lunes, 31 de mayo de 2010

Conceptos de la luz

Reflexión: Ocurre cuando un rayo incide sobre una superficie.

Refracción: Ocurre cuando un rayo pasa de un medio de propagación a otro. En la refracción, la luz se mueve con diferente rapidez en medios distintos.

Difracción: Es cuando la luz rodea discretamente los bordes de los objetos.

TERMODINÁMICA

Estudia el calor y su transformación en energía mecánica en sistemas térmicos, Si se basa en las siguientes leyes.

La primera ley de la termodinámica:

Refleja la continuidad de la energía relacionando la energía interna de in sistema con la transferencia de energía en forma de calor y de trabajo ecuación asociada a esta primera ley:
Q= AU+W
En donde:
U = Es la energia transferida al sistema en forma de calor
W = Es el trabajo realizado sobre o por el sistema
Ademas la primera ley aplica en diferentes procesos termodinamicos:
Ø Proceso isoborico:Es el que tiene lugar a volumen constante y este tipo de proceso no se realiza trabajo
Ø Proceso Isotemico: Es aquel que trancurre a temperatura constante y el trabajo realizado sobre un gas ideal durante el proceso es:
W = PV Ln (Vf/Vi)
Ø Proceso Isoborico: Es aquel en el que la presion se mantiene constante y el trabajo realizado sobre el gas durnte el proceso es:
W = P(Vf - Vi)
Ø Proceso adiabatico: Es aquel en el que no se utiliza transferencia de energia en forma de calor entre el sistema y sus alrededores, Q = 0, y la primera ley se expresa:
AU = -W
SEGUNDA LEY
Tiene varias formas de anunciarse, se refiere a como se puede transferir el calor y a la imposibilidad de convertir todo el calor que se le suministra a una mquina en trabajo mecanico.
En las maquinas termicas se determina la eficiencia en funcion del trabajo que se realiza y el calor que se le suministra:
E = W/Q
O bien en terminos de calor suministrado y el calor liberado
E = 1 – Qs / Qe
Como las maquinas termicas funcionan entre dos dispositivos que estan a diferente temperatura, entonces la eficiencia es:
E = 1 – Tf / Tc
Las bombas de calor o refrigeradores operan de manera invesa que una maquina termica. El coeficiente de realizacion o comportamiento es:

COP = Tf / Te - Tf

Entropia: Es la medida del desorden de un sistema.

domingo, 30 de mayo de 2010

PROBLEMAS DE FÍSICA

Determinar T1 y T2


ΣFx = 0
T1 Cos 10° + T2 Cos 40° = 0
1) 0.9848T1 + 0.7660T2 = 0
ΣFy = 0
T1 Sen 10° + T2 Sen 40° -1177.2N
2) 0.1736T1 + 0.6427T2 = 1177.2N
Se forma un sistema de ecuaciones:
0.9848T1 + 0.7660T2 = 0
0.1736T1 + 0.6427T2 = 0
Se despeja a T1
T1 = 0.7660/0.9848
T1 = 0.777T2
Se sustituye en la ec 2)
0.1736 (0.777T2) + 0.6427T2 = 1177.2N
0.1348T2 + 0.6427T2 = 1177.2N
0.7775T2 = 1177.2N
T2= 1514.08N
T1 = (0.777)(1514.08N)
T1 = 1176.44N

Equilibrio Rotacional

Ocurre cuando un cuerpo o sistema no gira con respecto a algún punto, aunque exista una tendencia.

Es decir cuando ocurre dos cosas:

1) La velocidad rotación angular es constante.

2) Cuando el eje de rotación no cambia de dirección en el tiempo.




Su formula es:


M = F*r

Donde:


M = Momento de fuerza


F = Fuerza que se aplica


r = Brazo de palanca






Problemas de E quilibrio Rotacional


Una persona aplica una fuerza de 90N en el extremo de una llave, como se observa en la figura si la longitud de la llave es de 25cm. Calcula el momento de torsión que se ejerce sobre la tuerca.

M = F*r
M = (90N)(0.25m) = 22.5Nm
Una persona empuja una puerta perpendicularmente con una fuerza de 9N, si el momento de torsión que se produce es de 5.4Nm. ¿Cuál es el brazo de la palanca que utiliza?

M = F*r


Se despeja:

r= m/F


r = 5.4Nm/9N = 0.6m






Equilibrio traslacional

Seguramente estas familiarizado con la idea básica del concepto fuerza. De tu experiencia cotidiana sabes que aplicas una fuerza cuando jalas o empujas algún objeto. Cuando pateas un balón sabes que aplicas una fuerza. Tal vez creas que la fuerza se asocia con el movimiento, sin embargo, no siempre que se aplica una fuerza se produce movimiento. Si empujas una de las paredes de tu salón de clases verás que no se produce movimiento alguno a pesar del esfuerzo que haces.


