Buenas tardes, aquí estamos, vamos a empezar con esta tercera sesión y vamos a ver el tema 5 y recordad que hasta aquí os llega la primera PET, la primera PET que se extiende, que será la semana que viene del 25 al 28 de octubre, ¿vale? Del 25 al 28 de octubre. Al final de la clase hablaremos de la PET, porque me gustaría que ya viéramos todo lo que os entra para esta primera PET y podáis trabajarlo esta semana en casa para la semana que viene, que os animéis a hacerla, yo os lo recomiendo, ¿vale? Porque os va a ayudar a sumar puntos, ¿vale? Bueno, la primera parte, esta es una parte muy práctica, la clase de hoy, y voy a intentar ir muy rápido primero porque está cogido del libro, como veis, y voy a hacer las referencias más significativas, ¿vale? Bueno, vamos a ver aplicaciones de la primera ley de Newton, a ver, primero la primera. La primera ley de Newton, ya sabéis, nos dice que cuando el resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula es cero, el sistema está en equilibrio, o, mejor dicho, puede estar en reposo o MRU. Decir que el sumatorio de las fuerzas es cero, que, literalmente, es decir, que el resultante de las fuerzas sobre el eje X y el resultante de las fuerzas sobre el eje Y es nulo, ¿de acuerdo? Vale. Aquí tenéis un sistema en equilibrio, una cuerda, o mejor dicho, tres trozos de cuerda, uno y otro son un anillo. ¿Vale? Y nosotros, ¿cómo sería este sistema en equilibrio?, ¿qué relación habría entre T1, T2 y T3? Estamos dibujando las fuerzas en el anillo, ¿lo veis? Y si yo quiero ver qué relación existe entre T1, T2 y T3, tengo que descomponer T3 en una componente sobre el eje X y otra sobre el eje Y. La componente X es por el coseno, porque recordad que el coseno de 60 va a ser la componente T3X partido de la potencia T3 y la componente Y sería la otra expresión, es decir, seno de 60 igual a T3Y partido T3 y coseno de 60 igual a T3X partido T3. Estamos aplicando. Es una trigonometría básica, 60 es el ángulo que forma la horizontal. Si despejamos de aquí las componentes X y la componente Y, nosotros podemos establecer enseguida, ¿no?, como vemos aquí, las condiciones de equilibrio y lo que valdrá cada tensión, ¿no?, ¿vale?, porque tenemos el peso, ¿no?, ¿vale?, tenemos el peso, bueno, lo tenemos en otro lado, que es W, pero bueno. Y aplicamos que la fuerza sobre cada eje de coordenadas es cero, ¿vale?, fuerzas hacia arriba menos fuerzas hacia abajo igual a cero, fuerzas hacia la derecha menos fuerzas hacia la izquierda igual a cero, ¿no?, y a partir de aquí se puede despejar. Recordemos que, ojo, que como el cuerpo cuelga de la cuerda 1, ¿no?, T1 es igual al peso, ¿eh?, aquí lo tenéis, ¿eh? T1 es igual al peso, ¿eh?, en este primer dibujo, el diagrama del cuerpo libre del motor, ¿vale?, y a partir de aquí se obtiene. Aquí tenemos otro ejemplo, un cuerpo que descansa en un plano inclinado, ¿qué valdrá la tensión? Pues hay que descomponer el peso en dos componentes perpendiculares entre sí, siempre que tengamos un cuerpo en un plano inclinado descomponemos la tensión, perdón, el peso, y siempre vamos a tener la misma descomposición, alfa, siempre vamos a tener la misma descomposición. De manera que el seno de alfa, ¿a qué será igual? A cateto opuesto, que es Px partido de la hipotenusa P. Le vais a permitir que el peso ponga P en vez de W, porque es muy habitual verlo, ¿eh?, que no lo confundáis. Y con seno de alfa es P sub pi partido por P. A partir de aquí nosotros podemos despejar Px y Pi y tener las dos componentes. Y de acuerdo, muy interesante, también muy importante, en una condición de equilibrio sobre el eje I, la normal. Es igual a P sub pi, importante, ¿eh? Y sobre el eje X, Px es igual, ¿a qué? A la tensión. Ya lo he puesto directamente, igual, pero también podría haber puesto normal menos Pi igual a cero, que es lo que vais a ver aquí a continuación. Y podría haber puesto T menos Px igual a cero, igualmente. Es lo que aparece aquí, como veis, ¿vale? Tensión, ¿no? Menos Pi. Igual a cero, normal, no, perdón, a ver, esto no está bien, un momentito, sí, tensión, menos Px. Tensión menos Px, muy bien, que es peso por el seno, perfecto, estaba bien. Y la normal menos Pi, que es P por coseno de alfa, ¿eh?, es igual a cero. Y a partir de aquí nosotros podemos determinar la tensión y la normal en función del peso y del ángulo del plano equináculo. Aquí tenemos también un punto de equilibrio. Un sistema con una cuerda, con un carro que está subiendo, ¿no?, una cubeta que está unida y si queremos ver qué relación hay, ¿no?, qué relación debe haber entre los dos pesos para que el sistema vaya a velocidad constante. ¿Qué quiere decir que vaya a velocidad constante? Que la aceleración sea cero, que la resultante de las fuerzas sea cero. ¿Qué quiere decir esto? Pues que, como veis, en el caso de la cubeta que actúan dos fuerzas, que la tensión menos el peso sea igual a cero, ¿no?, que la tensión menos el peso sea igual a cero, ¿sí? Y sobre el carro que tenemos tensión menos Px, tensión menos P1x es igual a cero y tensión menos P2 es igual a cero. A partir de aquí, lo tenemos aquí en la siguiente página, podemos relacionar, ¿no? Como tenemos la misma tensión en ambas ramas, podemos relacionar ambos pesos y determinarlo. ¿Veis que son ejemplos sencillitos? Sencillitos, ¿eh? Vamos a pensar un momento en la segunda ley de Newton. La segunda ley de Newton, sabemos que la resultante de las fuerzas externas que actúan sobre una partícula es igual a la masa por la aceleración, ¿vale? A es la aceleración. Si estamos en un plano X y Y, tenemos que hablar de componente X y componente Y. Haremos resultante sobre el eje X y resultante sobre