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52 ANUAL EGRESADOS TEMA 05 MOVIMIENTO CIRCULAR MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME (M.C.U) Concepto: Es aquel movimiento que tiene como trayectoria una circunferencia, en el cual la partícula recorre arcos iguales en tiempos iguales, por consiguiente barre ángulos iguales. ◊ ELEMENTOS DEL MOVIMIENTO CIRCULAR R S R o tV tVq w a) Desplazamiento Lineal (S). Longitud de arco de la circunferencia que recorre el móvil. b) Desplazamiento angular (q). Ángulo central correspondiente al arco descrito por el móvil. Se mide en Radianes. Relación entre desplazamiento lineal (S) y angular (q): c) Velocidad lineal o tangencial (Vt).- Magnitud vectorial igual al arco recorrido por el móvil en cada unidad de tiempo. d) Velocidad angular (W).- Magnitud vectorial igual al desplazamiento angular en cada unidad de tiempo. Se representa por un vector perpendicular el plano de rotación, cuyo sentido se determina por la Regla de la mano derecha. Relación entre las velocidades tangencial y angular; e) Período (T).- Intervalo de tiempo constante que tarda una partícula en recorrer la misma trayectoria. Su valor indica el tiempo empleado por cada vuelta o revolución. f) Frecuencia (f).- Inversa del período. Su valor indica el número de vueltas por cada unidad de tiempo. Relación entre la velocidad angular, el periodo y la frecuencia: Unidades: = R.P.S. = Hertz = R.P.M. = R.P.H. Relación entre la velocidad angular, el período y la frecuencia: ◊ PROPIEDADES EN EL M.C.U 1) “Todos los puntos de un cuerpo rígido en rotación, poseen la misma VELOCIDAD ANGULAR” 2) “Cuando se tienen dos discos unidos por una faja de transmisión o en contacto tangencial, todos los puntos de la periferia de los discos tienen igual VELOCIDAD TANGENCIAL” MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORMEMENTE VARIADO (MCUV) Concepto. Es aquel movimiento que tiene como trayectoria una circunferencia en el cual la partícula aumenta o disminuye progresivamente su velocidad angular; por consiguiente se mueve con aceleración angular constante. FÍSICA 53 ANUAL EGRESADOS a S fw ow ta ca a q β ov fv ◊ ECUACIONES DEL MUCV Son análogas a las del MRUV: LINEAL ANGULAR Aceleración Angular (a).- Magnitud vectorial que mide la rapidez de cambio de la velocidad angular que experimenta una partícula. Se representa por un vector perpendicular al plano de rotación. Aceleración Tangencial (at).- Magnitud vectorial que mide la rapidez de cambio que experimenta la velocidad tangencial (lineal) en módulo. Descomposición Rectangular de la Aceleración Lineal.- Como se muestra en la figura, la aceleración lineal (a) está en función de dos componentes rectangulares: aceleración tangencial (at) y aceleración centrípeta (ac) Aceleración Centrípeta (ac) .- Magnitud vectorial que mide la rapidez de cambio que experimenta la velocidad en dirección (y sentido). Apunta al centro de la circunferencia RELACIÓN ENTRE LA ACELERACIÓN ANGULAR Y LA ACELERACIÓN TANGENCIAL EJERCICIOS RESUELTOS 1. El disco mostrado en la figura gira con MCU; si la rapidez tangencial de los puntos A y B son 40cm/s y 30 cm/s, respectivamente, ¿qué radio tiene el disco? ◊ SOLUCIÓN: Wr = 40 y w(r - 2) = 30 dividiendo obtenemos: r = 8 cm Rpta.: Tiene 8 cm de radio. 2. Indicar la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proprosiciones: I. En el MCU la velocidad tangencial de la partícula es constante. II. En el MCUV la rapidez tangencial varía uniforme- mente . III. En el MCU la aceleración centrípeda de la partícula es constante. ◊ SOLUCIÓN: Rpta.: FVF. 3. Una partícula parte del reposo y realiza un MCUV. Si tarda 3 minutos en realizar la segunda vuelta, determine el tiempo que emplea en dar la primera vuelta. ◊ SOLUCIÓN: Sea q2 = 4p el ángulo recorrido en las dos vueltas, q1 = 2p el ángulo recorrido en dar la primera vuelta. t1: el tiempo en dar la primera vuelta, t2: el tiempo en dar dos vueltas entonces t2-t1=180 s es el tiempo en dar la segunda vuelta. q2 ≡ 4p = at22/2; q1 ≡ 2p = at1 2/2, dividiendo se obtiene: t2/t1 = Resolviendo tenemos: t1=180/( +1)s Rpta.: 360/( +1) s. FÍSICA 