Mecánica y definiciones básicas Días 4 al 6

• Velocidad • Aceleración• Movimiento• Peso • Momento • Trabajo• Potencia • Energía• Calor

¿Qué es la mecánica?

La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.

Hay muchas clases de mecánicas pero en este caso vamos a centrarnos en la clásica o Newtoniana que estudia la cinemática (como se mueven los cuerpos) la estática (equilibrios de fuerzas) y la dinámica (origen del movimiento debido a fuerzas.).

La mecánica cuántica es muy interesante y la mayoría de las aplicaciones médicas están basados en fenómenos cuánticos. Se irán explicando tal como salen en la materia aunque no se explique la mecánica cuántica en si.

Este tipo de mecánica está descrito ya desde hace 300 años y está comprobado que funciona y describe correctamente el mundo en el que vivimos.

Notación vectorial y ejes de coordenadas.

El espacio tiempo es el mundo en el que vivimos (x,y,z,t).

En física hay magnitudes escalares que están definidas con un valor (masa, temperatura, tiempo, etc.). Luego hay magnitudes que tienen que definirse con magnitudes vectoriales. Por ejemplo la velocidad que tiene un valor pero también una dirección.

Describir producto escalar y vectorial de vectores asi como las funciones trigonométricasbásicas.

Movimiento, velocidad y aceleración:

La posición es la localización en el espacio tiempo de algo. La velocidad es una magnitud física que representa el desplazamiento por unidad de tiempo.La aceleración es una magnitud física que representa el cambio de la velocidad con el tiempo.

Estas tres magnitudes están obviamente relacionadas. La aceleración es el cambio de velocidad mientras que la velocidad indica el cambio de posición con tiempo. Todas estas unidades son vectoriales.

La posición viene descrito por el valor r Si la posición cambia y es un cambio finito se representa por el símbolo Δr si es un cambio infinitesimal se representa por dr.

La velocidad viene dado en el SI por m/s y es una magnitud vectorial.

Hay dos velocidades la media y la instantánea (notación matemática).

Calcular la velocidad match 1 (340 m/s en km/h) y la velocidad de 80 km/h en m/s.

¿Cuanto tarda un objeto de 100 kg en caer al suelo desde 100 m de altura? ¿Y uno de 1 kg?¿Si un coche acelera de 0 a 100 km/h en 4.5 s cual es su aceleración en m/s?

La aceleración también es vectorial y en el SI viene dado por m/s2.

El valor de aceleración más importante es el de la gravedad que equivale a 9.8 m/s2

Las relaciones matemáticas entre estas cantidades son para el movimiento rectilíneo como siguen:

Peso

El peso la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre un cuerpo. Al igual que la fuerza, el peso es una magnitud vectorial, de modo que está caracterizado por su magnitud y dirección, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra

Peso y masa no son lo mismo.

Como es una fuerza las unidades SI son Newtons (recordar F=ma).

¿Si salto 3 m en la tierra, cuanto podría saltar en la luna donde g es 1,625?

Momento

La cantidad de movimiento, momento lineal, ímpetu o moméntum es una magnitud vectorial, que en mecánica clásica se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado.

p=mv Las unidades en el SI son kgm/s

En un sistema cerrado el momento se conserva (al igual que la energía).

Superman quiere parar el tren vuela contra el. El pesa 100 kg y el tren 50000 Toneladas y va a 100 km/h. Que velocidad tiene que traer Superman para detenerlo. ¿Es físicamente posible?

http://www.youtube.com/watch?v=jid7Nlzfet8

Trabajo

Energía

Ejemplo: Hallar la velocidad con la que sale una bala después de atravesar una tabla de 7 cm de espesor y que opone una resistencia constante de F=1800 N. La velocidad inicial de la bala es de 450 m/s y su masa es de 15 g.

La conservación de la energía.

“La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma”. De este modo, la cantidad de energía inicial es igual a la final.“La energía se degrada continuamente hacia una forma de energía de menor calidad (energía térmica)”. Dicho de otro modo, ninguna transformación se realiza con un 100% de rendimiento, ya que siempre se producen unas pérdidas de energía térmica no recuperable. El rendimiento de un sistema energético es la relación entre la energía obtenida y la que suministramos al sistema.

Un bloque de masa 0.2 kg inicia su movimiento hacia arriba, sobre un plano de 30º de inclinación, con una velocidad inicial de 12 m/s. Si el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0.16. Determinar:la longitud x que recorre el bloque a lo largo del plano hasta que se para y la velocidad v que tendrá el bloque al regresar a la base del plano

W=-Fr·x=-μ·mg·cosθ·x

Calor

El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.

La unidad de medida del calor (que también es energía) es el J.

Una unidad muy usada la caloría= a la energía necesaria para subir 1 grado 1 gm de aguaA 1 atm de presión , equivale a 4,16868 J

Potencia