TALLER TUTORIA 1FISICA CONCEPTUAL PAUL HEWITT
JESSICA VANNESA BARRAGAN CARDONA Cd.: 083200972012
FISICA DE ONDAS
UNIVERSIDAD DEL TOLIMAINSTITUTO DE EDUCACION A DISTANCIA
(IDEAD)IBAGUE TOLIMA2015TALLER TUTORIA 1FISICA CONCEPTUAL PAUL
HEWITT
JESSICA VANNESA BARRAGAN CARDONA Cd.: 083200972012
FISICA DE ONDAS
TUTORANGEL ANTONIO ROJAS GARCIA
PROGRAMA INGENIERIA DE SISTEMAS POR CICLOS
UNIVERSIDAD DEL TOLIMAINSTITUTO DE EDUCACION A DISTANCIA
(IDEAD)IBAGUE TOLIMA2015INTRODUCCIN
Se tuvo la oportunidad de contar con el material digitar de un
gran libro como me pareci este trabajado, fsica conceptual de Paul
Hewitt, brindado por el profesor, al trabajar el captulo 9,
Movimiento Circular, logre recordar muchos conceptos trabajados
anteriormente en la universidad y en el colegio bachillerato, adems
de comprenderlo de una manera ms sencilla gracias a los ejemplos
que daban tan idos a la realidad diaria que facilitaron la
apropiacin, se vieron y hablaron de temas como rotacin y revolucin,
dando ejemplos de cada uno, tambin se trat de la rapidez lineal,
tangencial y la rapidez de rotacin; y algo muy importante que se
trabajo fue las fuerzas que estn presentes en el movimiento
circular, que son la fuerza centrpeta y la fuerza centrfuga.En
conclusin me gust mucho estos materiales de trabajo ya que como
dijo el tutor, ayuda a no confundirse y aprender a tenerle gusto a
la materia, con una manera de explicar y sustentar ejemplos fciles
de entender y palpables a la realidad y a las experiencias
vividas.
OBJETIVOS
Retomar conceptos de movimiento circular ayudndonos de ejemplos
y grficos. Entender la diferencia entre rotacin y revolucin, y
cuando se aplica cada una de ellas. Aprender sobre los distintos
tipos de rapidez que se aplican, como lo es la rapidez lineal,
tangencial y rapidez de rotacin. Analizar los casos en que se ve
aplicadas las dos fuerzas del movimiento circular, la fuerza
centrpeta y la fuerza centrfuga.
TABLA DE CONTENIDO
Portada Contraportada Introduccin Objetivos Mapa Conceptual
Ensayo: Movimiento Circular TallerPreguntas de RepasoPiensa y
explicaPiensa y resuelve
MAPA CONCEPTUAL
ENSAYOEL MOVIMIENTO CIRCULAR
El movimiento circular, se trata sobre movimiento que se basa en
un eje de giro constante, en el cual el objeto va a girar alrededor
de su eje y su trayectoria siempre ser una circunferencia, a no ser
que en el objeto sea aplicada alguna fuerza que altere su
trayectoria.En el movimiento circular se resaltan dos en especial,
los cuales vemos en muchos ejemplos de la cotidianidad; los cuales
son denominados movimiento de rotacin y el de revolucin, que
explicndolo en un ejemplo podemos aclarar y visualizar que, la
tierra en el sistema solar, tiene dos tipos de movimiento, que es
el de rotacin, que realiza sobre si misma constantemente, sobre su
mismo eje, y el de revolucin que es el que realiza la tierra,
alrededor del sol, siendo el sol el eje de la trayectoria
circunferencial de la tierra.Dentro de estos dos tipos de
movimiento del movimiento circular, tambin se debe tener en cuenta
la rapidez del movimiento, estos 3 tipos: rapidez lineal y rapidez
tangencial, que se describen como la distancia recorrida por unidad
de tiempo, lo nico que los diferencia es que en la rapidez
tangencial el objeto muestra una trayectoria que siempre es
circular , se simboliza con la letra v, y por ltimo, la rapidez de
la rotacin, es el nmero de rotaciones en un tiempo determinado, se
simboliza con la letra , se expresa en RPM (revoluciones por