el eje Y. Normalmente, nosotros asumimos el movimiento sobre un eje de coordenadas siempre, ¿eh? Es lo más sencillo siempre, ¿vale? Bueno, aquí tenéis un ejemplo, ¿no?, de un velero que descansa sobre una superficie horizontal sin rozamiento. Y dice que al cabo de cuatro segundos adquiere una velocidad de seis. Bueno. Y dice que el viento sobre el velero, ¿qué fuerzas actúan sobre este velero? El peso hacia abajo, la normal hacia arriba y la fuerza del viento hacia la derecha. Alguien me puede decir, aquí dice que no hay rozamiento. Pues me da igual el peso. Porque si no hay rozamiento, este velero puede tener 100 gramos como 100 kilos como 100 toneladas. El resultado final sería el mismo. Lo que pasa es que es un caso ideal sin rozamiento, ¿eh? Es un caso ideal. Entonces, como ahí me dicen la velocidad que adquiere, ¿no? En un tiempo dado, puedo calcular, ¿qué? La aceleración. Puedo calcular la aceleración. ¿De acuerdo? Y a partir de aquí, una vez que tengo la aceleración por cinemática, que me sale 1,5, ¿no? Podré calcular esta fuerza. Porque la fuerza, ¿no? La fuerza es igual. A la masa por la aceleración. Simplemente, porque no tengo ninguna fuerza más. F igual m por a. Y muy sencillito, como veis, ¿no? 300 newtons. Sistema internacional, ¿no? ¿Qué pasaría si llevase fricción este velero? Tiene rozamiento. Y me dice que la fuerza de rozamiento valdría 100. Y quiero tener, ¿qué fuerza habría que hacer ahora para que la aceleración sea la misma? 1,5. Pues fuerzas a favor. La fuerza del viento, efectivamente, en contra de la de rozamiento, igual a m por a. Ya me dice lo que vale la fuerza de rozamiento. 100. Pues fuerzas a favor. ¿No? Menos la fuerza de rozamiento igual a m por a. Despejo cuál tiene que ser la fuerza del viento. La fuerza del viento será igual a ma más f. A ma más f. En este caso necesitaré 400 newtons. Más fuerza. ¿Sí? Aquí tenemos un elevador, ¿no? Que tiene una masa de 800 kilos. Y se mueve hacia abajo a esta velocidad. Y se detiene al recorrer 25 metros. Me pide calcular la tensión. ¿Qué tenemos que hacer? Calcular la aceleración de frenado. ¿No? ¿Cómo? Pues sabemos que recorre 25 metros al detenerse. ¿Vale? Y después, ¿qué haríamos? Aplicar la segunda ley de Newton. F igual a m por a. No tiene mayor secreto esto. ¿Vale? Aquí tenéis aplicar la segunda ley de Newton. Tensión menos el peso igual a m por a. Porque la aceleración es de frenado va hacia arriba. ¿Vale? Y calculo la aceleración. Que me sale 2 metros por segundo al cuadrado. Y a partir de aquí podré calcular la tensión que soporta la cuerda. Bueno, esto es lo que marca una balanza. Bueno. A ver, ¿qué ha pasado? Bueno. No sé cómo se ha producido esto ahora, este enganche. Ahora. Bueno, hay más ejemplos. Yo creo, me querría centrar un poco. Cuando hacéis siempre el diagrama, el diagrama del cuerpo libre, ¿no? Como veis aquí. Nunca dibujéis la aceleración como una fuerza. La aceleración siempre hay que dibujarla aparte del movimiento. No dibujéis nunca la aceleración como una fuerza. Nunca la a, o el producto m por a, aplicado sobre el cuerpo. Siempre vais a tener que dibujar muchos diagramas de fuerzas. Nunca dibujéis la aceleración sobre un cuerpo. Y ni pongáis ni mucho menos m por a que sea una fuerza. No. No la hagáis nunca. Esto lo pone vuestro libro, os lo indica. ¿No? Ese error que a veces cometemos, ¿no? O que cometen algunas personas. De confundir a o m a como una fuerza. Y no lo es. ¿Vale? Fijaos bien, como aquí os lo indica bien, como se dibujan las fuerzas sobre el cuerpo y la aceleración desplazado. No está sobre el eje x. ¿Lo veis? ¿Eh? Está indicando el sentido del movimiento. Vale. Es un ejercicio que si queréis es bueno que lo veáis. ¿No? Es un de fuerzas de interacción. Bueno, esto es un sistema de una polea. ¿No? Tenemos una polea que no hay rozamiento, por lo que vemos. ¿No? Podemos ver cuál es la tensión y la aceleración. ¿Qué fuerzas actúan sobre cada cuerpo? Vamos a verlo. El cuerpo 1 es el de la izquierda. ¿Vale? Este de aquí. ¿Qué fuerzas tenemos? El peso hacia abajo. La normal hacia arriba. ¿Qué es la normal? La normal es la reacción del peso... No. Acordaos. La normal es la fuerza de reacción que ejerce la superficie de contacto sobre el cuerpo. Sobre el cuerpo. ¿De acuerdo? Vale. La tensión. La tensión siempre es una fuerza que va del cuerpo hacia la cuerda. La tensión va siempre del cuerpo hacia la cuerda. ¿Vale? Sí. Entonces, por eso tengo una tensión que va hacia la derecha y la otra de la masa 2 que va hacia arriba. Hacia la derecha y hacia arriba. ¿Sí? De acuerdo. Entonces. Al deslizador. ¿Vale? Al deslizador. Al que se desplaza sobre el eje X. F igual a m por A. ¿Fuerzas a favor? La tensión. ¿En contra? Ninguna. No hay ninguna en contra del rozamiento. Igual a m por A. M1 por A. El cuerpo que desciende. Aquí lo tenéis. ¿Fuerzas a favor? M2G. En contra. La tensión. Igual a m2 por A. ¿Por qué pongo la misma A? Porque están unidos por una cuerda y todo tiene la misma aceleración. Eso es importante, ¿eh? Siempre que tengáis cuerpos unidos por una cuerda a través de una polea... ...tendrán siempre la misma aceleración. No ponemos A1 y A2 porque estamos generando una incógnita más. No. La A es la misma. Pues con este sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas... ...pues se puede calcular la aceleración y la tensión. ¿Vale? En función de los datos que tenemos. ¿Vale? Vale. Bueno. Esto es importante. Vamos a pararnos un poco aquí y vamos a hablar de la fuerza de fricción. Cuando hablemos ahora de fuerza de fricción... ...estamos hablando de la fuerza de rozamiento de un cuerpo sobre la superficie de contacto. ¿Y por qué existe esta fuerza