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¡Descarga archivos de Bioquimica y más Diapositivas en PDF de Bioquímica e Instrumentación solo en Docsity! UNIVERSIDAD ARTURO PRAT Facultad de Recursos Naturales Renovables FISICA APLICADA A LAS CIENCIAS BIOLOGICAS Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas UNIVERSIDAD ARTURO PRAT Facultad de Recursos Naturales Renovables Primera Ley de Newton o Primera Ley del Movimiento Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Un disco de hockey resbala por el hielo y al final se detiene. ¿Cómo interpretaría Aristóteles este comportamiento? ¿Cómo lo interpretarían Galileo y Newton? ¿Cómo lo interpretas tú? EXAMÍNATE Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas FUERZA NETA Por ejemplo, si tú y un amigo tiran de un objeto en la misma dirección con fuerzas iguales, esas fuerzas se combinan y producen una fuerza neta que es dos veces mayor que tu propia fuerza. Si cada uno de ustedes tiran en direcciones opuestas con fuerzas iguales, la fuerza neta será cero. Los cambios de movimiento son producidos por una fuerza, o por una combinación de fuerzas. Una fuerza, puede ser gravitacional, eléctrica, magnética o simplemente esfuerzo muscular. Cuando sobre un objeto actúa más que una sola fuerza, lo que se considera es la fuerza neta. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Un par de fuerzas de 5 libras en la misma dirección producen una fuerza neta de 10 libras. Si las fuerzas de 5 libras tienen direcciones opuestas, la fuerza neta es cero. Si 10 libras de fuerza se ejercen a la derecha y 5 libras a la izquierda, la fuerza neta es 5 libras hacia la derecha. 5 N 5 N 5 N 5 N 5 N 10 N 10 N5 N 0 N Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas 1.-Sistema mks absoluto (metro-kilogramo- segundo) La unidad de masa se elige como fundamental y es el kilogramo (kg) La unidad de aceleración es m/s2. La unidad de fuerza -derivada- se denomina newton (N) y se define como la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 kg de masa le comunica una aceleración de 1 m/s2. UNIDADES DE FUERZA. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas newton s m kgamF        2 2.- Sistema cgs absoluto (centímetro- gramo-segundo), La unidad de masa se elige como fundamental y es el gramo (g) La unidad de aceleración es cm/ s2. La unidad de fuerza-derivada- se denomina dina y se define como la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 g de masa le comunica una aceleración de 1 cm/s2. UNIDADES DE FUERZA. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas dina s cm gamF        2 3.- Sistema gravitatorio técnico o terrestre la unidad de fuerza que se elige como fundamental es el kilopondio (kp) La unidad de aceleración es m/s2. La unidad de masa-derivada- se denomina unidad técnica de masa (utm) y se define como la masa de un cuerpo que al actuar sobre ella la fuerza de 1 kp adquiere una aceleración de 1 m/s2. UNIDADES DE FUERZA. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas EQUILIBRIO Y CENTRO DE GRAVEDAD El centro de gravedad (que es lo mismo que el centro de masas para un campo gravitatorio uniforme) es aquel punto que, dinámicamente, se comporta como si en el estuvieran aplicadas todas las fuerzas externas al sistema. La resultante de todas las fuerzas gravitatorias que actúan sobre las partículas que constituyen un cuerpo pueden reemplazarse por una fuerza única, el propio peso del cuerpo, aplicada en el centro de gravedad del cuerpo. Por lo anterior, en ausencia de torcas, un cuerpo estará en equilibrio cuando es apoyado sobre su centro de gravedad. Cuando un cuerpo tiene densidad homogénea y no presenta irregularidades, como en el caso de una lámina, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico. Sin embargo, en un cuerpo no homogéneo el centro de gravedad puede quedar situado en una posición muy alejada del centro geométrico, lo cual puede resultar sorprendente y poco intuitivo a primera vista. https://www.upct.es/seeu/_as/divulgacion_cyt_09/Libro_Ganot/ TRATADO%20ELEMENTAL%20DE%20FISICA.htm#01-01 Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Encontrar la fuerza resultante al sistema de fuerzas que actúan en la viga apoyada Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Momentum (lineal): 𝑝 El momentum lineal de un objeto se define por el producto de la masa y la velocidad del objeto.  