Masa Peso

Masa Peso

La masa y el peso son diferentes propiedades, que se definen en el ámbito de la física. La masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que el peso es una medida de la fuerza que es causada sobre el cuerpo por el campo gravitatorio de un cuerpo.

Por lo tanto la masa de un objeto no cambiará de valor sea cual sea la ubicación que tenga sobre la superficie de la Tierra (suponiendo que el objeto no está viajando a velocidades relativistas con respecto al observador),​ mientras que si el objeto se desplaza del ecuador al Polo Norte, su peso aumentará aproximadamente 0,5 % a causa del aumento del campo gravitatorio terrestre en el Polo.​

En forma análoga, en el caso de astronautas que se encuentran en condiciones de micro gravedad, no es preciso realizar ningún esfuerzo para levantar objetos del piso del compartimento espacial; los mismos “no pesan nada”. Sin embargo, dado que los objetos en micro gravedad todavía poseen su masa e inercia, un astronauta debe ejercer una fuerza diez veces más grande para acelerar un objeto de 10 kilogramos a la misma tasa de cambio de velocidad que la fuerza necesaria para acelerar un objeto de un kilogramo.

En la Tierra, una simple hamaca puede servir para ilustrar las relaciones entre fuerza, masa y aceleración en un experimento que no es influido en forma apreciable por el peso (fuerza vertical descendente). Si nos paramos detrás de un adulto grande que este sentado y detenido en la hamaca y le damos un fuerte empujón, el adulto se acelerará en forma relativamente lenta y la hamaca solo se desplazará una distancia reducida hacia adelante antes de comenzar a moverse en dirección para atrás. Si ejerciéramos la misma fuerza sobre un niño pequeño que estuviera sentado en la hamaca se produciría una aceleración mucho mayor, ya que la masa del niño es mucho menor que la masa del adulto.

Cuadro Comparativo

La masa	El peso
la masa es la cantidad de materia de los cuerpos	el peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre una masa
La masa se mide en kilogramos(kg) o en gramos(g)	El peso se mide en newtons(N)
La masa es una Magnitud tensorial extensiva	El peso es una Magnitud vectorial extensiva
La masa se mide con la balanza	el peso se mide con el dinamómetro

Formulas:

Aquí dejo una presentación con ejemplos: https://www.edmodo.com/file/view-office-online?id=c266e075f1a1c6276c115356363689ad

Vídeos con ejemplos:

https://www.youtube.com/watch?v=xbhKLuLrKZY

https://www.youtube.com/watch?v=XZB924RFXJ8

Tiro parabólico

Tiro parabólico 

Se denomina movimiento parabólico, al movimiento realizado por cualquier objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. El movimiento parabólico es un ejemplo de un movimiento realizado por un objeto en dos dimensiones o sobre un plano. Puede considerarse como la combinación de dos movimientos que son un movimiento horizontal uniforme y un movimiento vertical acelerado.

En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central (como el de la Tierra), el movimiento es elíptico. En la superficie de la Tierra, ese movimiento es tan parecido a una parábola que perfectamente podemos calcular su trayectoria usando la ecuación matemática de una parábola. La ecuación de una elipse es bastante más compleja. Al lanzar una piedra al aire, la piedra intenta realizar una elipse en uno de cuyos focos está el centro de la Tierra. Al realizar esta elipse inmediatamente choca con el suelo y la piedra se para, pero su trayectoria es en realidad un "trozo" de elipse. Es cierto que ese "trozo" de elipse es casi idéntico a un "trozo" de parábola. Por ello utilizamos la ecuación de una parábola y lo llamamos "tiro parabólico". Si nos alejamos de la superficie de la Tierra sí tendríamos que utilizar una elipse (como en el caso de los satélites artificiales).

El movimiento parabólico puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

El tiro parabólico tiene las siguientes características:

• Conociendo la velocidad de salida (inicial), el ángulo de inclinación inicial y la diferencia de alturas (entre salida y llegada) se conocerá toda la trayectoria.
• Los ángulos de salida y llegada son iguales (siempre que la altura de salida y de llegada sean iguales).
• La mayor distancia cubierta o alcance se logra con ángulos de salida de 45º.
• Para lograr la mayor distancia fijado el ángulo el factor más importante es la velocidad.
• Se puede analizar el movimiento en vertical independientemente del horizontal.