de fricción? Que es la realidad. Porque siempre que nos dicen algo que no tiene rozamiento... ...es algo ideal. ¿Por qué? Porque hay una interacción de las moléculas... ...una interacción de las moléculas de la superficie en contacto y del cuerpo. Esa interacción de las moléculas de la superficie de contacto y del cuerpo... ...que hace que tengamos unas fuerzas de atracción, ¿no? Y que hagan que tengamos una fricción, en realidad. Y que, en realidad, haya que ejercer una fuerza para que algo se desplace, ¿no? Entonces, tenemos que pensar que hablamos de dos tipos de fuerzas de rozamiento. Una fuerza de rozamiento estática y una fuerza de rozamiento dinámica o cinética. Y esto implica dos tipos de coeficiente de rozamiento. Un coeficiente de rozamiento estático y un coeficiente de rozamiento cinético. ¿Vale? Vamos a ver. Cuando un cuerpo está en movimiento, hablamos de fuerza de rozamiento o fuerza de fricción cinética. Y es igual al coeficiente de rozamiento cinético K o C multiplicado por N. En muchos sitios veréis que la fuerza de rozamiento es igual a modcinética o la normal. En vez de K, C. Lo he puesto kinetic, ¿no? En inglés. Vale. Cinética en castellano. Vale. FR igual a mu sub C por la normal. ¿Sí? Pero también tenemos una fuerza de rozamiento estática. Esta sería cinética. Y una fuerza de rozamiento estática sería mu estática por la normal. Mu estática por la normal. ¿Veis que hay en inglés como static, no? Empezar por S. Pues veis aquí la S, ¿no? ¿Lo veis? Entonces, ¿os dais cuenta de un detalle interesante? Que siempre el coeficiente de fricción o de rozamiento estático es mayor que el cinético. Lo veis, ¿no? Que es mayor que el cinético. ¿Sí? ¿No? Porque la fuerza de rozamiento estática es mayor que la dinámica o cinética. ¿Por qué? Porque cuesta más empezar a mover un cuerpo que cuando ya está en movimiento. Porque cuando está en reposo hay unas fuerzas de interacción intermoleculares entre las dos superficies de contacto, ¿no? Y cuando está en movimiento esas fuerzas de interacción se rompen y se forman porque se está desplazando un cuerpo sobre otro. ¿Lo seguís? Y por eso la fuerza de rozamiento siempre es ligeramente menor. Cuando está en movimiento el cuerpo y cuando está en reposo. ¿De acuerdo? Aquí tenéis distintos valores. Normalmente es menor de 1, aunque también hay valores superiores a 1. Pero veis como en los datos que hay aquí la mayoría no superan el 1, el coeficiente de rozamiento. Pero ahí, ¿eh? Con rozamiento más significado, 1,5, 1,7, 2. Bien, esto es importante entenderlo. Yo tengo un cuerpo en una superficie horizontal, una cuerda y empiezo a estirar. A ver. Si yo no ejerzo ninguna fuerza, ¿qué vale mi fuerza de rozamiento? Cero. Porque mi fuerza de rozamiento se opone a mi posible movimiento, a la fuerza que yo estoy ejerciendo para mover el cuerpo. Si no hay ninguna fuerza, ¿eh? Fijaos en la gráfica de abajo. Que se esté aplicando o el caso 1 del dibujo de arriba. La fuerza de rozamiento es cero. Cuando yo empiezo a estirar. Si yo la fuerza que estoy aplicando, que es la tensión, es menor que la fuerza de rozamiento máxima. La que yo necesito para empezar a moverlo. Esa fuerza de rozamiento va a ir incrementándose linealmente a medida que yo aumento la fuerza aplicando con la cuerda. ¿Lo veis? Esta linealidad. A medida que yo ejerzo más fuerza, aumenta mi fuerza de rozamiento. Pero el cuerpo sigue sin moverse. Porque cuanto mayor fuerza le aplico, mayor es la fuerza de rozamiento. ¿Hasta qué ando? ¿Hasta cuándo? Hasta que ya llego a la fuerza de rozamiento máxima. Al pico de esta recta. Cuando llego aquí, llego a este extremo. Ya he aplicado la fuerza que necesito para empezar a mover el cuerpo. Entonces mi fuerza de rozamiento es máxima. Y una pequeña fuerza aplicada mayor ya hace que se mueva. ¿Y qué pasa ahí? ¿Por qué desciende después la fuerza de rozamiento un poco? Porque ya se está moviendo el cuerpo. Y el coeficiente de rozamiento cinético es menor. Entendamos esta gráfica que es muy interesante. Exactamente. Porque ya ha llegado al máximo, a la fuerza de rozamiento máxima estática. Y cuando ya empieza a moverse, pasa la cinética. Y como es menor, vemos esta caída ligera. Vemos esta caída ligera. ¿Sí? Correcto. Y tenemos estas pequeñas oscilaciones. ¿Por qué? Esto es el error experimental. No pasa nada. Entendamos que la fuerza de rozamiento nunca va a ser mayor a la fuerza que estamos aplicando. Porque si no, el cuerpo se iría para atrás. Seguramente 10 minutos. La fuerza de rozamiento se va haciendo cada vez más grande a medida que yo estoy aplicando mayor fuerza. Hasta que aplico la fuerza máxima de rozamiento, a partir de la cual ya puedo empezar a mover el cuerpo. ¿Vale? Bueno, aquí lo tenemos. ¿No? La fuerza de rozamiento estática es menor o igual que la fuerza de rozamiento máxima. ¿Vale? ¿Sí? Movimiento... Pues bueno, si tengo aquí un cuerpo, ¿no? Dice, para empezar a mover he de aplicar 230. Y para mantenerse en movimiento, sólo 200. ¿Qué valen los coeficientes de rozamiento en este ejercicio? Claro. Si para empezar a moverme tengo que aplicar 230, 230 es la fuerza de rozamiento máxima. Y si ya estoy en movimiento y sólo es 200, pues la tensión menos la fuerza de rozamiento máxima me da 230. ¿Vale? Esta sería la fuerza de rozamiento máxima. Sabemos que la fuerza de rozamiento es muy paranormal. ¿No? La fuerza de rozamiento es muy paranormal. Entonces... Tengo la fuerza de rozamiento. Tengo la normal, porque en un plano horizontal, ¿qué vale la normal en un plano horizontal? El peso. mg. La normal es el peso si no hay fuerzas adicionales. Pues a partir de aquí puedo obtener fácilmente el coeficiente