minutos).Podemos encontrar una relacin entre la rapidez lineal y la
rotacin, que nos ayuda a calcularla en situaciones que no la
tenemos, la realizamos por medio de la operacin: rapidez tangencial
es directamente proporcional a la rapidez de rotacin por la rapidez
radial respecto al eje de rotacin; debemos tener en cuenta que
cuando se empieza el movimiento y el objeto est cerca al eje, su
rapidez tangencial el 0, pero su rapidez de rotacin siempre es
constante, a medida de que se va alejando del centro o eje, su
rapidez tangencial va a aumentar, mientras la de rotacin permanecer
constante durante todo el tiempo. Tambin notamos que para que un
objeto mantenga su movimiento circular, este debe ser aplicada una
fuerza, en este caso existen dos tipos de fuerzas con las cuales
dependemos y debemos entender para el movimiento circular, tenemos
la fuerza centrpeta, que es la fuerza que se aplica al objeto que
va dirigida al centro o al eje, que tiende a que el objeto mantenga
su movimiento circular; y tambin tenemos la fuerza centrfuga, que
es la que va dirigida hacia afuera o aleja al objeto del eje o
centro del movimiento; estas dos fuerzas dependen de la masa del
objeto (m), de la rapidez tangencial (v) y del radio que tiene el
movimiento circular o curvatura (r), para poder hallar el valor de
la fuerza, tenemos F=mv2/r.Durante toda la lectura podemos tomar
unas formulas muy importantes, para poder encontrar datos cuando no
se nos presentan en un planteamiento como lo son:Rapidez angular w=
n. rotaciones / tiempoRapidez lineal v= r * wFuerza centrpeta F= m
v2 / r = m r w2
TALLERPREGUNTAS DE REPASO
1. Explica la diferencia entre los trminos de rotacin y
revolucin.
La diferencia entre la rotacin y la revolucin es, que la rotacin
es el objeto que gira alrededor de un eje interno, dentro del
cuerpo del objeto, mientras que la revolucin tambin es un objeto
que gira alrededor de un eje, pero externo.
2. Qu tipo de movimiento describe un nio en un carrusel: una
revolucin o una rotacin?
El movimiento que se describe en un carrusel, es una rotacin, ya
que gira alrededor de un eje o centro del carrusel, que est dentro
del carrusel.
3. Explica la diferencia entre rapidez lineal y la rapidez de
rotacin.
La rapidez lineal es la distancia recorrida en un tiempo
determinado, mientras que rapidez de la rotacin, es el nmero de
rotaciones en un tiempo determinado.
4. Cmo se le llama a la rapidez lineal de un objeto que se mueve
en un crculo?
La rapidez lineal en un movimiento circular, toma el nombre de
Rapidez Tangencial, que es cuando el objeto tiene una trayectoria
que siempre es circular.
5. A una distancia especifica respecto al eje, Cmo cambia la
rapidez lineal (o tangencial) a medida de que se modifica la
rapidez de rotacin?
La rapidez rotacional no se modifica, siempre es constante, y
permanece constante en todo momento, la nica que aumenta su rapidez
es la tangencial a medida que se aleja del eje.
6. A una rapidez de rotacin determinada, Cmo cambia la rapidez
lineal (o tangencial) a medida que se modifica la distancia
respecto al eje?
A medida que se aleja del centro o eje, este va aumentando su
rapidez tangencial y cuanto ms se aleje del eje, esta rapidez
tangencial aumentara ms, ya que cuando se inicia el movimiento y
este se encuentra en el eje, la rapidez tangencial es 0.
7. Cuando hacemos rodar un cilindro sobre una superficie sigue
la trayectoria en lnea recta. Un vaso cnico que rueda sobre la
misma superficie que se mueve en crculos Porque?
