Fundamentos de Dinámica: Impulso, Energía y Movimiento Oscilatorio
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Impulso y Cantidad de Movimiento
- Impulso: Es el producto de la fuerza neta y el intervalo de tiempo.
- Teorema del impulso y la cantidad de movimiento: Los cambios en la cantidad de movimiento de un cuerpo se deben al impulso, que depende del tiempo durante el que actúa la fuerza neta.
Trabajo y Energía
- Teorema del trabajo y la energía: La energía cinética cambia cuando se realiza trabajo sobre la partícula. El trabajo total depende de la distancia en la que actúa la fuerza neta.
Dinámica de Choques
Las fuerzas de choque son internas, tienen un torque resultante nulo, no modifican la cantidad de movimiento angular, pero modifican el momento cinético.
Tipos de Choques
- Choque elástico: La energía cinética total del sistema es la misma antes y después del choque, al igual que la cantidad de movimiento lineal.
- Choques inelásticos: La energía cinética no es la misma antes y después del choque, aun cuando se conserve la cantidad de movimiento lineal.
- Plásticos: La energía cinética relativa al centro de masa se pierde. En este tipo de choque, los objetos se quedan pegados, por lo que poseen la misma velocidad final.
- Inelásticos: Los objetos que chocan no se quedan pegados y se pierde parte de la energía cinética.
Movimiento Periódico y Oscilaciones
El movimiento periódico se caracteriza por una posición de equilibrio estable; cuando el sistema se aleja de esa posición y se suelta, entra en acción una fuerza o un momento de torsión para devolverlo al equilibrio.
Movimiento Armónico Simple (MAS)
- No posee rozamiento.
- La fuerza de restitución es directamente proporcional al desplazamiento respecto al equilibrio.
Oscilaciones Amortiguadas
En sistemas reales, existen fuerzas no conservadoras que afectan la energía mecánica total.
- Sobreamortiguación: No existen oscilaciones, pero el sistema vuelve al equilibrio más lentamente.
- Subamortiguación: El sistema oscila con una amplitud constantemente decreciente.
- Amortiguación crítica: El sistema ya no oscila, sino que vuelve al equilibrio sin oscilar cuando se desplaza y se suelta.
Consideraciones de Fuerza
- Caso ideal: Si no hay rozamiento, las únicas fuerzas que actúan sobre el sistema son la normal, el peso y la fuerza de restitución.
- Caso real: Existe una fuerza debida a la fricción, la cual se denomina fuerza de amortiguación: Fx = -bVx.