Formulas:

Vídeos que te pueden ayudar con ejemplos:

https://www.youtube.com/watch?v=hGjyJ2hpbVA

https://www.youtube.com/watch?v=xHJ4_PLRCYQ

https://www.youtube.com/watch?v=tVkpuiQlqFo

Tiro Vertical

Tiro vertical

La noción de tiro vertical aparece en el campo de la física. Se trata de un movimiento rectilíneo uniforme variado, también conocido como MRUV. En un tiro vertical, la velocidad cambia y existe una aceleración que está dada por la acción de la gravedad.

El tiro vertical, cuya dirección puede ser descendente o ascendente, tiene una velocidad inicial que resulta diferente a cero. El cuerpo en cuestión se lanza hacia arriba, impulsado con una cierta velocidad. Luego regresa al punto de partida con la misma velocidad, aunque en un sentido contrario al que tenía en el momento del lanzamiento.

Puede decirse, de este modo, que el cuerpo lanzado en un tiro vertical sube y luego baja, regresando al punto de partida. Cuando el cuerpo alcanzó la altura máxima, la velocidad resulta nula. En ese instante, el cuerpo deja de subir e inicia su descenso. El tiempo que el cuerpo demora en llegar a la altura máxima resulta idéntico al tiempo que tarda en volver a su punto de partida.

Formulas:

Aquí algunos vídeos con ejemplos para entenderlos mejor:

https://www.youtube.com/watch?v=Czw7G5EV_zU

https://www.youtube.com/watch?v=KqRGZRtsdk4

Movimiento rectilíneo uniforme acelerado

Movimiento rectilíneo uniforme acelerado

El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), también conocido como movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV), es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.

Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de caída libre vertical, en el cual la aceleración interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la gravedad.

También puede definirse como el movimiento que realiza una partícula que partiendo del reposo es acelerada por una fuerza constante.

El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) es un caso particular del movimiento uniformemente acelerado(MUA).

Formulas:

Aquí una presentación del tema: https://api.edmodo.com/files/841078830/download?f=dzlljifdx1ykrn82n987wbe6k

Problemas resueltos: https://www.youtube.com/watch?v=UP796d8DIFM

Leyes de newton

LEYES DE NEWTON

Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton o Leyes de la Dinámica, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquel relativos al movimiento de los cuerpos o sea se explicaba el movimiento de los cuerpos así como sus efectos y causas. Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas.

FUNDAMENTOS TEORICOS DE LAS LEYES DE NEWTON.

Newton planteó que todos los movimientos se atienen a tres leyes principales formuladas en términos matemáticos y que implican conceptos que es necesario primero definir con rigor. El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que identifica con "cantidad de materia" otro concepto es la fuerza, causa del movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m.

Fuerza

• Causa del movimiento (F).

Masa

• Medición de la cantidad de materia puesta en movimiento (m).

Newton asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad. En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento.

PRIMERA LEY DE NEWTON

También llamada “Ley de la inercia” dice que todo cuerpo continúa en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en una línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas aplicadas sobre él.

El movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero A sentado un tren, otro pasajero B también sentado esta en reposo, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, tanto el pasajero A como el B se están moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.

La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

LA SEGUNDA LEY DE NEWTON

También llamada la “Ley de la fuerza” La fuerza define la dirección en que el cuerpo se pone en movimiento o cambia dicho movimiento. Ambas, fuerza y masa, determinan la rapidez con que el cuerpo cambia su reposo o movimiento: cuanto mayor sea la fuerza aplicada y menor la masa del cuerpo, mayor será dicha rapidez.

Esta ley se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. En términos matemáticos se expresa mediante la relación:

F = m • a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
→      →
F = m • a

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s², o sea,

1 N = 1 Kg • 1 m/s²

La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante.

TERCERA LEY DE NEWTON

También conocida como la ley de acción y reacción esta ley dice, Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro B, entonces, el cuerpo B ejercerá una fuerza sobre el A, de igual valor; pero en sentido contrario. 