Esto sucede porque, el vaso cnico tiene un extremo ms ancho
(tiene un radio mayor) que el otro extremo, y como bien sabemos, la
rapidez lineal depende del radio; va a tener una mayor rapidez
lineal el extremo que tiene un radio mayor.
8. Cuando hacemos girar una lata sujeta a un cordel en una
trayectoria circular, Qu direccin tiene la fuerza que se ejerce
sobre la lata?
La direccin que tiene la fuerza que est ejercindose sobre la
lata es, hacia el centro, es decir se est aplicando una fuerza
centrpeta.
9. en qu sentido respecto al centro de la plataforma acta la
fuerza que sostiene a los ocupantes del juego mecnico de la figura
9.1?
La fuerza que se aplica sobre los ocupantes del juego mecnico
del juego, es hacia afuera, es decir las aleja del centro o eje del
juego, lo que significa que se aplica la fuerza centrfuga.
10. En qu sentido se ejerce la fuerza que acta sobre las prendas
durante el ciclo de centrifugado de una lavadora automtica?
La fuerza que se aplica sobre las prendas durante el ciclo de
centrifugado es la centrpeta, que la ejercen la pared interior de
la tina, para que la ropa se mueva en forma circular.
11. Cuando un auto vira, suministran los cinturones de seguridad
una fuerza centrpeta o centrifuga a los ocupantes?
Cuando se est de pasajero, el cinturn de seguridad, brinda una
fuerza centrpeta que evita que cuando haya un movimiento o freno
brusco, el cuerpo se vaya hacia al tablero de mando.
12. Si se rompe el cordel que mantiene a una lata en trayectoria
circular Cul es la causa de que la lata siga una trayectoria en
lnea recta: una fuerza centrpeta, una fuerza centrfuga o la
ausencia de fuerzas? Cul es la ley de la fsica en la que se apoya
su respuesta?
La lata sigue su trayectoria en lnea recta, porque ya no hay
ninguna fuerza que se ejerza sobre este, ya que la fuerza centrpeta
era la que la haca mantener su trayectoria circular, por esta razn
cuando se rompe el cordel, la lata sigue su trayectoria lineal,
basada en la ley de inercia de Newton.
13. Identifica las fuerzas de accin y de reaccin en la
interaccin entre la mariquita y la lata giratoria de la figura
9.10.
La fuerza de accin que se aplica entre la mariquita y la lata
giratoria, es la fuerza centrfuga, que es la que mantiene al
insecto en el fondo de la lata, y la fuerza de reaccin es la fuerza
centrpeta porque es la que atrae a la mariquita a la pared de la
lata.
14. Una mariquita que est en el fondo de una lata que gira
experimenta una fuerza centrfuga que empuja contra el fondo de la
lata tiene esta fuerza una fuente externa? puedes identificar la
fuerza centrfuga como la fuerza de accin de un par de
accin-reaccin? De ser as, Cul es la fuerza de reaccin? (9.5)
No se aplica fuerza de reaccin, ya que como pudimos analizar la
fuerza centrfuga que se aplica es solamente una fuerza ficticia,
que siente la mariquita que est en el fondo de la lata.
15. Por qu se considera como una Fuerza ficticia la fuerza que
la mariquita percibe en el marco de referencia rotatorio?
Se consideran fuerza ficticia ya que estamos tratando de la
gravedad, que significa atraccin de una masa a la tierra, que en
este caso no aplica ya que sera la atraccin de una masa a otra
masa, pero en este caso esta es un efecto de la rotacin, no es
parte de la interaccin de dos masas, y no se toma como una fuerza
verdadera, por esa razn se le denomina como una fuerza
ficticia.
16. En un hbitat espacial rotatorio de un tamao determinado, Cul
es la relacin entre la magnitud de la gravedad simulada y la
rapidez de rotacin del hbitat?