de rozamiento estático y el dinámico. Y vemos como el estático es ligeramente mayor que el dinámico o cinético. Lo aplicamos lo mismo. Bueno, aquí tenemos más. Aquí otro ejemplo. Bueno, aquí este es un ejemplo que... Os tendría que decir una cosa interesante. En el sentido que es un ejemplo... ¿Dónde? En cualquier otro ejemplo donde haya más pesos. Sí. Ahora lo vamos a ver. En que tengamos más pesos es uno de examen que después... Ahora lo vamos a ver. Sí. Vamos a hacer uno... Ahora la complejidad que te voy a introducir ahora... Es que tengamos una complejidad... Un componente de una fuerza sobre el eje Y. Y la normal no es el peso. Es el ejemplo que vamos a ver ahora. ¿Vale? Fíjate. Bien pensado. Ahora... Después lo vemos. Ah, no vale. Mirad este ejemplo. Si quieres o lo dibujo. ¿Lo veis este dibujo? O lo vuelvo a hacer más grande. Se ve. Más grande mejor. Venga pues. Tenemos esto. Y tenemos el cuerpo. ¿Vale? ¿Qué fuerzas tenemos? Tenemos... El peso. La normal. ¿No? La fuerza de rozamiento. Y una fuerza... ¿No? Una tensión. Porque estoy tirando con la cuerda. Sí. FR. P. N. Y voy a descomponer... Voy a descomponer... Esa tensión en dos componentes perpendiculares. ¿Vale? La fuerza de rozamiento. ¿No? Esta es la fuerza que tenemos... Esta es la fuerza que tenemos. Esa es la fuerza que tenemos. ¿Vale? Ahora... A ver. Más. T sub pi. ¿Y qué es T sub pi? T seno de 30. ¿Vale? Entonces la normal ya no es igual al peso. De manera que la fuerza de rozamiento que es mu por la normal será igual a mu por mg menos T seno de 30. ¿Vale? ¿Y cuál es la fuerza que me va a favor del movimiento? ¿No? ¿Cuál es la fuerza que me va a favor del movimiento? ¿Cómo se tiene que mover esto? Dice, supongo que intenta mover. Ah, intentamos mover. ¿No? ¿Qué fuerza hay que ejercer para empezar a mover? Pues Tx para empezar a mover menos Fr ha de ser igual a m por cero porque empezar a mover supone, ¿no? Entonces, ¿qué es Tx? T coseno de 30 menos Fr mu mg menos T seno de 30 igual a cero. Y de aquí despejaríamos la tensión. ¿Qué es lo que me pide? ¿Qué fuerza hay que aplicar para empezar a mover? Quiero que os deis cuenta que la fuerza de rozamiento es menor. Bien, aquí hay más ejemplos. En un fluido de anémica del movimiento circular importante. Vamos a detenernos un poco aquí. Yo creo que es muy interesante que os veáis todos los ejemplos que tenéis en el libro que os los he resumido aquí. ¿Me entendéis, no? Pero bueno, cuando... Fijaos cómo dibujamos las fuerzas en un movimiento circular uniforme. Figura 528. La fuerza hacia el centro. La aceleración situada fuera de la fuerza. Y la velocidad tangente a la trayectoria que no es una fuerza, ¿eh? La velocidad no es una fuerza. No confundamos las fuerzas con la velocidad. La velocidad es tangente a la trayectoria. ¿Vale? La velocidad es tangente al círculo. ¿Sí? ¿Vale? Entonces, aquí cómo resolveríamos los problemas? Aplicar F igual M por A. Y este sumatorio de fuerzas que tengo ahí dibujados en rojo. Fuerzas que van en un sentido menos fuerzas que van en otro sentido. Si esto va unido a una cuerda figura de la derecha. ¿Vale? Esto va dando vueltas. ¿Qué pasa si se rompe la cuerda ahí? ¿Dónde está aquí? Si se rompe la cuerda. Esta fue una pregunta, una cuestión de teoría. Lo veremos. Quiero recordar. Sí. Se rompe tangencialmente una cuerda. Entonces, ¿cómo va? ¿Cómo va dirigida? ¿Qué hace? ¿Sale la bola radialmente? No. Sale tangente, como indica su velocidad. ¿Lo veis? No exactamente caída libre. Porque tienes una velocidad. Tú me dices, si está en un plano vertical, sí. Caída libre. Si está en un plano horizontal, no. Aceptamos que es caída libre con una velocidad determinada. Perfecto. Si está así, no. Sale tangente. Y después saldrá como sea. ¿Vale? Bien. Bueno. ¿Cuál es la aceleración radial? Importante. La aceleración normal o radial hay que saberla. V cuadrado partido por R. Pero también se puede expresar en función de qué. De la velocidad angular. O, si queréis, del periodo. Entonces, hay que saber que la velocidad también se puede expresar como qué. La velocidad. Ese espacio partido por tiempo, ¿no? Es un monito uniforme, ¿sí? ¿Cuál es la longitud de una circunferencia? Pues acordamos ¿Vale? ¿Y cuál es el tiempo que tarda una partícula en dar una vuelta? ¿Cómo se llama eso? El periodo. El periodo de revolución. T mayúscula. Por lo tanto, yo puedo expresar la velocidad como 2 pi R partido por el periodo y obtener esta otra fórmula. Es más fácil saberse esta que está aquí y esta otra. Y no aprenderse esta de aquí porque la gente no se la aprende. Lo que se aprende es la aceleración radial, V cuadrado partido por R y la equivalencia entre la velocidad con el periodo. Interesante, ¿no? 2 pi R partido por el periodo. No os olvidéis de esto, ¿eh? En un movimiento circular uniforme. Bueno, aquí tenéis fijaos cómo se dibuja el diagrama del cuerpo libre que está dando vueltas, la fuerza que actúa siempre hacia el centro. Esta fuerza se le llama muchas veces fuerza centrípeta. Una fuerza que va dirigida hacia el centro. Y la aceleración radial, ¿no? No es una fuerza. M por A no es una fuerza. No se pinta sobre el cuerpo. ¿Eh? Siempre aparte. Aquí tenemos un trineo, ¿no? Que se encuentra en reposo en un plano horizontal sin rozamiento. Está unido a una cuerda, un poste y se le da el empujón y empieza a dar vueltas. Y el trineo efectúa 5 revoluciones en cada minuto. Determine la fuerza que ejerce sobre él. La fuerza que se ejerce. La tensión de la cuerda. ¿Qué será la fuerza? La fuerza será la masa por la aceleración normal o radial. Como queráis. F igual a la masa por la aceleración radial. ¿De acuerdo? Sí. Y la aceleración radial sabéis que es V cuadrado partido por R. ¿Y cómo puedo sacar esa... A ver... La cuerda tiene 5... 