Conceptos Fundamentales de Física: Movimiento, Fuerza y Energía
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Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
El Movimiento Rectilíneo Uniforme describe el desplazamiento de un objeto en una sola dirección con una velocidad y tiempo constante.
Fórmula:
V = d / t
Donde:
- V: Velocidad
- d: Distancia
- t: Tiempo
Velocidad Media
La velocidad media se define como el promedio de la velocidad final y la velocidad inicial de un objeto en movimiento.
Fórmula:
Velocidad Media = (Vf + Vi) / 2
Consideraciones:
- Si el objeto parte del reposo, la velocidad inicial (Vi) es igual a 0.
- Si el objeto se detiene, la velocidad final (Vf) es igual a 0.
Caída Libre y Lanzamiento Vertical
La caída libre y el lanzamiento vertical son ejemplos de movimiento acelerado, regidos por la aceleración de la gravedad (g).
Ecuaciones:
- Vf = Vi + g * t
- h = Vi * t + (g * t²) / 2
- Vf² = Vi² + 2 * g * h
Donde:
- Vf: Velocidad final.
- Vi: Velocidad inicial.
- g: Aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s²).
- t: Tiempo.
- h: Altura.
Consideraciones:
- En caída libre, se usa '+' en las ecuaciones.
- En ascenso (lanzamiento vertical hacia arriba), se usa '-' en las ecuaciones.
- Si el cuerpo cae libremente o se deja caer, Vi = 0.
- Para determinar la altura máxima, Vf = 0.
- El tiempo de ascenso es igual al tiempo de descenso en el punto de lanzamiento.
Mecánica
La mecánica se divide en dos áreas principales:
- Cinética: Estudio de los movimientos sin considerar las causas.
- Dinámica: Estudio de las causas del movimiento.
Principio de Inercia
Todo cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (MRU) a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Principio de Fuerza (Segunda Ley de Newton)
La fuerza aplicada a un cuerpo es directamente proporcional al producto de su masa y la aceleración que adquiere.
Fórmulas:
- Fuerza = Masa * Aceleración (F = m * a)
- Fuerza = (Vf - Vi) / t
Definición de Fuerza
La fuerza es una magnitud vectorial, lo que implica que tiene magnitud, dirección y sentido. Es la interacción entre dos o más cuerpos, responsable del estado de movimiento (reposo o movimiento) y de las deformaciones de los cuerpos.
Principio de Acción y Reacción (Tercera Ley de Newton)
A toda fuerza de acción siempre le corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud y dirección, pero en sentido contrario.
Consideración: Todo cuerpo en el espacio está sometido a innumerables fuerzas, y la sumatoria de ellas determina su estado.
Planos de Movimiento
Los cuerpos pueden desplazarse en diferentes planos: horizontales, verticales o diagonales.
Fuerzas comunes:
- Fp (Fuerza Peso): Siempre se dibuja verticalmente hacia abajo, independientemente del plano.
- Fn (Fuerza Normal): Tiene la misma dirección que el peso o la componente del peso.
- Fa (Fuerza Externa): Fuerza que genera el movimiento; puede tener cualquier dirección.
Trabajo, Potencia y Energía
Trabajo
El trabajo, en términos generales, es la acción de generar un cambio o desplazamiento debido a una fuerza.
Potencia
La potencia es la rapidez con la cual se realiza un trabajo.
Energía
La energía es la capacidad de realizar un trabajo. Existen diferentes tipos de energía:
- Energía Cinética (Ec): Energía asociada al movimiento de un cuerpo. Depende directamente de la velocidad.
- Energía Potencial (Ep): Energía asociada a la posición o altura de un cuerpo.
Principio de Conservación de la Energía
La energía no se crea ni se destruye; solo se transforma.