P4U5_HERRERARH

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INSTITUTO POLITÉCNICO 
NACIONAL. 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
Unidad Ticomán. 
 
Materia: Física Clásica. 
Profesor: José Ramón García Álvarez. 
 
Practica 4 Cinética. 
Tema: Dinámica de una partícula. 
Subtema: “Las leyes del movimiento” y “Segunda Ley de 
Newton”. 
 
Nombre del Alumno: Herrera Rangel Héctor Francisco. 
Boleta: 2022370143. 
Grupo: 1AV1. 
 
10 de octubre de 2021
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Fundamentación teórica. 
Energía cinética: definición. 
La energía cinética, en su definición más breve, es la energía que posee un cuerpo 
a causa de su movimiento. Se trata de la capacidad o trabajo que permite que un 
objeto pase de estar en reposo, o quieto, a moverse a una determinada velocidad. 
Un objeto que esté en reposo tendrá un coeficiente de energía cinética equivalente 
a cero. Al ponerse en movimiento y acelerar, este objeto irá aumentando su energía 
cinética y, para que deje de moverse y vuelva a su estado inicial, deberá recibir la 
misma cantidad de energía que lo ha puesto en movimiento, pero esta vez negativa 
o contraria. 
Leyes de Newton. 
Isaac Newton, científico británico de gran intelecto y cualidades; unas de ellas es 
que fue un Gran Físico - Matemático quién se le considera uno de los más grandes 
genios en la Historia de la Ciencia. Se dedicó al estudio de la Física Clásica y 
describe la Ley de la Gravitación Universal. Entre sus estudios están las 
investigaciones donde logra demostrar las leyes fundamentales de la Dinámica, las 
Leyes de Newton. 
Entre sus estudios e investigaciones demuestra las Leyes de Newton; las cuales 
se conocen como: (Ley de la Inercia, Ley de F=ma, hay una proporcionalidad de la 
fuerza con la masa y aceleración y la Ley que a toda acción corresponde una 
reacción). 
Sus leyes de han comprobado y demostrado de tal forma que las aplicamos día a 
día en nuestro entorno que nos rodea; así sus leyes las aplica y relaciona con el 
estudio de la Mecánica. La Mecánica es una rama de la Física que se encarga de 
estudiar todo lo relacionado con la posición y movimiento de los cuerpos. Donde 
se estudia a la Estática y Dinámica. 
La primera de Ley de Newton que es la Ley de la Inercia, nos dice que todo cuerpo 
permanecerá en un estado de reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos 
que una fuerza externa actúe sobre él cuerpo. Esta ley es muy comprensible ya que 
mientras no exista una fuerza externa sobre un cuerpo éste siempre va a 
permanecer en reposo. 
Fuerza. 
Este concepto está basado en las investigaciones realizadas sobre dinámica, y fue 
resuelto por primera vez por el fisicomatemático inglés Isaac Newton en su tratado 
"Principia Mathematica", quién tomó como base el principio de inercia de Galileo, y 
a partir del cual enunció lo que se le conoce como la primera ley de Newton que 
dice: "todo cuerpo se mantiene en estado de reposo o de movimiento constante en 
línea recta mientras que otra fuerza no modifique dicho estado". Sin embargo, la 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
definición explícita de fuerza es definida mediante la segunda ley de Newton, la cual 
expresa: " el producto de la masa de un cuerpo por su aceleración es directamente 
proporcional a la magnitud de la fuerza que actúa sobre dicho cuerpo". 
Segunda Ley de Newton. 
La segunda ley de Newton o principio fundamental establece que las aceleraciones 
que experimenta un cuerpo son proporcionales a las fuerzas que recibe. 
Probablemente su forma más célebre es: 
F=m⋅a 
Imagina dos cuerpos A y B con la misma masa que se mueven a la misma velocidad 
sobre dos superficies horizontales distintas. Pasado cierto tiempo, A se detiene y un 
rato más tarde se detiene B. Aunque los dos tienen la misma cantidad de 
movimiento o momento lineal inicial, A lo pierde antes que B. Por tanto, podemos 
suponer que la intensidad de la interacción entre los cuerpos y el suelo, que hace 
que los dos cuerpos terminen deteniéndose, es mayor en el A que en el B. 
 
