introducción a la física

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UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
ESCUELA DE FÍSICA
Taller 2.
ASIGNATURA: FÍSICA I Código: 8106072 IS – 2014 
Ejercítese en lectura.
1. ¿Qué es un movimiento rectilíneo uniforme- MRU?
R/: Es el movimiento en el cual un objeto se desplaza en línea recta, en una sola dirección, recorriendo distancias iguales en el mismo intervalo de tiempo, manteniendo en todo su movimiento una velocidad constante y sin aceleración.
2. ¿Cómo es la relación entre el MRU y el enunciado de la Primera Ley de Newton? 
R/: La primera Ley de Newton establece que si no se aplica ninguna fuerza o la suma de fuerzas que se le aplica a un cuerpo es nula, este permanecerá en reposo si estaba en reposo, o en movimiento rectilíneo uniforme si se encontraba en movimiento.
3. Elabore un pequeño ensayo sobre la Ley de Inercia.
R/: La primera ley de Newton nos dice que "Todo cuerpo preserva su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él". Además, es preciso recordar que la inercia no solo se refiere al estado de reposo, sino también a una velocidad constante. Esto quiere decir que un objeto que se encuentra en reposo permanecerá así hasta que una fuerza actué sobre él. Cuando un objeto esta en movimiento su velocidad será constante hasta que fuerzas como roce y fricción lo detengan progresivamente [1].
4. ¿Qué es un movimiento circular uniforme MCU? ¿Cuál es la diferencia entre un MRU y un MCU? Introduzca ideas desde la comprensión y reflexión de La Primera Ley de Newton.
R/: el MCU describe el movimiento de un cuerpo con una rapidez constante y una trayectoria circular. Aunque la rapidez del objeto y la magnitud de su velocidad son constantes, en cada instante cambia de dirección. MRU corresponde al movimiento rectilíneo uniforme, por lo que la velocidad es constante y siempre se mueve en línea recta. Estos movimientos serán constantes hasta que alguna fuerza los detenga gradualmente. 
5. ¿Qué es un movimiento circular no uniforme? 
R/: es el que describe un cuerpo que se mueve alrededor de un eje de giro con un radio y una velocidad angular constantes, trazando una circunferencia y con una aceleración centrípeta
6. ¿Qué es la Fuerza Centrípeta? Diseñe un experimento para medir la Fuerza Centrípeta. ¿Qué mediciones propone realizar? 
R/: Una fuerza centrípeta es una fuerza neta que actúa sobre un objeto para mantenerlo en movimiento a lo largo de una trayectoria circular. cualquier objeto que viaja a lo largo de una trayectoria circular de radio R con velocidad V experimenta una aceleración hacia el centro de esta trayectoria: 
La 1ª ley de Newton nos dice que un objeto va a continuar moviéndose en una trayectoria recta a menos que haya fuerzas externas que actúen sobre él. En este caso la fuerza externa es la fuerza centrípeta. La fuerza de tensión sobre la cuerda de una pelota atada que da vueltas y la fuerza gravitacional que mantiene a un satélite en órbita, son ejemplos de fuerzas centrípetas. Incluso muchas fuerzas individuales pueden estar involucradas siempre y cuando se sumen, con suma de vectores, para dar una fuerza neta que apunte hacia el centro de la trayectoria circular. 
Al empezar con la 2ª ley de Newton:
y después igualar esto con la aceleración centrípeta; 
podemos mostrar que la fuerza centrípeta, Fc tiene magnitud 
y siempre está dirigida hacia el centro de la trayectoria circular. De manera equivalente, si ω es la velocidad angular entonces como v= Rω;
Un aparato que ilustra claramente la fuerza centrípeta consiste en una masa atada (m1) que se hace girar en un círculo horizontal por una cuerda ligera que pasa a través de un tubo vertical hacia un contrapeso (m2) como se muestra en la Figura.
si m1 es una masa de 1 Kg que da vueltas en un círculo de radio 1 m y m2=4Kg ¿cuál es la velocidad angular si suponemos que ninguna de las masas se mueve de manera vertical y hay fricción mínima entre la cuerda y el tubo?