5 metros, ¿no? ¿Y qué me dice? Que da 5 revoluciones cada minuto. Pues, ¿cuál será la V? ¿Cuál será la V? ¿O cuál sería el...? La V sería 2πR, ¿no? Partido por el periodo. ¿Y cuál es el periodo aquí? Dice que da 5 vueltas en un minuto. ¿Cuál será el periodo? ¿Cuál es el tiempo en dar una vuelta? ¿Eh? No, porque dice que da 5 en un minuto. 5 vueltas. ¿Eh? 60 segundos, 5 vueltas. Por lo tanto, ¿cuánto es esto? 15... No. 12. 12 segundos es el periodo. El tiempo en dar una vuelta. Entonces R es el radio, 5 metros. Y el periodo son 12 segundos. Y a partir de aquí calculamos la fuerza. ¿Sí? Bueno, aquí lo tenéis, ¿eh? Hay que darse cuenta, ¿eh? Aquí sí se ve eso. Kilo, siempre en kilos, ¿eh? Vale, aquí tenemos un péndulo cónico. Voy a explicarlo un poquito. Se nos va el tiempo. Ahora voy a hacer un dibujo un poquito más grande. ¿Vale? ¿Qué es un péndulo cónico? Pues un cuerpo que está unido a una cuerda y lo hacemos girar así, como veis aquí en el dibujo. ¿Vale? Vamos a ver las fuerzas que actúan. ¿Vale? El peso hacia abajo. Esta es la tensión. Voy a dibujar unos ejes de coordenadas. Fijaos que yo lo pinto en otro color para que no haya problemas. Y vamos a descomponer la tensión. Y fijaos que os voy a dibujar la aceleración bien dibujada así. Esto es la aceleración. Aparte, no como una fuerza. ¿De acuerdo? ¿Sí? ¿Me seguís? En azul las fuerzas, en morado la aceleración. Tengo que descomponer la tensión en dos fuerzas perpendiculares entre sí. Aquí tengo la TI y la TX. TI y TX. Este ángulo es beta. Es el mismo ángulo que tengo aquí. ¿Vale? Entonces, ¿qué se tiene que cumplir aquí? Sobre el eje Y. Que TI menos el peso ha de ser igual a cero. Porque esto es el peso. Es la tensión. TI y TX. Luego TI, que es T coseno de beta, es igual a MG. Porque está en equilibrio sobre el eje Y. Forma un ángulo constante. Y sobre el eje X. Tengo una aceleración constante. Segunda ley de Newton. F igual a M por A. TX igual a la masa por la aceleración radial. T seno de beta igual a la masa por la aceleración radial. T seno de beta igual a M es V cuadrado partido por R. ¿Vale? ¿Y esta R cómo está relacionada con la L? Fijaos. El seno de beta es R partido por L. ¿Vale? El seno de beta es R partido por L. Depende de los datos del enunciado. Cuida incógnita, pues aquí calculamos la tensión en función del ángulo. La tensión. Aquí tenemos pues un vehículo que toma una curva plana sin peralte. Entonces tenemos una fuerza de rozamiento que se opone al deslizamiento hacia afuera. ¿Cómo es esta fuerza de rozamiento? La dibujo. Venga. Esta es nuestra fuerza de rozamiento. ¿Vale? ¿Y cómo es la aceleración? Pues la aceleración es esto. La aceleración radial. Pues aplico F R igual a M por A sub R. ¿Y qué vale la fuerza de rozamiento? Pues tenemos las fuerzas. El peso y la normal. ¿Vale? El peso es igual a la normal. ¿Si? Y F es igual a M por la aceleración. La aceleración radial. Entonces a partir de aquí, según los datos del enunciado, ¿cuál es la rapidez máxima que puede tener lugar? La máxima rapidez. Pues la fuerza de rozamiento es M por la aceleración radial. Se tiene que cumplir esta relación porque si la fuerza de rozamiento como máximo puede ser igual a este valor o otro valor posible mu estático para que no deslice lateralmente. Eso es para que no deslice lateralmente. Mu por la normal igual a M V cuadrado partido por R. ¿Y qué vale la normal? En un plano horizontal, Mg. Pues a partir de aquí sacamos la velocidad máxima que es raíz cuadrada de Rg. ¿Vale? Tenemos aquí detrás en la siguiente página creo. Vale. Rg la velocidad máxima pero me he dejado la mu, ¿no? La mu, ese, perdón. Le echamos las masas la masa que... Bien, seguimos. Bueno, en una curva pedaltada pues la cosa se complica. No es habitual así que no voy a entrar en ello. En un movimiento circular aquí en un plano vertical un pasajero en una rueda de la fortuna está en un círculo vertical a velocidad constante deduzca las expresiones de la fuerza del asiento de ejercicio sobre el pasajero en cada momento, ¿no? Bueno. En la parte superior. ¿Qué tenemos en la parte superior? Está sentado arriba. Tenemos el peso hacia abajo y la normal hacia abajo. ¿Y hacia dónde va la aceleración? Siempre hacia el centro de la circunferencia. Entonces aplicamos la segunda ley de Newton y tenemos peso menos normal igual a M por A hasta la aceleración radial y la normal despejando es P menos M por A ¿De acuerdo? P menos M por A Siendo P el peso. ¿Sí? Y abajo del todo ¿Qué tenemos? La normal siempre hacia arriba el peso hacia abajo pero ahora la aceleración va hacia arriba entonces la normal menos el peso es M por la aceleración luego la normal P más M por A ¿Está preguntando la fuerza de reacción y calculo la normal? Sí, claro. Porque la normal es la fuerza de reacción que ejerce la superficie de contacto sobre el cuerpo. ¿De acuerdo? Bien. Vamos ahora con una serie de ejercicios que han ido saliendo Este cayó en un examen Me pedías un problema con masas enlazadas y cayó este en un examen hace dos años No es del año pasado, este en concreto. Dice, bueno pues tenemos aquí este bloque que tiene una masa de 4 kilos el otro tiene de 12 me da el coeficiente de fricción y qué masa tiene el bloque C si B se mueve hacia la derecha con una aceleración de 2 ¿Qué tenemos que hacer? Dibujar todas las fuerzas que actúan sobre cada cuerpo Aquí las tenéis dibujadas Vamos a ver este dibujo que es importante A la derecha no tenemos el peso de C sino la tensión La tensión siempre va del cuerpo hacia la cuerda En el cuerpo 2 ¿Qué tenemos? El peso y la normal porque está