Decimos que un objeto se encuentra en equilibrio si no esta acelerado. Por tanto el equilibrio considera dos situaciones: cuando el objeto esta reposo o bien cuando se mueve de una velocidad constante en una trayectoria rectilínea


Decimos que un objeto esta en equilibrio traslacional cuando se encuentra en reposo o bien se mueve en línea recta con velocidad constante.

Condiciones de equilibrio: Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio, se requiere que la sumatoria de todas las fuerzas o torcas que actúan sobre él sea igual a cero. Se dice que todo cuerpo tiene dos tipos de equilibrio, el de traslación y el de rotación.


Traslación: Es aquel que surge en el momento en que todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo se nulifican, o sea, la sumatoria de las mismas sea igual a cero.


EFx = 0
EFy = 0


Rotación: Es aquel que surge en el momento en que todas las torcas que actúan sobre el cuerpo sean nulas, o sea, la sumatoria de las mismas sea igual a cero.




EMx= 0
EMy= 0

Aplicaciones: Se utiliza en todo tipo de instrumentos en los cuales se requiera aplicar una o varias fuerzas o torques para llevar a cabo el equilibrio de un cuerpo. Entre los instrumentos más comunes están la palanca,la balanza romana, la polea, el engrane, etc.









Problema del equilibrio traslacional






Una caja de 8 N está suspendida por un alambre de 2 m que forma un ángulo de 45° con la vertical. ¿Cuál es el valor de las fuerzas horizontal y en el alambre para que el cuerpo se mantenga estático?.

Primero se visualiza el problema de la siguiente manera:


A continuación se elabora su diagrama de cuerpo libre.




Ahora por medio de la descomposición de los vectores, calculamos la fuerza de cada uno de ellos.

F1x = - F1 cos 45°*

F1y = F1 sen 45°

F2x = F2 cos 0° = F2

F2y = F2sen0°=0

F3x = F3cos90°=0

F3y = - F3 sen 90° = - 8 N*


Porque los cuadrantes en los que se localizan son negativos.

Como únicamente conocemos los valores de F3, F2 y la sumatoria debe ser igual a cero en x e y, tenemos lo siguiente:

EFx=F1x+F2x+F3x=0
EFy=F1y+F2y+F3y=0

Por lo tanto tenemos lo siguiente:


EFx=-F1 cos 45+F2=0

F2=F1(0.7071)

EFy=-F1sen45-8N=0

8N=F1(0.7071)

F1=8N/0.7071=11.31 N

Para calcular F2, se sustituye F1 de la ecuación siguiente:

F2=F1(0.7071)

F2=11.31(0.7071)=8N









martes, 2 de marzo de 2010

Movimiento Circular

Un movimiento circular es aquel en que la unión de las sucesivas posiciones de un cuerpo a lo largo del tiempo (trayectoria) genera una curva en la que todos sus puntos se encuentran a la misma distancia R de un mismo punto llamado centro.
Este tipo de movimiento plano puede ser, al igual que el movimiento rectilíneo, uniforma o acelerado. En el primer caso, el movimiento circunferencial mantiene constante el módulo de la velocidad, no así su dirección ni su sentido. De hecho, para que el móvil pueda describir una curva, debe cambiar en todo instante la dirección y el sentido de su velocidad. Bajo este concepto, siempre existe aceleración en un movimiento circunferencial, pues siempre cambia la velocidad en el tiempo, lo que no debemos confundir, es que si un movimiento circular es uniforme es porque su “rapidez” es constante.





Formula




w= θ/t


En ausencia de fuerzas, el movimiento en línea recta y a velocidad constante continúa indefinidamente. El movimiento circular, sin embargo, necesita fuerzas para existir.
Imagine que tiene una piedra amarrada a una cuerda y está moviéndola en círculos de radio R (metros). Cada rotación la piedra cubre una distancia de

2pR metros

donde p = 3.14159265359. . . es la razón entre el diámetro del círculo y su circunferencia.
Figúrese además que la piedra efectúa N círculos ("revoluciones") por segundo. Como su velocidad v es igual a la distancia que se mueve en un segundo, vemos que


v = 2pNR m/s


Si tomamos el movimiento desarrollado en un momento muy breve, el trayecto AB cubierto es tan pequeño que su curvatura se puede desechar, permitiendo ver el movimiento como si fuese en línea recta, con una velocidad v. Después de un rato, no obstante, la diferencia entre este movimiento y una línea recta se hace evidente: el movimiento recto con velocidad v llevará a la partícula al punto C, a la distancia de:

