FÍSICA SEGUNDO BACHILLERATO

LA CINEMÁTICA,  es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta la causa que lo produce. Para simplificar su estudio, se considera que los móviles son puntuales, es decir, con la masa concentrada en un punto  y de volumen despreciable. La posición de un móvil es el punto del espacio donde se encuentra en un instante determinado, es decir, respecto a un sistema de referencia.
¿QUE ESTUDIAR?  

CN.F.5.1.1. Determinar la posición y el desplazamiento de un objeto (considerado puntual) que se mueve, a lo largo de una trayectoria rectilínea, en un sistema de referencia establecida y sistematizar información relacionada al cambio de posición en función del tiempo, como resultado de la observación de movimiento de un objeto y el empleo de tablas y gráficas.

Obtener la velocidad instantánea empleando el gráfico posición en función del tiempo, y conceptualizar la aceleración media e instantánea REF. (CN.F.5.1.3.)

Elaborar gráficos de velocidad versus tiempo, a partir de los gráficos posición versus tiempo REF. (CN.F.5.1.4.)
Criterio de evaluación.
CE.CN.F.5.1. Obtener las magnitudes cinemáticas (posición, velocidad, velocidad media e instantánea, aceleración, aceleración media e instantánea y desplazamiento) de un objeto que se mueve a lo largo de una trayectoria rectilínea del Movimiento Rectilíneo Uniforme y Rectilíneo Uniformemente Variado, según corresponda, elaborando tablas y gráficas en un sistema de referencia establecido. 
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MATERIA BLOQUE 1

Vector posición.

Especificar la posición de un objeto es esencial en la descripción del movimiento. Algunas formas típicas, en una dimensión son

En dos dimensiones, se emplean tanto coordenadas cartesianas como polares y es común el uso de vectores unitarios. Un vector de posición r se puede expresar en términos de vectores unitarios.

En tres dimensiones se emplean coordenadas cartesianas o coordenadas polares esféricas así como otros sistemas de coordenadas para geometrías específicas.

Al cambio del vector de posición asociado con el movimiento, se le llama desplazamiento.

El desplazamiento de un objeto se define como el vector distancia que va desde una posición inicial a una posición final. Por lo tanto es diferente de la distancia recorrida por el objeto, excepto en el caso de movimiento rectilíneo. La distancia recorrida dividida por el tiempo se llama velocidad, mientras que el desplazamiento dividido por el tiempo se define como velocidad media.

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PARCIAL 4
QUE ESTUDIAR
CNF51.17. Explicar la segunda ley de Newton mediante la relación entre las magnitudes aceleración y fuerza que actúan sobre un objeto y su masa mediante experimentaciones formales o no formales.

CNF51.31. Determinar que la fuerza que ejerce un resorte es proporcional a la deformación que experimenta y está dirigida hacia la posición de equilibrio (Ley de Hooke), mediante prácticas experimentales y el análisis de su modelo matemático y de la característica de cada resorte.

Describir el trabajo mecánico a partir del análisis de la acción de una fuerza constante aplicada a un objeto que se desplaza en forma rectilínea, considerando solo el componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento. REF. (CN.F.5.2.1.)

Determinar que el trabajo realizado por un objeto utilizando la Segunda ley de Newton y las leyes de la cinemática y la conservación de la energía, a través de la resolución de problemas que involucren el análisis de sistemas conservativos donde solo fuerzas conservativas efectúan trabajo. REF. (CN.F.5.2.2.)

Explicar el concepto de potencia mediante de la comprensión del ritmo temporal con que ingresa o se retira energía de un sistema. REF. (CN.F.5.2.4)

FUERZAS EN LA NATURALEZA

La existencia de fuerzas en la naturaleza es un hecho bien conocido y fácil de observar. El viento mueve las hojas de los árboles, la corriente de un río arrastra un tronco, la red de una portería detiene un balón... Nosotros mismos ejercemos continuamente fuerzas muy diversas: al sostener un libro, al tirar del pomo de la puerta...

El kilopondio es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo de 1 kg de masa situado sobre la superficie terrestre, por eso también recibe el nombre de kilogramo-fuerza.

MASA Y FUERZA

La masa es una propiedad general de los cuerpos que representa su resistencia a alterar su estado de reposo o de movimiento.