54 ANUAL EGRESADOS PRÁCTICA DIRIGIDA 1. Un avioncito de aeromodelismo gira en una curva con una velocidad de 40 m/s. Sabiendo que en cada segundo experimenta un desplazamiento angular de 5 rad. ¿Cuál es el radio de giro del movimiento? A) 4 m B) 6 m C) 8 m D) 10 m 2. Un móvil se mueve con MCU y recorre un arco de 220 m y su frecuencia es 6 RPM. ¿Cuántos segundos emplea dicho recorrido, si el diámetro de la circunferencia que describe mide 70 m? (p = 22/7) A) 1 s B) 2 s C) 3 s D) 10 s 3. La figura nos muestra dos poleas las cuales pueden girar respecto a sus ejes. Si : wA = 450 rad/s hallar la velocidad angular de la rueda “B” RA = 6 cm ; RB= 15 cm A) 225 rad/s B) 360 rad/s C) 270 rad/s D) 180 rad/s 4. En las bicicletas, la transmisión por correa (belt drive) trabaja de acuerdo con el principio de poleas dentadas y en vez de cadena tenemos una cinta flexible o correa. La correa está fabricada en fibra de Kevlar lo que le confiere unas altas prestaciones en durabilidad y tensión. Determine la magnitud de velocidad tangencial de un punto periférico de la polea “C”. RA = 1 cm; RB = 4 cm; RC = 6 cm; wA = 3p rad/s A) 2p cm/s B) 12p cm/s C) 3p cm/s D) 4p cm/s 5. Un insecto se encuentra a 25 cm del centro de un disco que gira a 40 rad/s. Determinar la magnitud de la velocidad tangencial con que gira dicho insecto. A) 10 m/s B) 15 m/s C) 8 m/s D) 20 m/s 6. Los sistemas de transmisión de bicicleta se utilizan para transmitir la energía de los conductores a las ruedas motrices de bicicletas, triciclos, u otros vehículos de tracción humana. En el arreglo mostrado determine la rapidez angular de “C”. RA = 1 cm; RB = 4 cm RC = 6 cm; wA = 3p rad/s A) 2p rad/s B) p rad/s C) 3p rad/s D) 4p rad/s 7. Un volante parte del reposo girando con MCUV a 10p rad/s2. Determine el ángulo girado en los 2 primeros segundos . A) 2p cm/s B) 20p rad C) 3p cm/s D) 5p rad 8. En 1881 Thomas Alva Edison (1847-1931) creó un aparato capaz de transformar la energía acústica en mecánica: el fonógrafo. Los sonidos se grababan en un cilindro de cera. Para escucharlos, una aguja, unida a un audífono de considerable diámetro debía recorrer los surcos para poder recoger las ínfimas vibraciones allí escritas. Un disco que parte del reposo con MCUV da 4 vueltas en 2 s. ¿Cuántas vueltas dio durante el 1er segundo del movimiento? A) 1/4 B) 3/4 C) 1/2 D) 1 9. Un cuerpo gira alrededor de una circunferencia con aceleración angular constante de 20 rad/s2. Si necesita 3 s para girar un ángulo de 234 rad. Determine la magnitud de la velocidad angular al inicio de dicho tramo. A) 48 rad/s B) 65 rad/s C) 108 rad/s D) 60 rad/s FÍSICA 55 ANUAL EGRESADOS 10. La velocidad de una plataforma de amolar aumenta uniformemente en 10 s de 36 km/h a 144 km/h. Si su diámetro es de 50 cm, cuál es la aceleración angular de las misma en rad/s2? A) 1 B) 6 C) 3 D) 4 11. Una rueda acelera a razón de 2 rad/s2 y gira un ángulo de 75 rad en 5 s. ¿Cuánto tiempo ha estado en movimiento antes de comenzar el intervalo de 5 s, si partió del reposo? A) 6 s B) 5 s C) 4 s D) 3 s 12. La figura muestra el MCU de un móvil que gira uniformemente en sentido horario con un período de 24 s. ¿Qué tiempo tardará en ir de A hacia B? A) 4 s B) 6 s C) 8 s D) 10 s 13. Los puntos periféricos de un disco se desplazan a razón de 8 m/s y los puntos ubicados a 2m de la periferia se desplazan a 4 m/s. Calcular el radio del disco A) R = 5 m B) R = 4 m C) R = 6 m D) R = 3 m 14. Un disco de 33 RPM gira sobre un tornamesa. ¿Qué ángulo habrá girado un punto de su periferia al cabo de 10 segundos? A) 3p rad B) 8p rad C) 11p rad D) 12p rad 15. Un cuerpo con movimiento uniforme recorre la trayectoria mostrada indicar en que punto posee mayor aceleración. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 Uno de los conceptosfundamentales de la física moderna es el de onda. El estudio de los movimientos ondulatorios se remonta a hace varios siglos, y la descripción de estos movimientos se basa clásicamente en su comparación con otros más sencillos y fáciles de determinar: el circular y el armónico simple.
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