La relacin que hay entre la magnitud de la fuerza centrfuga
(gravedad simulada) y la rapidez de la rotacin es, la aceleracin
centrpeta o centrifuga debido a la rotacin que tiene el hbitat.
17. Para dos hbitats espaciales que giran con la misma rapidez
Cul es la relacin entre la gravedad simulada y el radio del
hbitat?
La relacin que hay entre la gravedad simulada y el radio del
habitad, es que al aumentar la distancia radial, aumentara la
aceleracin centrpeta o centrifuga y la rapidez lineal.
18. Por qu las estaciones espaciales en rbita que simulan la
gravedad sern probablemente estructura muy grandes?
Deben ser estructuras muy grandes porque si son de menor
dimetro, tendran que girar con gran rapidez para proporcionar una
aceleracin gravitacional simulada de 1 g, y para simular la
gravedad normal de la tierra a 1RPM se requiere que sea una
estructura grande de casi 2km de dimetro.
PIENSA Y EXPLICA
1. Si te sueltas de un carrusel que gira con rapidez y caes, en
qu direccin saldrs despedido?
Si me suelto de un carrusel, que gira con rapidez, voy a caer
sin trayectoria, en lnea recta, porque ya no hay ninguna fuerza que
se ejerza sobre mi cuerpo hacia el eje, esto basando sobre la ley
de la inercia (primera ley de newton).
2. Una mariquita esta posada a la mitad del camino entre el eje
y el borde de una tornamesa que gira. Qu le ocurrir a su rapidez
lineal si:a. Se duplica el nmero de RPM?Va a aumentar su rapidez
lineal o en este caso tangencial, debido a que esta rapidez es
directamente proporcional a la distancia radial y a la rapidez de
rotacin.b. La mariquita se posa en el borde?Va a aumentar debido a
que a medida que el objeto se aleje del eje, aumentara ms su
rapidez lineal (Tangencial).c. Ocurre tanto a cmo b?Ambos factores
influyen, tanto como el aumento de la rapidez de rotacin, como la
distancia del objeto con respecto al eje, influyen en el aumento de
la rapidez tangencial.
3. Cul es el estado de Estados Unidos con mayor rapidez
tangencial en virtud de la rotacin de la tierra alrededor de su
eje?
En estados unidos, el estado que puede presentar mayor rapidez
tangencial en virtud de la rotacin de la tierra alrededor de su
eje, es Florida,
4. El velocmetro de un auto se mueve por medio de un cable
conectado al eje que hace girar las ruedas del vehculo. Sern las
lecturas del velocmetro mayores o menores que la rapidez real si
las ruedas del auto se sustituyen por otras ms pequeas?
Al cambiar las ruedas del auto por unas ms pequeas, el
velocmetro mostrara una lectura menor debido a la modificacin de la
distancia radial; estas debern aumentar su rapidez rotacional para
lograr tener una rapidez real igual a las ruedas ms grandes, ya que
al cambiarlas modificamos la distancia radial de la rueda.
5. Ten presente el concepto de la pregunta anterior para
resolver lo siguiente. El conductor de un taxi intenta aumentar
ganancias ajustando la presin del aire de sus neumticos. Debe
Aumentar o reducir dicha presin?
Si el taxista intenta aumentar ganancias ajustando la presin del
aire de sus neumticos, este debe aumentar la presin de las ruedas,
con el fin de que aumente el radio de la circunferencia, y de esa
manera aumente la rapidez tangencial del taxi.
6. Considera el par de vasos unidos con cinta adhesiva como se
muestra en la figura. Sera capaz este diseo de autor regir su
movimiento y mantener el par de ruedas sobre las vas? Responde
antes de hacer la prueba para observar el resultado!
Si realizamos este diseo podemos notar que, si los vasos estn
centrados, son de igual radio y la misma parte del vaso est tocando
el riel o regla, al moverse van a mantener un movimiento en lnea
recta y ambos lados van a tener la misma rapidez lineal, si por
cualquier razn se rueda de manera torcida los vasos, ellos mismos
se corrigen ya que este movimiento y forma de los vasos los ubica
en un punto medio entre los rieles.