Una fuerza es toda causa capaz de alterar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir en él una deformación. 

COMPOSICIÓN Y DESCOMPOSICIÓN E FUERZAS

Componer fuerzas es hallar una fuerza, llamada fuerza neta o resultante, que produce el mismo efecto que todas las fuerzas que actúan simultáneamente sobre el cuerpo.

F→=Fx−→+Fy−→=Fx⋅i→+Fy⋅j→

descomponer una fuerza consiste en obtener dos fuerzas llamadas componentes cuyo efecto conjunto sobre un cuerpo es el mismo que el de la fuerza inicial.

Teniendo en cuenta la definición de módulo de un vector, el módulo de la fuerza 

F→ se obtiene mediante la siguiente expresión:

F=Fx2+Fy2−−−−−−−−√

Y por medio de la definición de tangente de un ángulo agudo, podemos relacionar los módulos Fx y Fy con el ángulo α que forma F→ con el semieje X positivo de la siguiente forma:

tan(α)=FyFx

La segunda ley de Newton nos permite definir la unidad de fuerza en el Sistema Internacional, el newton.

Se define un newton como la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo de 1 kg de masa para comunicarle una aceleración de 1 m/s². Se abrevia por la letra N. Así: 1 N = 1kg·1m/s²

la segunda ley de Newton establece que toda fuerza neta o resultante ejercida sobre un cuerpo provoca en este una variación temporal de su momento lineal.

Para comprender mejor como se llega a la conclusión de que la fuerza es igual a la masa por la aceleración, conviene analizar el concepto de momento lineal.
El momento lineal de un cuerpo es una magnitud vectorial que es directamente proporcional a su masa y velocidad. Se calcula así: p = m v

Este cambio de momento lineal ∆p, aplicando la relación de fuerza  y aceleración, es producido por una fuerza F en un tiempo ∆t, matemáticamente esta ley se expresa de este modo:

Ejercicio 1

Se aplica una fuerza de 10 N sobre un cuerpo en reposo que tiene una masa de 2 kg. ¿Cuál es su aceleración? ¿Qué velocidad adquiere si se sigue aplicando la fuerza durante 10 segundos?
Solución

Despejamos la aceleración de la ecuación F = m · a

Reemplazamos datos y obtenemos la aceleración.

Para calcular la velocidad planteamos la ecuación de velocidad de MRUV.

Ejercicio 2

¿Cuál es la masa de un cuerpo que, estando en reposo, al recibir una fuerza de 10 N adquiere una aceleración de 20 m/s².

Solución

Despejamos la masa de la ecuación de la 2° ley de Newton (F = m · a) y reemplazamos por los valores indicados en el ejercicio.

Ejercicio 3

Un vehículo de 100 kg de masa se mueve en línea recta a 70 km/h. ¿Qué fuerza debe aplicarse en forma constante para que reduzca su velocidad a 20 km/h durante los siguientes 10 segundos de aplicada la fuerza?

Solución

En primer lugar pasamos ambas unidades de velocidad a m/s y calculamos la aceleración requerida.

Ahora podemos calcular la fuerza aplicando la 2° ley de Newton.

Debe aplicarse una fuerza de 139 N en sentido contrario al de la velocidad del vehículo.
Diagrama de cuerpo libre
Cuando se requiera analizar a profundidad como actúan las fuerzas sobre un cuerpo es necesario aislar el objeto de otros elementos que no son necesarios para el estudio. Esta estrategia se conoce como diagrama de cuerpo libre. Si se considera un bloque tal como se indica en la gráfica  y se observa el diagrama de cuerpo libre y la representación de las fuerzas usando el sistema de coordenada rectangulares.

Problemas de la Segunda Ley de Newton

1. Un ave de 100 g choca contra una ventana. Si la fuerza del impacto es de 5N . ¿Cuál es la aceleración del ave?

2. Una caja con masa de 50 kg es arrastrada por el piso por una cuerda que forma un ángulo de 30° con la horizontal. Si la fuerza con la que es arrastrada la caja es de 150 N ¿cuál es la aceleración con la que se mueve dicha caja?

3. Realiza el diagrama de cuerpo libre de los siguientes objetos.
1 bola estática; 2 bola estática