Matemáticamente la tercera ley del movimiento de Newton suele expresarse como sigue:

F1 = F2'

donde F1 es la fuerza que actúa sobre el cuerpo 1 y F2' es la fuerza reactiva que actúa sobre el cuerpo 2.

EJERCICIO:

1)     Un futbolista patea una pelota de masa 0,5 Kg con una aceleración de 2 m/s² y una dirección al eje X positivo. Determinar la fuerza de reacción que siente el pie del futbolista.

Se aplica la ecuación de la fuerza para determinar el módulo de la misma

Fuerza = masa * aceleración

F = 0,5 * 2 = 1N

El vector fuerza será:

Vf = (1,0) N

Por lo tanto la reacción que es ejercida sobre el pie del futbolista es:

Reacción del Vf = - Vf = (-1,0) N

Link de video para entender mejor:

https://www.youtube.com/watch?v=S3QlbbUmszE

Movimiento circular

Movimiento circular

El movimiento circular es el que recorre una partícula o cuerpo por una circunferencia. Este movimiento tiene un eje y todos los puntos por los que pasa la partícula se encuentran a una distancia constante (r) del eje.

Existen diferentes variables o conceptos muy importantes para explicar el movimiento circular:

Eje: punto fijo en el centro de la circunferencia por la que gira el cuerpo.

Radio: distancia a la que gira el punto P sobre el eje O (en nuestro caso r).

Posición: punto P en el que se encuentra la partícula.

Velocidad angular: define la variación angular por unidad de tiempo (ω).

Velocidad tangencial: es el módulo de la velocidad en cualquier punto del giro y viene definido como el recorrido, en unidades de longitud, que describe P por unidad de tiempo (v_t).

Aceleración angular: es el incremento de velocidad angular por unidad de tiempo (α).

Aceleración tangencial: se define como el incremento de velocidad lineal por unidad de tiempo (a_t).

Aceleración centrípeta: componente que va dirigida hacia el centro de la circunferencia. Representa el cambio de dirección del vector velocidad (a_cen).

Período: tiempo T que tarda la partícula en dar una vuelta al círculo.

Frecuencia: número de vueltas f que recorre la partícula en una unidad de tiempo. Se expresa en ciclos/seg o hertzios.

Tipos de movimientos circulares.

Movimiento circular uniforme (MCU)

 es el movimiento que describe una partícula cuando da vueltas sobre un eje estando siempre a la misma distancia (r) del mismo y desplazándose a una velocidad constante.

Formulas

φ=φ0+ω⋅t

ω=constante

α=0

Donde:

• φ, φ0: Posición angular del cuerpo en el instante estudiado y posición angular del cuerpo en el instante inicial respectivamente. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián (rad).
• ω: Velocidad angular del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián por segundo (rad/s).
• α: Aceleración angular. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián por segundo al cuadrado (rad/s²).

LABORATORIO

Aquí podemos ver el tipo de movimiento  que es y varios resultados si quieres experimentar esto aquí el link: https://www.fisicalab.com/apartado/ecuaciones-mcu#contenidos

Ahora te dejamos un problema para que entiendas

Un tren de juguete apodado "el torpedo" recorre una trayectoria circular de 2 metros de radio sin posibilidad de cambiar su velocidad lineal. Sabiendo que tarda 10 segundos en dar una vuelta, calcular:

a) Su velocidad angular y su velocidad lineal.
b) El ángulo descrito y el espacio recorrido en 2 minutos.
c) Su aceleración.

SOLUCIÓN

Cuestión   a)

Datos

R = 4 m
T = 10 s

RESOLUCIÓN

Para calcular la velocidad angular, utilizaremos la siguiente expresión:

ω=2⋅πT⇒      ω=6.28 rad10 s⇒      ω=0.628 rad/s

La velocidad lineal es:

v=ω⋅R⇒       v=0.628 rads/⋅2 m⇒      v=1.26 m/s

Cuestión b)

Datos

ω = 0.628 m
t = 2 min = 120 s
R = 2 m
φ₀ = 0 rad (Suponemos que el ángulo inicial es 0 rad).
s₀ = 0 m (Suponemos que el espacio recorrido inicial es 0 m

Resolución

Para calcular el ángulo recorrido:

