¿Que es la Fisica?

   
     La física es la más fundamental de las ciencias. Estudia el comportamiento y la estructura de la materia. El campo de la física se divide usualmente en física clásica, que incluye movimiento, fluidos, calor, sonido, luz, electricidad y magnetismo; y física moderna que incluye relatividad, estructura atómica, materia condensada, física nuclear, partículas elementales, y cosmología y astrofísica. En este libro cubriremos todos esos temas, empezando con movimiento (o mecánica, como se le denomina con frecuencia); y finalizaremos con los resultados más recientes en nuestro estudio del cosmos.

     La comprensión de la física es indispensable para cualquiera que piense estudiar una carrera científica o tecnológica.

SISTEMA DE REFERENCIA INERCIAL

     Se denominan sistemas de referencia inerciales a aquellos en los que se cumple el principio de inercia: para que un cuerpo posea aceleración ha de actuar sobre él una fuerza exterior. En estos sistemas se cumplen, por extensión los otros dos principios de la dinámica de Newton.  Ejemplo un tren que viaja a velocidad constante. En el interior de un vagón hay una caja. El movimiento de la caja, es descrito por cada observador O y O' de diferente manera. Como ambos sistemas de referencia son inerciales, para explicar el movimiento de la caja, no necesitan echar mano de ninguna fuerza exterior. Si la caja acelera es porque hay una fuerza que actúa sobre ella; si no acelera, no hay ninguna fuerza actuando sobre ella.

MOVIMIENTO CIRCULAR

Peralte: inclinación transversal

     Curva con peralte: es el ángulo de una ruta con curvas o pista para contrarrestar los efectos de la fuerza centrípeta en un vehículo. El peralte o inclinación transversal en las curvas puede reducir la posibilidad de derrapes. La fuerza normal ejercida por el camino peraltado, actuando perpendicularmente a éste, tendrá una componente hacia el centro del círculo reduciendo así la dependencia en la fricción. Para un ángulo peraltado ө, habrá una rapidez para la cual no se requiere ninguna fricción.

     La fuerza de fricción sobre los neumáticos, que no se muestra, podría señalar hacia arriba o hacia abajo de la pendiente, según la rapidez del auto. La fuerza de fricción será cero para una rapidez particular.

Fuerzas que actúan sobre el:

La fuerza normal

El peso 

Fuerza de rozamiento que evita el deslizamiento y es paralela al plano de la carretera
  

La fuerza normal: se descompone en una fuerza vertical y otra horizontal

Horizontal: N x senө

Vertical: N x cosө

El peso solo tiene una componente vertical

mg= masa x gravedad

La fuerza de rozamiento

Componentes:

 

 

  

Ejemplo:

     Un ciclista de 80kg (incluida la masa de su bicicleta) toma una curva peraltada de 18m de radio a una velocidad máxima de 54Km/h, la máxima permitida para no salirse de la pista. ¿Determinar el ángulo de inclinación de la pista sin tener en cuenta el rozamiento?

Solución:

     Las fuerzas sobre el ciclista son la gravedad de la Tierra mg hacia abajo y la fuerza normal FN ejercida por la carretera de forma perpendicular a su superficie.

     La formula para el ángulo del peralte viene dada por: 

¿Porque suelen inclinarse los motociclistas al tomar una curva?

     Los motociclistas suelen inclinar su maquina para tomar mejor las curvas, al inclinarse aumenta la fuerza centrípeta la que permite tomar la curva a mayor velocidad. 

Curva sin peralte

     Fuerzas sobre un auto en una curva sobre un camino plano.

a) Vista frontal.

b) Vista superior.

Ejemplo:

     Un automóvil de 1000 kg toma una curva plana de 50 m de radio a una rapidez de 15 m/s (54 km/h). ¿El auto seguirá por la curva o se derrapará? Suponga que a) el pavimento está seco y el coeficiente de fricción estática es ; el pavimento está cubierto de hielo con

Solución:

     En la dirección vertical no hay aceleración. La segunda ley de Newton nos indica que la fuerza normal FN sobre el auto es igual al peso mg:

 

 

     En dirección horizontal, la única fuerza que actúa es la fricción, y debemos compararla con la fuerza necesaria para producir la aceleración centrípeta y saber si es suficiente o no. La fuerza horizontal neta requerida para mantener al automóvil moviéndose en un círculo alrededor de la curva es: 

     Calculamos ahora la fuerza de fricción estática total máxima (la suma de las fuerzas de fricción que actúan sobre cada uno de los cuatros neumáticos) para saber si es lo suficientemente grande como para brindar una aceleración centrípeta segura. Para:

     Como se necesita sólo una fuerza de 4500 N y de hecho, es lo que ejercerá el camino como fuerza de fricción estática, el automóvil puede tomar la curva sin problemas. Pero en b), la fuerza de fricción estática máxima posible es: 

     El automóvil derrapará porque el terreno no puede ejercer suficiente fuerza (se requieren 4500 N) para mantenerlo moviéndose en una curva de 50 m de radio a una rapidez de 54 km/h.

VALIDEZ DE LAS LEYES DE NEWTON

     La primera ley de Newton no es valida en cualquier sistema de referencia. Por ejemplo, si existe un marco de referencia fijo en un automóvil que acelera, un objeto, como una taza colocada sobre el tablero, puede comenzar a moverse hacia uno (persona que maneja), (sin embargo, la taza permanecerá en reposo en tanto que la velocidad del automóvil permanezca constante). La taza se acelera hacia uno, pero ni uno ni nadie más ejercen una fuerza sobre ella en esa dirección.

     La segunda ley de Newton, al igual que la primera, sólo es válida en marcos de referencia inerciales (es decir, la ley dela inercia es válida en ellos).

     La tercera ley de Newton: como evidencia de la validez de la tercera ley de Newton, observe su mano cuando empuja contra el borde de un escritorio.

     La forma de la mano se altera, lo cual es clara evidencia de que se ejerce una fuerza sobre ella. Puede ver el borde del escritorio oprimiendo su mano, e incluso sentir al escritorio ejerciendo una fuerza sobre su mano, lo cual por cierto duele. Cuanto más fuerte empuje usted contra el escritorio, más fuerte empujará el escritorio contra su mano. (Note que sólo siente las fuerzas ejercidas sobre usted; cuando usted ejerce una fuerza sobre otro objeto, lo que siente es que el objeto empuja en dirección opuesta sobre usted).

     La fuerza que el escritorio ejerce sobre su mano tiene la misma magnitud que la fuerza que su mano ejerce sobre el escritorio. Esto es válido no sólo cuando el escritorio está en reposo, sino incluso cuando el escritorio acelera debido a la fuerza que ejerce su mano.