7. Un motociclista puede moverse a lo largo de la pared vertical
de una pista en forma de cuenco, como se muestra en la figura. Acta
una fuerza centrpeta o una fuerza centrfuga sobre el motociclista?
Define tu respuesta.
Cuando el motociclista realiza el movimiento a lo largo de la
pared vertical de una pista en forma de cuenco, acta sobre l una
fuerza centrfuga y la centrpeta, la centrifuga porque a medida que
va girando, lo va alejando ms del eje, hacindolo sostener y poder
desplazarse por la pared de manera vertical y la centrpeta porque
tambin lo atrae hacia el centro o eje y no permite que se salga de
su trayectoria dentro de la pista.
8. Cuando un guila Efecta un viraje durante el vuelo, Cul es la
fuente de la fuerza centrpeta que acta sobre ella?
La nica fuente de la fuerza centrpeta que acta sobre el guila,
es el aire, la corriente de aire.
9. Sobre en un auto en reposo en un camino horizontal se ejercen
dos fuerzas: su peso (hacia abajo) y la fuerza normal (hacia
arriba). Recuerda (capitulo 4) que la fuerza normal es la fuerza de
soporte, la cual es siempre es perpendicular a la superficie de
apoyo. Si el auto efecta un viraje sobre un camino horizontal, la
fuerza normal conserva su direccin hacia arriba. La friccin entre
las ruedas y el camino es la nica fuerza centrpeta que permite el
movimiento curvilneo. Supn que el camino un peralte, de modo que la
fuerza normal tiene una componente que proporciona una fuerza
centrpeta como se muestra en el dibujo. consideras que se podra dar
al camino un peralte tal que para una rapidez y un radio de
curvatura determinados un vehculo podra virar sin friccin? Explica
tu respuesta.
Si un carro intenta girar cuando se encuentra atravesando un
peralte, se puede dar, pero se dificultara debido a la friccin
producida por la inclinacin de la carretera y a la inclinacin de la
fuerza normal con respecto al peso, lo que har que el carro siempre
tienda a ir en direccin a la parte con menos inclinacin de la
carretera, al punto eje del giro que el carro est dando, es aqu
donde se presenta la fuerza centrpeta.
10. Realiza trabajo la fuerza centrpeta sobre un objeto en
rotacin? (Sugerencia: Considera la direccin de la fuerza centrpeta
y la direccin del movimiento).
La fuerza centrpeta sobre un objeto en rotacin, as su movimiento
sea horizontal, vertical, hacia la derecha o izquierda, si realiza
un trabajo al aplicar su fuerza hacia el centro del eje de la
rotacin del objeto, permitiendo que los objetos que estn realizando
la rotacin, no se salgan de la trayectoria circular que tiene.
11. Explica por qu cuanto ms rpido gira la tierra, tanto menos
pesa una persona, en tanto que, cuando una estacin espacial gira
con ms rapidez, el peso de sus ocupantes aumenta.
La tierra tiene una fuerza centrpeta, la cual hace que nuestros
cuerpos sean atrados a la tierra, entre la tierra aumente su
rotacin, aumentara la fuerza centrfuga y disminuye la fuerza
centrpeta, lo que disminuye la fuerza que nos atrae a la tierra,
por tanto nos hace sentir ms livianos, mientras que en la estacin
espacial, tiene mayor fuerza centrfuga por tal razn se siente ms
liviano, entre ms gire, se disminuye la fuerza centrfuga y aumenta
la fuerza centrpeta que hace los cuerpos ms pesados.
12. Los ocupantes de un transbordador espacial en rbita
experimenta una sensacin de ingravidez. Describe un plan para
conseguir que los ocupantes de dos transbordadores espaciales (o
incluso un transbordador y otro objeto de gran masa en rbita), por
medio de una cable largo, pudiese experimentar continuamente una
cmoda gravedad normal como en la tierra.
