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Cinemática y Dinámica

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Page 1: Cinemática y Dinámica ley de movimiento de Newton 12 - 4 • Segunda ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una

Cinemática y Dinámica

Page 2: Cinemática y Dinámica ley de movimiento de Newton 12 - 4 • Segunda ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una

Objetivo: El alumno aplicará las leyes de Newton

en la resolución de ejercicios de movimiento de la

partícula en un plano, donde intervienen las causas que modifican a dicho movimiento.

Cinética de la partícula

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2.1 Segunda ley de Newton para movimiento de partículas de masa constante.

• Segunda ley de Newton:

- Una partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de

la fuerza resultante que actúa sobre él y en la dirección de la fuerza

resultante.

- La resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula es igual a

la razón de cambio del momento lineal de la partícula.

- La suma de los momentos respecto a O de las fuerzas que actúan

sobre una partícula es igual a la razón de cambio del momento

angular de la partícula alrededor de O.

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Segunda ley de movimiento de Newton

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• Segunda ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es

cero, la partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante

y en la dirección de la resultante.

• Considerar una partícula sometida a fuerzas constantes,

ma

F

a

F

a

F masa,constante

3

3

2

2

1

1

• Cuando una partícula de masa m se halla sometida a una fuerza la aceleración

de la partícula debe satisfacer

,F

amF

• La aceleración debe ser evaluada con respecto a un sistema newtoniano de

referencia, es decir, no se está acelerando o girando.

• Si la fuerza que actúa sobre la partícula es cero, las partículas no se acelerarán, es

decir, se mantendrán estacionarias o continuarán en una línea recta a velocidad

constante.

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Segunda ley de movimiento de Newton • Sustituyendo la aceleración por la derivada de los

rendimientos de la velocidad,

partícula la de lineal movimiento de cantidad

L

dt

Ldvm

dt

d

dt

vdmF

• Principio de la conservación de la cantidad de

movimiento lineal:

Si la fuerza resultante sobre una partícula es cero, la

cantidad de movimiento lineal de la partícula se

mantiene constante en magnitud y dirección.

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Segunda ley de movimiento de Newton

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• De las unidades de las cuatro dimensiones principales

(fuerza, masa, longitud y tiempo), tres pueden ser

elegidas arbitrariamente. La cuarta debe ser compatible

con la segunda ley de Newton.

• Sistema Internacional de Unidades (unidades del SI):

las unidades básicas son las de longitud (metro), masa

(kilogramo) y tiempo (segundo). La unidad de fuerza es

una unidad derivada,

22 s

mkg1

s

m1kg1N1

Sistemas de unidades

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Segunda ley de movimiento de Newton

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Sistemas de unidades

• Unidades de uso común en Estados Unidos: las unidades

básicas son las de fuerza (libra), longitud (pie) y tiempo

(segundo). La unidad de masa es una unidad derivada,

ft

slb1

sft1

lb1slug1

sft32.2

lb1lbm1

2

22

Page 8: Cinemática y Dinámica ley de movimiento de Newton 12 - 4 • Segunda ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una

Segunda ley de movimiento de Newton • La segunda ley de Newton establece

amF

• La solución para el movimiento de las partículas se ve facilitada

por la resolución de la ecuación vectorial en las ecuaciones de

componente escalar; por ejemplo, para los componentes

rectangulares,

zmFymFxmF

maFmaFmaF

kajaiamkFjFiF

zyx

zzyyxx

zyxzyx

• Para los componentes tangencial y normal,

2vmF

dt

dvmF

maFmaF

nt

nntt

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Equilibrio dinámico • Expresión alternativa de la segunda ley de Newton,

inerciadevectoram

amF

0

• Con la inclusión del vector de inercia, el sistema de fuerzas que

actúan sobre la partícula es equivalente a cero. La partícula está

en equilibrio dinámico.

• Los métodos desarrollados pueden aplicarse para las partículas

en equilibrio estático; por ejemplo, las fuerzas coplanares

pueden representarse con un polígono vectorial cerrado.

• Los vectores de inercia a menudo son llamados fuerzas de

inercia, ya que miden la resistencia que ofrecen a los cambios de

las partículas en movimiento, es decir, los cambios en la

velocidad o dirección.

• Las fuerzas de inercia pueden ser conceptualmente útiles, pero

no son como las de contacto y las fuerzas gravitatorias halladas

en la estática.

Page 10: Cinemática y Dinámica ley de movimiento de Newton 12 - 4 • Segunda ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una

Un bloque de 200 lb descansa sobre un

plano horizontal. Se necesita encontrar

la magnitud de la fuerza P requerida

para dar al bloque una aceleración de

10 ft/s2 hacia la derecha. El

coeficiente de fricción cinética entre el

bloque y el plano es mk 0.25.

SOLUCIÓN:

• Resolver la ecuación de movimiento

para el bloque en dos ecuaciones de las

componentes rectangulares.

• Las incógnitas consisten en la fuerza P

aplicada y la reacción normal N del

plano. Las dos ecuaciones pueden

resolverse para estas incógnitas.

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Los dos bloques que se muestran

empiezan a moverse a partir del

reposo. El plano horizontal y la polea

no presentan fricción, y se supone que

la masa de la polea puede ignorarse.

Determinar la aceleración de cada

bloque y la tensión en la cuerda.

SOLUCIÓN:

• Escribir las relaciones cinemáticas de los

movimientos y las aceleraciones

dependientes de los bloques.

• Escribir las ecuaciones de movimiento

de los bloques y la polea.

• Combinar las relaciones cinemáticas con

las ecuaciones de movimiento para

resolver las aceleraciones y la tensión de

la cuerda.

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El bloque B de 12 lb empieza a

moverse desde el reposo y se desliza

sobre la cuña A de 30 lb, la cual está

sobre una superficie horizontal.

Si se ignora la fricción, determinar a) la

aceleración de la cuña, y b) la

aceleración del bloque relativa a la

cuña.

SOLUCIÓN:

• El bloque está obligado a deslizarse por

la cuña. Por lo tanto, sus movimientos

son dependientes. Expresar la

aceleración del bloque como la

aceleración de la cuña más la aceleración

del bloque en relación con la cuña.

• Escribir las ecuaciones de movimiento

de la cuña y el bloque.

• Resolver para las aceleraciones.

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SOLUCIÓN:

*Diagrama de cuerpo libre

*Ecuaciones involucradas