· Cuando la cuerda pasa a través del tubo, redirige la fuerza debida a la gravedad que actúa sobre m2 al plano horizontal. Esta es la fuerza centrípeta que le permite a m1 rotar en un círculo. Ninguna de las masas se mueve de manera vertical, así que la fuerza centrípeta debe estar exactamente balanceada. 
La cual se puede reordenar y resolver para la velocidad de rotación: 
7. Elabore una disertación para explicar el movimiento de los planetas alrededor del Sol, teniendo en cuenta la Fuerza Centrípeta y la Fuerza de Coriolis.
R/: La fórmula de la aceleración de Coriolis es
donde w es la velocidad angular de rotación del planeta, y v es la velocidad del cuerpo medida por el observador no inercial. El ángulo l es la latitud del lugar considerado situado en el hemisferio Norte.
La aceleración de Coriolis de un cuerpo que cae es máxima en el ecuador l =0º y es nula en los polos l =90º. En el polo coinciden las direcciones de los vectores velocidad angular de rotación w, y la velocidad v del cuerpo que cae, el producto vectorial de ambos vectores es por tanto, cero.
Si estamos en el hemisferio Norte, en un lugar de latitud . Una partícula situada en este punto describe una circunferencia de radio r=R·cos . La aceleración centrífuga es radial y dirigida hacia afuera, tal como se indica en la figura, su módulo es:
ac=w 2r= w 2R·cos
Los datos del plaenta Tierra son:
Velocidad angular de rotación w, una vuelta (2·p) cada 24 horas (86400 s).
El radio de la Tierra es de R=6370 km.
La aceleración centrífuga se descompone en dos;
-Componente en la dirección radial, que disminuye la aceleración g0 de la gravedad 
g=g0 - 2R·cos2 .
La aceleración centrífuga en el ecuador  =0° es máxima w2R, pero es muy pequeña comparada con g0
-Componente en la dirección Norte-Sur (eje X), que desvía los cuerpos hacia el Sur. El valor de esta componente es
ax=ac·sen =w2R·cos  ·sen . Esta aceleración es nula cuando estamos en el plano ecuatorial  =0º.
Un móvil que cae, describe un movimiento uniformemente acelerado a lo largo del eje X. 
8. Describa dos deportes olímpicos donde se aplique la Fuerza Centrípeta.
R/: en el lanzamiento de martillo es una prueba del atletismo que consiste en una bola de metal unida a una empuñadura mediante un cable de acero, resultando vencedor quien lo envíe a mayor distancia, en este se usa la fuerza centrípeta para lanzar el martillo. En el lanzamiento de disco se usa también el mismo principio, solo que en este la mano esta en contacto directo con el objeto que se lanza con la fuerza centrípeta. 
9. ¿Qué es un Fuerza Resistiva? Explique el fenómeno de la lluvia incluyendo el efecto de la fuerza resistiva debido a la presencia del aire. ¿Cómo se forman las gotas de lluvia?
R/: Llamamos fuerza resistiva a toda aquella que se opone al movimiento en cualquier objeto sin importar su naturaleza. Una nube es un agregado de gotas de agua microscópicas (nubes calientes), pequeños cristales de hielo (nubes frías) o una mezcla de ambos (nubes mixtas), en suspensión en la atmósfera. Las gotas en una nube se forman por condensación
de vapor de agua alrededor de partículas microscópicas llamadas núcleos de condensación (polvo, polén, etc.) cuando el aire alcanza su humedad máxima (aire saturado) y ya no admite más vapor de agua. A partir de entonces, cualquier cantidad adicional de vapor de agua forma gotitas o cristalitos de hielo. Una gota de agua de lluvia cae a través de una nube de pequeñas gotitas. A medida que cae, incrementa su masa al chocar inelásticamente con las pequeñas gotitas. Las gotas dejan de tener forma esférica, por lo que la resistencia del aire habría que modelarla teniendo en cuenta un coeficiente de resistencia aerodinámica. [2]
Imagen 1. Lluvia. Tomado de : https://rsef.es/images/Fisica/P1_Lagota.pdf 
10. ¿Qué es el método de Euler? Aplique para un ejemplo.