apoyado sobre la superficie ¿Qué más tenemos? La tensión BC la misma que tenemos sobre C Eso le llamo tensión BC Son dos tensiones que son iguales No, en sentido contrario aplicadas a cuerpos distintos Pero además el cuerpo B tiene una tensión debido a la cuerda de la izquierda es la tensión AB y además una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento que dice qué masa tiene para que el sistema se mueva hacia la derecha Como se mueve hacia la derecha la fuerza de rozamiento va hacia la izquierda ¿Y el cuerpo A? El cuerpo A solo tiene el peso hacia abajo y la tensión hacia arriba No hay nada más Peso y tensión ¿Qué hacemos ahora? Aplicamos la Segunda Ley de Newton a las tres partículas individualmente F igual a m por A individualmente a cada partícula Cuerpo C mg menos tensión igual a mc por A Cuerpo B tensión B menos tensión A menos fuerza de rozamiento igual a b por A igual a mA Entonces tenemos un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas Lo más fácil siempre aquí es sumar las tres ecuaciones porque así se me van las tensiones y despejar la aceleración Una vez que tenga la aceleración poder calcular la tensión o en este caso como ya tengo la aceleración se trata de despejar mc Despejo mc una vez que tengo mc poder calcular todo lo que me falta De acuerdo Pregunta de examen Otra pregunta parecida a un examen Este también Una caja de 8 kilos se coloca sobre una rampa inclinada de 33 grados El coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie es 0,3 Y dice que tenemos una fuerza horizontal constante de 26 que se aplica a la caja Y la caja se mueve hacia abajo de la rampa Si la caja está inicialmente en reposo 2 segundos después que se aplica esta fuerza El dibujo es muy importante ¿Veis el dibujo que tenéis aquí abajo? Un dibujo claro es fundamental para un problema de dinámica ¿Cómo ha hecho este dibujo? Os digo cómo se ha construido He dibujado primero el peso vertical He dibujado a parte del cuerpo unos ejes de coordenadas x e y en amarillo ¿Los veis? No es un amarillo eso más o menos O no, un verde amarillo Y esa fuerza F la dibujo y la descompongo en una Fx y una Fi Descomponemos todas las fuerzas sobre estos ejes de coordenadas x e y El peso también lo descompongo con un Px y un Pi Y me fijo bien en los ángulos Alfa es el ángulo del plano inclinado y es este alfa del peso y también es el ángulo alfa que forma la fuerza horizontal sobre el eje x ¿Por qué? En el primer caso porque son ángulos con lados perpendiculares Y en el caso de la fuerza F porque son ángulos opuestos Son idénticos Esto hay que verlo Hay que identificarlo claramente Hay que saber que estos son alfas Hay que darse cuenta Si no, no hacemos el problema No lo haremos al problema si no lo damos cuenta Y esta descomposición del peso en un plano inclinado siempre es la misma Alfa siempre es este ángulo que os dibujo ahí Entonces no tiene vuelta de hoja ¿Eh? De acuerdo Entonces La normal más Fpi será igual a Ppi ¿Por qué? Porque este cuerpo no se descansa sobre el eje y Está en equilibrio Entonces las fuerzas que van hacia arriba menos las que van hacia abajo es igual a cero De aquí yo puedo obtener la normal Y sobre el eje x dice que desciende, ¿no? Hay que calcular la aceleración que desciende para calcular la velocidad la rapidez dos segundos después Fuerzas a favor Px más Fx menos Fr igual Ma Muy bien ¿Y qué vale la normal? Hemos dicho, la normal tiene este valor Yo tengo fuerzas a favor menos fuerzas en contra Las fuerzas en contra es Mu Es Mu por la normal Sustituyo aquí la normal por su valor ¿Vale? Y despejo la aceleración ¿Vale? Otro ejercicio También con ángulos de un problema Dice Sobre una rampa muy lisa sin fricción un automóvil se mantiene en su lugar con un cable ligero El cable forma un ángulo de 31 grados Y la rampa 25 grados Dibuja el diagrama del cuerpo libre para que el automóvil obtenga la tensión del cable y qué tan fuerte empuja la superficie de la rampa al automóvil ¿Qué es esta pregunta? ¿Qué tan fuerte empuja la superficie de la rampa al automóvil? Eso es la normal La normal es la fuerza de reacción que ejerce el coche sobre la rampa ¿Eh? No La fuerza normal perpendicular a la superficie de contacto La fuerza que empuja qué tan fuerte empuja la superficie de la rampa al automóvil La rampa al automóvil será lo que vais a ver ahora en el dibujo a continuación ¿Lo veis? Es la normal Vamos a ver aquí las fuerzas que actúan ¿No? Vamos a ver, la tensión y el peso ¿Lo veis? ¿Qué voy a hacer en primer lugar? Descomponer la tensión en dos componentes perpendiculares entre sí Un Tx y un Ti Tx está sobre el eje X Y Ti sobre el eje Y Tx es T coseno de beta Y Ti es T seno de beta ¿Vale? Entonces Sobre el eje X, ¿qué tenemos? Para que este cuerpo no caiga Que Tx menos Px sea igual a M por A Pero la A es cero porque dice que está en reposo Está en reposo La A es cero Y de aquí puedo despejar la tensión ¿Vale? Despejo la tensión de aquí Y sobre el eje Y Ti más la normal menos Pi Ti más la normal menos Pi es igual a M por A La aceleración es cero porque esto está en reposo sobre el eje Y y de aquí saco la normal Y es eso lo que me pide La fuerza de reacción que ejerce la rampa sobre el automóvil es la normal Ya hemos calculado las dos cosas que nos pedían Uno, la tensión que soporta la cuerda para que ese cuerpo esté en reposo sin rozamiento y que vale la normal La fuerza de reacción La fuerza que ejerce la superficie en contacto sobre el cuerpo Bueno, este es otro ejercicio que también recomienda el equipo docente Dice, bueno Una nave espacial cae en el desierto y el paraíso no se abre La cápsula golpea el suelo a una velocidad y penetra a una