φ=φ0+ω⋅t ⇒     φ=0 rad+0.628 rad/s⋅120 s ⇒     φ = 75.36 rad

y el espacio recorrido:

s=φ⋅R ⇒   s=75.36 rad⋅2 m =150.72 m

Cuestión c)

Dado que nos encontramos ante un m.c.u. los valores de las aceleraciones que podemos calcular en este tipo de movimiento son:

Α =0 rad/s²          ⋮an =v2 R=ω2⋅R = 0.7887 m/s²     ⋮ at =0 m/s²     

Y por si no entendiste o tienes dudas  aquí el link de algunos videos:

https://www.youtube.com/watch?v=4RPkEJsqlxE

https://www.youtube.com/watch?v=uGZH74f257o

https://www.youtube.com/watch?v=k2KUBA-lhmw

Energía cinética y potencial

ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL

La energía es una magnitud física que se muestra en múltiples manifestaciones. Definida como la capacidad de realizar trabajo y relacionada con el calor,  se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.

ENERGÍA CINÉTICA

El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:

E_c=(¹/₂) mv²

El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la energía cinética o de las Fuerzas Vivas.

La unidad en que se mide tanto la energía cinética como la potencial en el Sistema Internacional es “JULIO” .

EJERCICIO:

Calcula la energía cinética de un coche de 860 kg que se mueve a 50 km/h.

Primero pasaremos los 50Km/h a m/s = 13,9m/s.

Ahora solo lo aplicamos a la formula.

Ec = 1/2 860Kg x 13,9²m/s = 83.000Julios

Links de este tipo de energía y problemas para entender mejor el tema:

https://www.youtube.com/watch?v=wovy_uC3iA0

https://www.youtube.com/watch?v=l_p6Nby2WdM

https://www.youtube.com/watch?v=xKgiFBqjCzM

ENERGÍA POTENCIAL

Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto.

 A diferencia de la energía cinética, que era de un único tipo, existen 3 tipos de energía potencial: potencial gravitatoria, potencial elástica y potencias eléctrica.

ENERGIA POTENCIAL GRAVITATORIA.

Todo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética.

Un ejemplo clásico de energía potencial gravitatoria es un cuerpo situado a una cierta altura h sobre la superficie terrestre. El valor de la energía potencial gravitatoria vendría entonces dado por:

Donde "m" es la masa en Kilogramos, "g" el valor de la gravedad (9,8m/s² ) y "h" la altura a la que se encuentra
expresada en metros.

EJERCICIO:

¿Qué energía potencial tiene un ascensor de 800 Kg en la parte superior de un edificio, a 380 m sobre el suelo? Suponga que la energía potencial en el suelo es 0.

RESULTADO:

Epg = (800 Kg) (9.8 m/s²) (380 m) = 2,979,200 J = 2.9 MJ (megaJulios)

ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA.

Otra forma común de energía potencial es la que posee un muelle cuando se comprime. Esta energía potencial elástica tiene un valor igual a:

Donde "K" es una constante elástica característica de cada muelle medida en N/m (newtons partido por metros) y "x" es la longitud que adquiere el muelle o el desplazamiento o deformación desde la posición normal medido en metros (estiramiento del muelle). Con estas unidades el resultado será en Julios.

EJERCICIO:

Una fuerza de 540 N estira cierto resorte una distancia de 0.150 m ¿Qué energía potencial tiene el resorte cuando una masa de 60 Kg cuelga verticalmente de él?

SOLUCIÓN:

Una fuerza de 540 N estira el resorte hasta 0.150 m. La constante de fuerza es:

k = Fe / x = 540 N / 0.150 m = 3600 N / m.

Luego, la deformación x del resorte causada por el peso del bloque es:

x = Fe / k = (m*g) / k

x = ((60 Kg)*(9.8 m/s²)) / (3600 N/m) = 0.163 m

La energía potencial elástica almacenada en el resorte es:

Epel = 1/2 * (3600 N/m) * (0.163 m)² = 47.82 J

Para aclarar tus dudas ve aquí a las links de los videos:

https://www.youtube.com/watch?v=pH8OD8TDHOY

https://www.youtube.com/watch?v=i4CVMVYh76s

https://www.youtube.com/watch?v=xuZZTwX_l4g