R/: este método consiste en encontrar iterativamente la solución de una ecuación diferencial de primer orden y valores iniciales conocidospara un rango de valores. Partiendo de un valor inicial x0 y avanzando con un paso h, se pueden obtener los valores de la solución de la siguiente manera: 
Yk+1 = Yk + h · f(xk, Yk)
Donde Y es solución de la ecuación diferencial y f es la ecuación diferencial en función de las variables independientes.
Desarrollar los siguientes problemas.
1. Se ha sugerido que cilindros rotatorios de aproximadamente 10 millas de largo por cinco millas de diámetro se coloquen en el espacio para utilizarlos como colonias de seres humanos. El fin de la rotación es similar a la gravedad para los habitantes en La Tierra. Explique este modelo de propuesta para producir una gravedad efectiva.
2. Una patinadora de hielo de 55.0 kg se mueve a 4.00 ms-1 cuando agarra el extremo suelto de una cuerda, el extremo opuesto está amarrado a un poste. Se llega a mover en un círculo de 0.800 m de radio. a) Determine la fuerza ejercida por la cuerda sobre sus brazos. b) Compare esta fuerza con su peso. 
3. En el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, la rapidez del electrón es aproximadamente 2.20 x 106 ms-1. Encuentre: a) la fuerza que actúa sobre el electrón cuando éste gira en una órbita circular de 0.530 x 10-10 m de radio, y b) la aceleración centrípeta del electrón.
4. En un ciclotrón (un tipo de acelerador de partículas), un deuterón, de masa atómica de 2.00 u, alcanza una rapidez final al 10% de la rapidez de la luz mientras se mueve en una trayectoria circular de 0.480 m de radio. El deuterón se mantiene en la trayectoria circular por medio de una fuerza magnética. ¿Qué magnitud de fuerza se requiere?
5. Una cubeta con agua gira en un círculo de 1.00 m de radio. ¿Cuál es la rapidez de la cubeta en la parte superior del círculo si no se derrama el agua?
6. En un modelo del átomo de hidrógeno el electrón en órbita alrededor del protón experimenta una fuerza atractiva de ca. (aproximadamente) 8.20 x 10-8N. Si el radio de la órbita es de 5.30 x 10-11 m, ¿cuántas revoluciones realiza el electrón cada segundo? 
7. Un automóvil de 1 800 kg pasa sobre un montículo en un camino que sigue el arco de un círculo de radio de 42 m, como se muestra en la figura. a) ¿Qué fuerza debe ejercer el camino sobre el carro para que éste pase el punto más alto del montículo si viaja a 16.0 ms-1 ? b) ¿Cuál es la rapidez máxima que el carro puede alcanzar cuando pasa por el punto más alto antes de perder contacto con el camino? 
8. Un automóvil de masa m pasa sobre un montículo en un camino que sigue el arco de un círculo de radio de R, como se muestra en la figura. a) ¿Qué fuerza debe ejercer el camino sobre el carro para que éste pase el punto más alto del montículo si viaja a una rapidez v? b) ¿Cuál es la rapidez máxima que el carro puede alcanzar cuando pasa por el punto más alto antes de perder contacto con el camino? 
9. 
	
	Un aeromodelo de 0.750 kg de masa vuela en un círculo horizontal en el extremo de un alambre de control de 60.0 m, con una rapidez de 35.0 ms-1. A). Calcule la tensión en el alambre si este forma un ángulo constante de 20.0° con la horizontal. B) Las fuerzas son el jalón del alambre de control, su propio peso y la sustentación aerodinámica, la cual actúa en 20.0° hacia adentro desde la vertical, como se muestra en la figura adyacente.
 
 
Bibliografía
[1]. Alfredo Enrique Oyola-García. Las Leyes de Newton y su aplicación en salud pública (2016). Recuperado de: http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1025-55832016000400020 
[2].- Una gota de nube. Recuperado de: https://rsef.es/images/Fisica/P1_Lagota.pdf