Intensidad interacción en distintas superficies 
A la izquierda, lanzamos una bola sobre una superficie rugosa, por ejemplo, hierba, 
con un determinado momento lineal inicial p→0. A la derecha, lanzamos la misma 
bola con el mismo momento lineal inicial por una superficie lisa, por ejemplo, hielo. 
Dado que la pelota se detiene antes en el caso de la hierba, es decir dhierba<dhielo, 
podemos suponer que la intensidad de la interacción pelota-superficie, responsable 
de la reducción de la cantidad de movimiento, es mayor en el caso de la hierba. 
Así pues, si decimos que la fuerza es la intensidad de la interacción, llegamos a la 
definición de la segunda ley de Newton. 
este principio relaciona matemáticamente las fuerzas con el efecto que producen, 
de tal forma que resulta fundamental para resolver cualquier problema de dinámica. 
https://www.fisicalab.com/apartado/cantidad-movimiento
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
Ejemplo de aplicación de la segunda ley de Newton 
Cuando empujas un objeto, por ejemplo, una caja, aplicando una fuerza sobre él de 
manera sostenida, se produce un incremento de su momento lineal, representado 
por la flecha naranja. Ten presente que siempre que la masa a la que aplicas la 
fuerza se mantenga constante, el aumento del momento lineal se traducirá en un 
incremento de su velocidad, pues p=m·v. 
Definición diferencial. 
En la expresión anterior estamos dando por sentado que la fuerza total es constante 
en el intervalo Δt. En caso de no serlo, la expresión anterior nos proporcionará una 
fuerza total promedio. Por norma general, las fuerzas no suelen ser iguales durante 
todo el intervalo de tiempo, por lo que nos resultará de utilidad una ecuación que 
nos determine la fuerza en un instante concreto de tiempo. 
Podemos obtener la fuerza instantánea total calculando la fuerza entre dos instantes 
de tiempo tan próximos que su intervalo tiende a 0. Es justamente la definición de 
la derivada y se trata del mismo proceso que seguíamos en el caso de la velocidad 
instantánea o la aceleración instantánea: 
∑F→=limΔt→0 Δp→/Δt=dp→/dt 
La resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en un instante 
es proporcional a la variación del momento lineal en ese preciso instante y actúa en 
la dirección de esta, es decir, en la dirección de la variación de su velocidad. 
∑F→=dp→/dt 
Ten presente que, estrictamente hablando, la segunda ley de Newton solo es válida 
en sistemas de referencia inerciales. Para sistemas de referencia no inerciales es 
necesario incluir las fuerzas ficticias o fuerzas inerciales. 
Masa Inalterada 
Si un cuerpo durante una interacción no cambia el valor de su masa, se obtiene la 
famosa ecuación que estudiamos en el nivel anterior: F = m · a. Veámoslo: 
https://www.fisicalab.com/apartado/velocidad-instantanea
https://www.fisicalab.com/apartado/velocidad-instantanea
https://www.fisicalab.com/apartado/aceleracion-instantanea
https://www.fisicalab.com/apartado/principio-inercia#sist_ref_inercial
https://www.fisicalab.com/apartado/fuerzas-inercia
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
∑F→=dp→/dt=d(m⋅v→) /dt=mdv→/dt+v→⋅dm/dt=mdv→/dt=m⋅a→ 
∑F→ = m⋅a→ 
A la expresión anterior se la conoce como ecuación fundamental de la dinámica de 
traslación. 
La ecuación fundamental de la dinámica de traslación establece que, si la fuerza 
resultante que se aplica a un cuerpo libre no es nula, este experimentará 
una aceleración, o lo que es lo mismo, un cambio en su estado de reposo o de 
movimiento. 
∑F→ = m ⋅ a→ 
Donde: 
 ∑F→: Representa la fuerza total que actúa sobre el cuerpo. Su unidad de 
medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton. 
 m: Es la masa del cuerpo, supuesta constante. Su unidad de medidaen el 
S.I. es el kilogramo (kg) 
 a→: Es la aceleración que tiene el cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es 
el metro por segundo al cuadrado (m/s2) 
En ocasiones nos resultará de utilidad descomponer la expresión anterior en las 
componentes cartesianas ( o en cualquier otro sistema de coordenadas)... 
∑Fx=m⋅ax; ∑Fy=m⋅ay; ∑Fz=m⋅az 
Y a veces también en las componentes intrínsecas... 
∑Ft=m⋅at; ∑Fn=m⋅an 
Por otro lado, Newton llegó a esta conclusión tras realizar una serie de experimentos 
en los que pudo comprobar que: 
 Si se aplica la misma fuerza a cuerpos con distinta masa, se 
consiguen aceleraciones diferentes. 
 La fuerza es directamente proporcional a la aceleración que experimenta el 
cuerpo, y la constante de proporcionalidad del cuerpo utilizado corresponde con 
su masa. 
Relación fuerza y aceleración. 
La fuerza resultante que se aplica en un cuerpo y la consecuente aceleración que 
aparece en él tienen la misma dirección y sentido. De acuerdo a la segunda ley de 
Newton, se diferencian en una constante de proporcionalidad: la masa del cuerpo. 
Así, dado que el vector fuerza resultante de la figura, ΣF→, es el doble del vector 
aceleración, a→. 
https://www.fisicalab.com/apartado/descomposicion-fuerzas
https://www.fisicalab.com/apartado/descomposicion-fuerzas
https://www.fisicalab.com/apartado/aceleracion-componentes-intrinsecas
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Si en la primera ley Newton introdujo el concepto de inercia, en la segunda ley 
establece cuál es su cantidad, es decir, la masa es la magnitud que mide la cantidad 
de inercia que posee un cuerpo. 
Observa que podemos considerar la primera ley de Newton como un caso particular 
de esta segunda. Efectivamente, cuando... 
∑F→=0⇒0=dp→/dt 
...es decir, si no hay una fuerza neta actuando sobre un cuerpo, este no varía su 
cantidad de movimiento, y, por tanto, su velocidad permanece constante. Se trata 
del principio de conservación del momento lineal. 
La segunda ley de Newton nos proporciona una relación entre causas, las fuerzas, 
y los efectos, la aceleración. No dice nada acerca de qué factores influyen en esas 
causas. Así, por ejemplo, la fuerza de la gravedad depende de las masas y las 
distancias, la fuerza elástica depende de las características de un muelle y su 
elongación. Dedicaremos el siguiente tema a estudiar algunas de estas causas y 
sus aplicaciones. 
Definición de newton. 
La segunda ley de Newton nos permite definir la unidad de fuerza en el Sistema 
Internacional, el newton. 
Se define un newton como la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo de 1 kg de 
masa para comunicarle una aceleración de 1 m/s2. Se abrevia por la letra N. Así: 
1 N = 1kg·1m/s2 
 