Las personas que se encuentran en el transbordador deber de
coger el cable y empezar a girar, tomando como eje el otro objeto
de gran masa, teniendo un aumento en la rotacin, de esta manera
aumentar la fuerza centrpeta, aumentando la gravedad, sintiendo un
poco ms de comodidad con la aproximacin a la gravedad normal de la
tierra.
PIENSA Y RESUELVE
1. Marte esta aproximadamente dos veces ms lejos del sol que
venus. En un ao marciano, que es el tiempo que tarda marte en dar
una vuelta alrededor del sol, es unas tres veces ms largo que el ao
venusino.a. Cul de estos dos planetas tiene una rapidez de rotacin
mayor en su rbita?El planeta que tiene mayor rapidez de rotacin en
su rbita es marte ya que tiene una rbita ms grande que venus, y
marte dura ms tiempo en completar un ao, ms especficamente 3 aos
venusianos.b. Cul de ellos tiene una rapidez lineal mayor?El
planeta que tiene mayor rapidez lineal o tangencial, es marte ya
que su proximidad al sol es menos a la de venus, para recorrer su
rbita tiene que recorrer mayor distancia.
2. En lo alto de una montaa se encuentra una tornamesa que gira
a 10 revoluciones por segundo y sobre la cual se ha montado un lser
que emite un brillante haz de luz, conforme la tornamesa y el lser
giran, el haz de luz gira tambin y barre el cielo. En una noche
oscura el haz alcanza a iluminar algunas nubes que estn a 10 km de
distancia.a. Qu tan aprisa barre las nubes la mancha de luz lser?v=
r x wSiendo v= velocidad lineal o tangencial (m/s) r= radio (mts)
w= velocidad angular en rad/sV= 10 km*10rpmV= 1000 m* 62.83 rad
/sV= 62830 mts/s
b. Qu tan aprisa barre la mancha de luz lser unas nubes que estn
a 20 km de distancia?v= r x wSiendo v= velocidad lineal o
tangencial (m/s) r= radio (mts) w= velocidad angular en rad/s
V= 20 km* 10 rpmV=2000 mts* 62.83 rad/sV= 125660 mts/s
c. A qu distancia barrera el haz de luz lser el cielo con la
rapidez de la luz (300 000 km/s)? Siendo v= velocidad lineal o
tangencial (m/s) r= radio (mts) w= velocidad angular en rad/sr=
v/wr= 300000 km / 10 rpsr= 300000 km / 62.83 rad/s r= 300000000
mts/s /62.83 rad/sr= 4774789,11 mts3. Considera una estacin
espacial demasiada pequea que consiste en una esfera giratoria de 4
m de radio. En su interior se encuentra de pie un hombre de 2 m de
estatura cuyos pies experimentan una aceleracin de 1 g. Qu
aceleracin experimenta su cabeza? Explica por qu es necesario que
sea grandes las estructuras espaciales giratorias.
4 mts 1 g2 mts x
En una estacin espacial que mida 4 mts de radio, si un hombre de
2 mts de estatura, en sus pies experimenta una aceleracin de 1 g.,
al duplicarse el punto o la distancia, la gravedad disminuye, es
decir que en la cabeza la gravedad ser 0.5 g.
4. Cuando estas de pie en el interior de una estacin espacial
giratoria, tus pies tienen una rapidez lineal y una aceleracin
centrpeta mayores que las de tu cabeza. Decimos que hay una
diferencia en g entre tu cabeza y tus pies, y esta diferencia puede
ser muy molesta. Sin embargo ciertos estudios demuestran que una
diferencia de 1/100 g a lo largo del cuerpo humano no produce
incomodidad. As pues Cul debe ser el radio de la estacin espacial
en comparacin con tu estatura para que la diferencia de aceleracin
entre tu cabeza y tus pies sea de solo 1/100g?
2000 mts 1g1998.2 -- x
Como podemos observar, entre 1 y 0.99, hay 1/100g