profundidad de 81 cm Suponiendo que era constante, ¿cuál fue la aceleración? No, ¿qué fuerza ejerció el suelo? Expresé la fuerza en Newton como múltiplo del peso ¿Cuánto tiempo duró esa fuerza? Bueno Tenemos aquí una velocidad de menos 300 km por hora porque va hacia abajo Menos 86,4 metros por segundo y calculo la aceleración La aceleración ¿Vale? La aceleración que tendría que haberla puesto aquí como negativa porque va hacia abajo Es una aceleración de frenado ¿No? Va hacia arriba Tiene que ir hacia arriba Es de frenado porque pega al suelo y lo va a detener Si tomo positivo hacia arriba, será positiva Nada menos que 4610 Es muy fuerte esta aceleración ¿Cuántas veces con respecto a la gravedad? Pues si divides por 9,8 sabrás tantas veces como la gravedad ¿Vale? ¿Y qué fuerza se ha ejercido? Me está pidiendo después ¿Qué fuerza se ha ejercido el suelo sobre la cápsula? Otra vez, la normal La normal menos peso igual m por a Pues la normal sale 971 veces el peso ¿No? ¿Y qué tiempo ha estado en movimiento? Pues por cinemática Es más fácil Perfecto, bien Seguimos Pregunta de examen Este ejercicio también Este es el enunciado del examen Porque el enunciado no era exactamente igual que esto Este fue el examen Pero la pregunta es la misma Pero lo voy a explicar un poco ¿Vale? Porque todavía tenemos tiempo Aquí estamos Dice, usted está bajando dos cajas una encima de la otra por una rampa jalando de una cuerda para ir a la superficie de la rampa Ambas cajas se mueven juntas a rapidez constante de 15 El coeficiente de rozamiento es 0,44 entre la rampa y la caja inferior En tanto que el coeficiente estático entre ambas cajas es 0,8 ¿Qué fuerza debe ejercer para lograr esto? Es decir, para que bajen juntas a velocidad constante ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza de fricción sobre la caja superior? Es un problema que tiene su cierta dificultad Vamos a explicarlo Esto es pregunta de examen ¿Vale? Bueno, el plano inquinado me da las unidades Dice que un plano inquinado de la altura y la base Eso me permite calcular el ángulo La tangente, el ángulo 27,76 grados Este sería el ángulo del plano inquinado El ángulo Al desplazarse a velocidad constante la aceleración es nula El cuerpo de 48 kilos está sujeto a un coeficiente de rozamiento dinámico Y el de 32 a 1 estático ¿Estáis de acuerdo? Ahora bien, voy a hacer el movimiento del cuerpo de abajo El cuerpo de abajo Si yo aplico fuerzas al cuerpo de abajo Es como si al total yo no tuviera 48 kilos Sino 48 más 32 80 kilos De manera que la fuerza de rozamiento que tengo del cuerpo de abajo sobre la superficie Es anormal Tengo que poner el peso total Porque lo que estoy apoyándome sobre el plano inquinado no solo es el cuerpo grande es también el pequeño Y Px también llevaría todo la masa total Entonces Px menos Fr menos tensión A ese da igual a cero Y tenemos esta tensión de 57,1 con este coeficiente de rozamiento ¿Vale? ¿Sí? Correcto Ahora dice El cuerpo superior debe estar en reposo respecto al cuerpo inferior Vamos a ver esto Px va hacia abajo y Fr va hacia arriba ¿Qué hace que contrarreste? ¿Qué vale Fr? Tiene que estar en equilibrio Luego Px ha de ser igual a la fuerza de rozamiento estático 146 N ¿Pero cuál es la fuerza de rozamiento? No hay nada más Vale Os quería decir lo siguiente Perdonadme ¿Qué vale la fuerza de rozamiento del cuerpo de arriba cuando está apoyado al de abajo? 146 N ¿Por qué? Porque es la misma fuerza Px que me está empujando para abajo ¿Pero qué es menor que la fuerza de rozamiento máxima? ¿Por qué cuál es la fuerza de rozamiento máxima? Es que alguien podría decir No, no Mi fuerza de rozamiento es Mu estático por la normal Mu estático por Mg coseno de alfa Este es el error que hacen todos los alumnos Todos no Y dicen, no, no, mi fuerza de rozamiento es la Mu estática por la normal que es Mg coseno de alfa Eso sólo es cuando está en movimiento o cuando trazamos la máxima fuerza de rozamiento estática Si estamos aquí acordaos de la gráfica que os he explicado antes estaríamos en un punto de la recta en la que evidentemente la fuerza de rozamiento estática es igual a Px ¿Qué es menor que la fuerza de rozamiento estática? Que es Mu por Mg coseno de alfa Error típico de examen o de pregunta ¿De acuerdo? Bueno, no quiero acabar la clase sin meterle Bueno, esto es un columpión gigante muy interesante aunque hemos hecho ya hemos explicado del cono y es muy parecido sólo tiene una variante No me da tiempo pero quiero abrir este archivo porque os he puesto Ahora Aquí está Bien, os he puesto aquí los test que han salido en los dos últimos años ¿Vale? Con su solución Vais a encontraros aunque el equipo docente que hubo el otro día dijo que intentaría ser diferente pero bueno, no sé no sé hasta qué punto Entonces os pondrán un problema y una serie de cuestiones Las cuestiones normalmente son tipo test y una es la si no dice lo contrario, una es la correcta y hay que ayudarle No hace falta justificar, razonar y el problema hay que hacerlo en un papel bien hechito, lo mejor se pueda se hace la foto, se escanea y se sube o tenéis otro método de escanear lo que queráis Entonces es un problema que salió el año pasado Dicen, se coloca un bloque de 5 kilos contra una pared vertical y se aplica una fuerza F al bloque de 96 newtons Si la fuerza forma un 60 grados por la horizontal y el coeficiente de fricción es 0,3 ¿Cuál será el módulo de velocidad después de que hayan recorrido 0,4 metros? Bueno Hemos hecho cosas de fuerzas así parecidas hoy, ¿no? Aunque me he dejado el último problema que no he podido explicaros hoy si seguís el documento por eso os pido que antes del APEC os miréis todos los