AC = vt

mientras que el movimiento real la lleva al punto D en un círculo, cuyo centro se indica por O.
Es útil estimar este movimiento como la suma de dos movimientos separados: un movimiento en línea recta de A a C, y un movimiento adicional de C a D que devuelve a la partícula al círculo. Como se indicó anteriormente (en la sección sobre vectores ), cuando un movimiento es una combinación de dos movimientos simples, el desplazamiento resultante se puede obtener deduciendo de forma separada los desplazamientos producidos por cada movimiento aislado, y luego sumándolos conjuntamente.



Es movimiento resultante de la suma desde C a D es el que interesa aquí. Su dirección es siempre hacia el centro, y la distancia CD cubierta por el, indicada aquí por x, puede obtenerse del teorema de Pitágoras, aplicado al triángulo OAC (el cálculo se asemeja al que obtenía la distancia al horizonte en la sección (8a)). En ese triángulo, OA = R, AC = vt, OC = R + x. Por lo tanto


R2 + v2t2 = (R + x)2 = R2+ 2Rx + x2
Restar R2 de ambos lados
v2t2 = 2Rx + x2 = x(2R + x)



Si el intervalo de tiempo t es muy pequeño, x es mucho más pequeño que 2R y puede desecharse por equiparación. Luego:

v2t2 = 2xRó

x = 1/2 (v2/R) t2


Pero debido a una fórmula anterior, en la sección sobre la aceleración, esta es exactamente la distancia cubierta en el tiempo t por un movimiento con aceleración.

a = v2/R


El resultado anterior nos sugiere que el movimiento constante alrededor de un círculo, al menos durante un pequeño intervalo, se puede ver como la suma de un movimiento en línea recta con una velocidad fija v, más un movimiento acelerado hacia el centro de atracción, con la antedicha aceleración a.

La conclusión es correcta, aún cuando la deducción es algo irregular. La deducción convencional (como la mayoría de la teoría de los movimientos) requiere el uso del cálculo diferencial, el estudio de cantidades cambiantes y de la forma como cambian, así como también estar familiarizado con los vectores.

Aceleración centrípeta y fuerza centrípetaLa aceleración a = v2/R hacia el centro, que se necesita para mantener un objeto moviéndose en un círculo, se llama su aceleración centrípeta, del Latín petere, moverse hacia. Por las leyes de Newton, cualquier aceleración requiere una fuerza. Si una piedra (o cualquier otro objeto) de masa m gira con velocidad v alrededor de un eje central O, a la distancia R desde él, una fuerza F debe tirar constantemente de él hacia el centro y.

F = ma = mv2/R


Este es conocida como la fuerza centrípeta que, tirando continuamente de la piedra, mantiene la cuerda estirada. Si la cuerda se rompiera, por ejemplo, por el punto A del dibujo, la piedra continuará con velocidad v en línea recta a lo largo de AC. Y no volará hacia fuera a lo largo de OA, como algunos creen, ¡aún cuando esa sea la dirección en la que está estirada la cuerda!




Problemas del tiro parabólico

Ejercicio No. 2
Un atleta lanza el "martillo" durante una competencia. El martillo tiene una masa de 7.3 kg y una cadena de 1.20 metros de longitud. El atleta hizo girar el martillo a 200 rev/min y el ángulo entre el eje de rotación y la horizontal fue de 45° en el momento de lanzarlo. Calcula para el martillo:





a) La rapidez angular antes de que lo soltara el atleta.

b) La rapidez tangencial

c) la aceleración centrípeta.

d) La fuerza centrípeta.

e) La distancia a la que llega.




a) 200 rev/min 2π/rad 1/60 = 20.94 rad/s


b) v=wr

v= (20.94 rad/s )(1.20 m)

v= 25.13 m/s


c) Ac = rw^2

Ac = (1.20 m)(20.94 rad/s)^2

Ac = 526.18 m/s^2


d) Fc=mv^2/r

Fc= (7.3 kg)(25.13 m/s)/1.20 m

Fc= 3,841.7 N


e) x= vCosθt

x= (25.13 m/s)(Cosθ45°)(3.62 s)

x= 64.32 m


Nota: saque el tiempo con la formula t=vSenθ/g y lo sustituye en la formula de la distancia.


t=vSenθ/g

t= (25.13 m/s)(Senθ45°)/9.81m/s^2

t= 1.81 (2)

t= 3.62 m