 
 
 
 
https://www.fisicalab.com/apartado/solido-rigido#masa
https://www.fisicalab.com/apartado/principio-inercia
https://www.fisicalab.com/apartado/conservacion-momento-lineal
https://www.fisicalab.com/apartado/fuerza-gravitatoria
https://www.fisicalab.com/apartado/como-medir-fuerzas
https://www.fisicalab.com/tema/aplicaciones-leyes-newton
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Desarrollo. 
Introducción / Primer ejercicio propuesto. 
Se tiene un archivero de una masa de 50 kg, sin tener en cuenta la fricción que se 
genera, qué aceleración se debe generar sobre el archivero para que tenga una 
fuerza aplicada de 15 Newtons, además calcula la velocidad cuando hayan pasado 
5 segundos y la distancia recorrida a ese punto. 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
Fricción / Segundo ejercicio propuesto. 
Una caja de 100 kg se desliza sin fricción sobre una pendiente que forma un ángulo 
de 30° sobre la horizontal, determina su aceleración y la fuerza normal que el hielo 
actúa sobre la caja. 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
 
 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Fricción / Tercer ejercicio propuesto. 
Con los datos del ejercicio anterior, ahora resuelve considerando la fricción, si el 
coeficiente cinético es de 0.3. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Gráfica de fuerzas / Cuarto ejercicio propuesto. 
Teniendo un libro con una masa de 10 kg, se desliza por una rampa de hielo que 
forma un ángulo respecto a la horizontal de 10°, si se le empuja con una fuerza de 
10 Newtons, determina su aceleración, además de la fuerza que ejerce la superficie. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
Gráfico de fuerzas / Quinto ejercicio propuesto. 
Con los datos del ejercicio anterior, se volverá a resolver las incógnitas, pero ahora 
con un cambio de fuerza a 25 Newtons y tomando en cuenta la fricción que se 
genera entre el libro y la madera con un coeficiente cinético de 0.2, esto con tal de 
ver las diferencias en las gráficas. 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Transportes el robot. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Conclusiones. 
Dentro de este espacio se encontrará una guía para el manejo del simulador 
proporcionado por PHET Colorado sobre “Rampa: Fuerzas y movimiento”. 
Introducción. 
Dentro de esta simulación podemos modificar pocas cosas, esta pestaña solo nos 
permite cambiar el ángulo de inclinación del plano inclinado, solo nos deja elegir 
entre 6 objetos distintos para experimentar, nos permite considerar a la fricción o 
no, la fuerza aplicada, la posición del objeto y por último nos permite colocar resortes 
en las paredes de ambos lados para que el objeto rebote en ellos 
Por otro lado, hay un apartado que nos proporciona información en tiempo real de 
lo que está pasando con el objeto, nos muestra las fuerzas que están interviniendo 
en el objeto y un diagrama de cuerpo libre 
Por último, nos encontramos con un apartado que nos permite hacer la simulación 
de un sujeto empujando al objeto y podemos ver cómo es que va avanzando sin 
embargo esta función no la encontré tan útil, o bien, se me hizo complicada de 
utilizar y no me pareció tan intuitiva como como se podría llegar a pensar por eso 
decidí no usarla para el resto de pestañas. 
 