problemas el archivo de problemas que lo terminéis porque hay uno que es muy parecido a este que es del libro Es que no puedo hacerlo todo Entonces aquí lo que tenemos que ver ¿no? es es del 25 al 28 Es decir que no tenéis por qué hacerlo el mismo jueves podéis esperar al domingo o al sábado Eso sí el APEC hasta la fecha siempre es la misma para todos O puede cambiar el orden de las preguntas cosas de estas Mirad una cuestión aquí para calcular la velocidad después de recorrer 0,4 metros ¿qué tengo que hacer? Calcular la aceleración Primero calcular la aceleración Fijaos la fuerza Tiene una F sub pi un peso hacia abajo y una fuerza de enrociamiento hacia abajo ¿Vale? Y la normal La normal no es el peso aquí Esto es un fallo muy típico Cuidado. ¿Qué vale aquí la normal? Cuidado La normal es Fx Aquí la normal es Fx Yo os recuerdo que estos archivos no los podéis descargar de la grabación ¿Entendéis? Descargados el archivo completo y lo miráis tranquilamente Y aquí ¿qué tenéis después? Sobre el eje i que fi-p-fr igual a m por a Como la fuerza de enrociamiento es mu por la normal y la normal es Fx que es F coseno de 60 en este caso Fijaos como mucha gente pondría ¿La normal es el peso? Pues no. ¿Vale? Y se calcula y tal Otra cosa Aquí pedía una cosa del trabajo pero eso no se pidió Aquí hay cuestiones que te pregunta que, mira Pensaoslas Están resueltas Las cuestiones que tenéis aquí están resueltas Si se somete a una masa una fuerza constante ¿Cuál de estas cuestiones es correcta? ¿La masa siempre se desplazará a velocidad constante? No tiene por qué ¿La masa siempre se desplaza a acelerador constante? No tiene por qué Puede ser que no se mueva ¿La masa siempre se desplazará? Pues no tiene por qué La masa ejercerá una reacción sobre el objeto que ejerce la fuerza Bueno, aquí está explicado ¿Sí? No, estas que son tipo test de la PET son de opciones Tendrás que clicarlo Pero en el examen no En el examen no hay cuestiones No Te dije el primer día que el examen son dos problemas y dije que después habría una pregunta de teoría con dos cuestiones a explicar a desarrollar y a justificar Y entonces de esa pregunta de teoría te dan dos preguntas de teoría cada una con dos cuestiones y tú puedes elegir una de las dos preguntas de teoría Tienes que desarrollar el tema de teoría porque el equipo docente lo estaba diciendo el otro día hay gente que sólo contesta las dos cuestiones Se desarrolla el tema el tema es lo que está en el libro lo que estamos viendo aquí y las preguntas, las cuestiones las razonamos a partir de la teoría del tema ¿Vale? Pero estas cuestiones que hay aquí de la PET son simplemente tipo test Es importante que quede claro Y aquí, por ejemplo ¿Cuál de estos cuatro casos es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado? Es ver cuál tiene aceleración constante ¿Y cómo saco la aceleración? Derivando dos veces y en el primer caso se ve que lo es X cuadrado más Y cuadrado igualmente es un movimiento circular siempre y el otro no lo es Bueno, yo os recomiendo que esto lo tengáis presente que lo miréis Pensad otra cosa que la PET se hace con todos los apuntes con el libro Es online La hacéis en casa Tenéis una hora de tiempo y podéis elegir el momento que queráis de esos tres o cuatro días que os da el equipo docente No apuréis al último momento Que no haya después algún problema informático de conexión ¿Vale? No apuréis al último momento No os digo más cosas en ese sentido A ver, aquí este es un problema que salió hace dos años ¿A qué velocidad máxima puede circular un carrito de 20 kilos por encima de una montaña con forma de arco de círculo sin perder contacto con la superficie? Bueno No tiene que perder contacto con la superficie ¿Vale? Entonces, ¿qué fuerzas tenemos aquí? El peso y la normal Y tenemos la aceleración que va hacia abajo ¿Lo veis? Entonces, ¿la máxima velocidad cuál será? La máxima velocidad será cuando la normal sea cero Lo tengamos normal porque si tenemos normal saldrá despedido hacia arriba ¿No? Entonces, la normal ha de ser cero Por lo tanto, la velocidad máxima es ésta ¿No? Más cuestiones que salieron hace dos... No, pues Es que me parece que un año se repitieron las cuestiones Por eso son tres años que ya han pasado ¿No? ¿Es posible incrementar la velocidad de una nave en el espacio sin gravedad? Pues sí ¿Cómo? Desplazándose porque ya sabéis que la conservación aunque esto se ve después en el espacio no hay fuerzas externas entonces si una cápsula somos capaces de una parte salir hacia atrás la otra parte irá hacia adelante a mayor velocidad por conservación de la cantidad de movimiento porque el resultado de las fuerzas es cero viene de la segunda ley de Newton Se lanza un cohete de feria hacia arriba cuando llega a 300 metros de altura se acaba el combustible ¿Qué movimiento tiene en ese momento? A partir de ese momento ¿Qué movimiento tiene? El cohete, cuando está subiendo una vez que se acaba el combustible Un movimiento que va disminuyendo su velocidad con una aceleración negativa constante, ¿no? El cohete no sube a velocidad constante El cohete no empieza a caer Sigue subiendo hasta que tiene velocidad nula y cae No lanza una parábola tampoco Bueno, todas están explicadas aquí ¿Vale? ¿Todas están explicadas? Creo que los podéis mirar tranquilamente ¿Os parece bien? Bueno, pues os pido que trabajéis Os pido porque nosotros tenemos que ir avanzando Si el jueves tenéis alguna duda la podemos resolver Porque ya habrá empezado la PED ¿No? ¿Me entendéis? Pero tengo que empezar porque después tendréis la otra y los demás, ¿no? Vale, muchas gracias, lo dejamos por hoy Gracias Hasta luego, gracias a los de casa Me seguís