ilustración de una onda (en azul) y su envolvente (en rojo).
Desde un punto de vista matemático, la onda más sencilla o fundamental es la onda sinusoidal descrita por la función
f(x,t) = A\sin(\omega t-kx)\,
donde A es la amplitud de una onda (la elongación máxima o altura de la cresta de la onda). Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda — las ondas en una cuerda tienen una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presión (pascales) y ondas electromagnéticas como la amplitud del campo eléctrico (voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posición. La forma de la variación de amplitud es llamada laenvolvente de la onda.
La longitud de onda (simbolizada por λ) es la distancia entre dos crestas o valles seguidos. Se mide en unidades de longitud, tales como el metro(m), sus múltiplo o submúltipos según convenga. Así, en la óptica, la longitud de onda de la luz se mide en nanómetros.
Un número de onda angular k puede ser asociado con la longitud de onda por la relación:
k = \frac{2 \pi}{\lambda} \,

Cada partícula de un medio material en el que se propaga una onda mecánica de desplazamiento transversal realiza una oscilación armónica simple en dirección transversal a la dirección de propagación de la onda.
El periodo T es el tiempo requerido para que el movimiento de oscilación de la onda describa un ciclo completo. La frecuencia f es el número de ciclos completos transcurridos en la unidad de tiempo (por ejemplo, un segundo). Es medida en hercios. Matemáticamente se define sin ambigüedad como:
f=\frac{1}{T} \,
En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recíprocas entre sí.
La frecuencia angular ω representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada con la frecuencia por
\omega = 2 \pi f = \frac{2 \pi}{T} \,
Hay dos velocidades diferentes asociadas a las ondas. La primera es la velocidad de fase, la cual indica la tasa con la que la onda se propaga, y esta dada por:
v_p = \frac{\omega}{k} = {\lambda}f
La segunda es la velocidad de grupo, la cual da la velocidad con la que las variaciones en la forma de la amplitud de la onda se propagan por el espacio. Esta es la tasa a la cual la información puede ser transmitida por la onda. Está dada por:
v_g = \frac{\partial \omega}{\partial k} \,


                                                        GRAVITACION

La ley de la Gravitación Universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Ésta fue presentada por Isaac Newton en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687, donde establece por primera vez una relación cuantitativa (deducida empíricamente de la observación) de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.
Así, con todo esto resulta que la ""ley de la Gravitación Universal"" predice que la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas m1 y m2 separados una distancia d es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir

F = G \frac {m_{1}m_{2}} {r^2}

                                                      HIDROTASTICA

La hidrostática: Es una rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir; sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área (A) de la siguiente forma: P=F/A La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente: P = Po + ρgy Siendo: P: Presión total Po: Presión superficial ρ: Densidad del fluido g: Intensidad gravitatoria de la Tierra y: Altura neta Las características de los líquidos son las siguientes: 
a) Viscosidad. Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. 
b) Tensión Superficial. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre moléculas de un líquido.
 c) Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. 
d) Adherencia. Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto. 
e) Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados llamados capilares. 

Principio de Pascal 
El principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: «el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (generalmente se trata de un líquido incompresible), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo». Es decir, que si se aplica presión a un liquido no comprimible en un recipiente cerrado, ésta se transmite con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por ejemplo, en la prensa hidráulica o en el gato hidráulico; ambos dispositivos se basan en este principio. La condición de que el recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de transmitirse a todos los puntos del líquido. 

Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.
La hidrostática tiene como objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente varios de sus principios también se aplican a los gases. El termino de fluido se aplica a líquidos y gases por que ambos tienen propiedades comunes. No obstante conviene recordar que un gas puede comprimirse con facilidad, mientras un liquido es prácticamente incomprensible.
La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área (A) de la siguiente forma:
La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente:
P = Po + ρgy
Siendo:
P: Presión total
Po: Presión superficial
ρ: Densidad del fluido
g: Intensidad gravitatoria de la Tierra
y: Altura neta
Las características de los líquidos son las siguientes: a) Viscosidad. Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. b) Tensión Superficial. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre moléculas de un líquido. c) Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. d) Adherencia. Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto. e) Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados llamados capilares.
La hidrodinámica estudia el movimiento de los fluidos. En este video analizaremos la ecuación de Bernoulli: que significa cada término de la ecuación. Veremos como son los cambios de presión hidrodinámica a lo largo de tuberías que cambian de sección. Analizaremos la relación entre sección, velocidad y presión en un fluido en movimiento.



ATTE. 
PROF. JAIME OCHARAN
ALUMNO: LUIS VALDIVIA






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