Se puede pensar en el momentum como la cantidad del movimiento del objeto.  Las unidades de momentum en el sistema SI son . 𝑘𝑔 𝑚/𝑠.  Momentum es un vector con la misma dirección que la velocidad. ?⃗?=𝑚× ?⃗?  Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas IMPULSO La Ley de Newton indica: 𝐹=𝑚×𝑎  Pero lo que Newton pensó originalmente fue: cuando actúa una fuerza sobre un objeto por un determinado tiempo causa un cambio en la cantidad de movimiento del objeto ?⃗? 𝑛𝑒𝑡𝑎×∆ 𝑡=∆𝑝  ∆ ?⃗?=m ?⃗? 𝑓 −𝑚𝑣 𝑖  ?⃗? 𝑛𝑒𝑡𝑎= 𝑚𝑣 𝑓 −𝑚𝑣 𝑖 ∆ 𝑡   ?⃗? 𝑛𝑒𝑡𝑎=𝑚 ?⃗? 𝑓 −𝑣 𝑖 ∆ 𝑡 =𝑚?⃗?   Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Conservación del momentum ?⃗? 𝑛𝑒𝑡𝑎= ∆𝑝 ∆ 𝑡 =0   la fuerza neta actuando sobre un objeto (o conjunto de objetos) es cero, el momentum lineal total del objeto (o conjunto de objetos) permanece constante. ∑ ?⃗?=𝑐𝑡𝑒   𝑝1,𝑖+ ?⃗?2,𝑖+𝑝3,𝑖+…=?⃗?1, 𝑓+ ?⃗?2, 𝑓+ ?⃗?3, 𝑓+…  La ley de la conservación de momentum Si la suma de todas las fuerzas que actúan entre partículas de un conjunto de objetos es cero (1era ley de Newton), las únicas fuerzas que cambian el momentum del sistema son las fuerzas externas, es decir, fuerzas ejercidas por objetos fuera del sistema Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Choques Inelásticos En todos los choques se conserva el momento; pero ¿Qué pasa con la energía cinética? En general no se conserva la energía cinética (ni mecánica), porque parte de esta energía se transforma en calor o se pierde cuando se deforman los objetos. Se define choque inelástico como un choque en el que el momento se conserva, pero la energía cinética no se conserva. Cuando los objetos chocan y quedan unidos el choque es perfectamente inelástico. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Para colisiones perfectamente inelásticas se cumple lo siguiente 𝑣=𝑣1, 𝑓=𝑣2, 𝑓 = 𝑚1𝑣1, 𝑓 +𝑚2𝑣2, 𝑓 𝑚1+𝑚2   Si m2 está inicialmente en reposo 𝑣= 𝑚1𝑣1, 𝑓 𝑚1+𝑚2   Si m1 » m2; entonces v≈ v1,i Si m1 « m2; entonces v≈ 0 Si v2,i = v1,i; entonces 𝑣= 𝑚1−𝑚2 𝑚1+𝑚2 𝑣1, 𝑓   Si en este caso m1= m2; entonces v = 0 m1 v1i v2i m2 m1 + m2 vi Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Choques Elásticos m1 v1i v2i m2 v1i v2i Antes de la colisión Después de la colisión En colisiones elásticas se conserva el momento y la energía total. Entonces 𝑚1𝑣1 𝑖+𝑚2𝑣2 𝑖=𝑚1 𝑓 𝑣1 𝑓 +𝑚2𝑣2 𝑓  1 2 𝑚1𝑣1 𝑖 2 + 1 2 𝑚2𝑣2 𝑖 2 = 1 2 𝑚 1 𝑓 𝑣1 𝑓 2 ❑ ❑ + 1 2 𝑚2𝑣2 𝑓 ❑ 2  𝑣1 𝑖+𝑣1 𝑓=𝑣2 𝑖+𝑣2 𝑓  Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas La masa m de un cuerpo da idea de su inercia El peso w de un cuerpo es la expresión de la fuerza con que la tierra lo atrae y varía de unos lugares a otros. La dirección del peso w de un cuerpo es, la recta que une el lugar donde se encuentra y el centro de la tierra. Cuando un cuerpo de masa m cae libremente, la fuerza que actúa sobre él es su propio peso y la aceleración que adquiere es la de la gravedad g. La fórmula F = m* a se transforma en w = m* g. MASA Y PESO. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas SEGUNDA LEY DE NEWTON o ley de aceleración o ley de fuerza. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Leyes_de_Newton.html La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Si un carro de tren en movimiento, con una carga, se detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en el momento del choque. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Sabemos que los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos. La segunda ley de Newton nos dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada. Para ser claros, ”a” es la aceleración del objeto, ΣF es la fuerza neta sobre el objeto, y “m” es la masa del objeto. 𝑎= ∑ 𝐹 𝑚   https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/a/what-is-newtons-second-law https://matematicascabuyaro.wikispaces.com/2.+SEGUNDA+LEY+DE+NEWTON Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Por ejemplo, el ladrillo doble de la figura tiene el doble de atracción gravitacional que el ladrillo único. ¿Por qué, entonces, como suponía Aristóteles, la caída del ladrillo doble no tiene el doble de rapidez? La respuesta es que la aceleración de un objeto no sólo depende de la fuerza, en este caso, el peso, sino también de la resistencia del cuerpo a moverse, su inercia. Mientras que una fuerza produce una aceleración, la inercia es una resistencia a la aceleración. Así, el doble de fuerza que se ejerce sobre el doble de inercia produce la misma aceleración que la mitad de la fuerza ejercida sobre la mitad de la inercia. Los dos cuerpos aceleran por igual. La aceleración debida a la gravedad tiene el símbolo g. Usaremos este símbolo, en vez de a, para indicar que la aceleración sólo se debe a la gravedad 𝐹 𝑚 =𝑔   2𝐹 2𝑚 =𝑔   m 2m Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas La relación de peso a masa en objetos en caída libre es igual a la constante g. La relación del peso a la masa es igual para objetos pesados que para objetos ligeros. La aceleración de la caída libre es independiente de la masa de un objeto. Una piedra 100 veces más masiva que un guijarro cae con la misma aceleración que el guijarro, porque aunque la fuerza sobre la piedra (su peso) es 100 veces mayor que la fuerza sobre el guijarro, su resistencia (la masa) a cambiar el movimiento es 100 veces mayor que la del guijarro. La mayor fuerza se compensa con la masa igualmente Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Cuando la aceleración es menor que g (caída no libre)Los objetos que caen en el aire tienen un comportamiento diferente a si lo hicieran en el vacío, una pluma y una moneda caen con igual aceleración en el vacío, lo hacen en forma muy distinta en el aire. Las leyes de Newton se aplican a todos los objetos, ya sea que caigan libremente o que caigan en presencia de fuerzas de resistencia. No obstante, las aceleraciones son muy diferentes en ambos casos. La fuerza de resistencia del aire que actúa sobre un objeto que cae depende de dos factores. En primer lugar, depende de su área frontal. En segundo lugar, depende de la rapidez del objeto que cae: cuanto mayor sea la rapidez, mayor será la cantidad de moléculas de aire con que se encuentra un objeto en cada segundo y también serán mayores las fuerzas debidas a los impactos moleculares. La resistencia aerodinámica depende de la superficie y de la rapidez del objeto que cae. Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas Acción: el cohete empuja los gases Reacción: los gases empujan el cohete Acción: los cilindros comprimen la mezcla y explosiona Reacción: la explosión de la mezcla mueve los pistones que accionan las ruedas Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas 384.000 km masatierra y masaluna = kilogramos (kg) r = metros (m) G = 6,67 * 10-11 N* m2/kg2 LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL “La fuerza de atracción entre dos cuerpos de masas m y m’ separados una distancia “r” es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia por la constante universal de gravitación” Fatracci ó n=G∗ 𝑚𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎∗𝑚𝑙𝑢𝑛𝑎 𝑟2   Ing. Mario Aguilar Pulido FR-401 Física Aplicada a las Ciencias Biológicas