Esta es la vista que se tiene sobre la pestaña de introducción del simulador de 
Rampa: Fuerzas y movimiento. 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Fricción. 
Este apartado del simulador fue mi favorito personal, este apartado comparte 
algunas características con el anterior pero lo que me gustó de este fue que puedes 
controlar con mayor libertad no solo al objeto estudiado, sino que podemos cambiar 
a las condiciones del experimento 
En este apartado nos permite cambiar al coeficiente de fricción estático y al 
dinámico también, tenemos una mayor libertad para cambiar la masa del objeto, así 
como cambiar el valor de la aceleración de la gravedad 
El resto de parámetros que nos deja modificar son prácticamente los mismos que 
los del módulo anterior. 
 
Esta es la vista que se nos ofrece sobre la pestaña de fricción del simulador de 
Rampa:Fuerzas y movimiento. 
Gráfica de fuerzas. 
A mi parecer este es el apartado más confuso de todos, me costó más tiempo 
entender del todo cómo utilizarlo, pero lo que me gustó fue que te muestra mucha 
más información que también me hubiera gustado poder ver en los apartados 
anteriores 
Dentro de esta pestaña nos podemos encontrar con una gráfica que nos muestra el 
cambio de la fuerza aplicada, fuerza de fricción, de gravedad, de los muros al chocar 
con ellos y la fuerza resultante con respecto al tiempo, así como también darnos los 
valores de cada una de estas fuerzas 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
En el resto de los parámetros controlables y de la información que muestra en 
pantalla es idéntico al primer módulo. 
 
Esta es la vista que se tiene sobre la pestaña de gráfica de fuerzas en el simulador 
de Rampa: Fuerzas y movimiento. 
Transportes El Robot. 
Esta última pestaña es totalmente distinta a las anteriores, esta pantalla trata de 
mostrar el efecto de la cinética de una forma más didáctica e intuitiva y sin duda es 
la más fácil de entender cómo usar, sin embargo, sí creo necesario el estudio de los 
apartados anteriores para poder entender de una mejor manera qué es lo que está 
sucediendo en el simulador 
Este apartado consta de un pequeño juego donde eres un robot que reparte cosas 
deslizándolas por una rampa y el objetivo de este es el de entregar todos los objetos 
a una casa que se encuentra en un plano después de la rampa evitando que los 
objetos caigan o que el robot se quede sin energía para empujar y no poder realizar 
la entrega. 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
 
 
Esta es la vista que se nos ofrece sobre la pestaña de Transportes El Robot dentro 
de nuestro simulador de Rampa: Fuerzas y movimiento. 
 
 
 
 
 Herrera Rangel Héctor Francisco 1AV1. 
Bibliografía. 
 Universidad Internacional de Valencia. (2021). Qué es la energía cinética: 
definición. 2021, de Universidad Internacional de Valencia Sitio web: 
https://www.universidadviu.com/es/actualidad/nuestros-expertos/que-es-la-
energia-cinetica-definicion 
 Rendón, H. (2021). Leyes de Newton. 2021, de Universidad Autónoma del 
Estado de Hidalgo Sitio web: 
https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa4/n11/r5.html 
 CENAM. (2021). Definición Fuerza:. 2021, de CENAM Sitio web: 
https://www.cenam.mx/FYP/Fuerza/Fuerza1.aspx 
 Fernández, J. (2021). Segunda Ley de Newton. 2021, de Física LAB Sitio web: 
https://www.fisicalab.com/apartado/principio-fundamental 
https://www.universidadviu.com/es/actualidad/nuestros-expertos/que-es-la-energia-cinetica-definicion
https://www.universidadviu.com/es/actualidad/nuestros-expertos/que-es-la-energia-cinetica-definicion
https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa4/n11/r5.html
https://www.cenam.mx/FYP/Fuerza/Fuerza1.aspx
https://www.fisicalab.com/apartado/principio-fundamental