Saltar navegación

Activa JavaScript para disfrutar de los vídeos de la Mediateca.

SECUNDARIA - 4º ESO - EJS. NEWTON - FÍSICA Y QUÍMICA - FORMACIÓN

Ajuste de pantalla

El ajuste de pantalla se aprecia al ver el vídeo en pantalla completa. Elige la presentación que más te guste:

Subido el 26 de abril de 2020 por Cp santodomingo algete

119 visualizaciones

Más información Transcripción

Descargar la transcripción

De estas tres grandes figuras sobre las cuales se basa la mecánica, nos vamos a quedar, 00:00:00
si es que se está quieto, con el del medio, con Newton. En casi todos los libros de mecánica 00:00:18
se citan estas tres leyes de dinámica como leyes de Newton. Supongo que las conocéis, 00:00:25
pero lo vamos a recordar. La primera simplemente recapitula lo que ya Galileo estableció. 00:00:33
Esto es que cualquier cuerpo mantiene su condición de reposo o movimiento a velocidad constante 00:00:41
mientras no se le aplique una fuerza externa. La segunda explica lo que ocurre justamente 00:00:48
cuando se aplica una fuerza externa a un cuerpo y es que le acelera. Le acelera en proporción 00:00:55
inversa a la masa que tenga el cuerpo, porque la masa es un factor inercial. 00:01:02
La tercera ley puede parecer un poco más exotérica. Es la llamada ley de acción-reacción, 00:01:10
que simplemente establece que siempre que se ejerce una fuerza de acción, se tiene 00:01:17
una de reacción justamente del mismo valor, pero en sentido contrario. Y esto en definitiva 00:01:24
es lo que impulsa, por ejemplo, a un cohete. 00:01:30
La fuerza con que salen desprendidos todos los gases que vemos en la fotografía 00:01:35
hacen que, por reacción, el resto del cohete suba hacia arriba. 00:01:40
O tenemos también cuando disparamos un fusil, la bala sale disparada hacia adelante 00:01:46
y el fusil tiene un retroceso justo con la misma fuerza pero en sentido contrario, hacia atrás. 00:01:53
Veremos más adelante que esta acción-reacción en definitiva es una consecuencia del principio de conservación de la energía y del momento lineal. 00:02:02
¿Y qué es esto del momento lineal? Pues es precisamente esta magnitud, el producto de la masa por la velocidad. 00:02:14
En este caso se llama momento lineal porque la velocidad es lineal. 00:02:24
Si hubiéramos puesto velocidad angular, pues sería momento angular. 00:02:29
De hecho, esta es realmente la formulación de Newton sobre lo que es una fuerza, 00:02:34
la variación de momento lineal por unidad de tiempo. 00:02:40
Y como vemos fácilmente, y como propio Newton se dio cuenta, 00:02:44
claro, si la masa es constante, entonces la fuerza sencillamente viene a ser el producto de masa por aceleración, 00:02:48
es decir, la variación de velocidad, lo único que en el momento que Newton vivía, 00:02:56
lo único que podía variar del momento lineal, la velocidad. 00:03:01
Pero si algún día estudiáis relatividad, os dais cuenta de que ahí sí la masa puede variar 00:03:06
Y entonces hay que tener en cuenta la primera fórmula para fuerza, la primera definición de fuerza, variación de momento lineal por unidad de tiempo. 00:03:13
Bueno, a nivel de cuarto de la ESO, este inciso tiene interés porque cuando la fuerza es nula, entonces lo que se conserva es el momento lineal. 00:03:24
y esto sí es una reformulación del principio de inercia de Galileo 00:03:35
cuando la fuerza es nula se conserva el momento lineal 00:03:42
y esto a su vez explica la tercera ley acción-reacción 00:03:46
así que como vemos desde el punto de vista matemático 00:03:50
estas tres leyes en realidad es una misma cosa 00:03:55
y desde el punto de vista físico vamos a sacarle un poco más de jugo a todo esto 00:03:58
Nos fijamos, por ejemplo, en la explosión de fuegos artificiales, en donde una determinada 00:04:04
masa se desintegra en múltiples fragmentos. 00:04:13
Cada fragmento tiene una determinada masa y velocidad, es decir, un determinado momento. 00:04:19
Entonces vemos en el esquema que si antes de explotar podemos considerar al explosivo 00:04:25
como una determinada masa, pero parada. Es decir, tomamos ese punto como origen de coordenadas. 00:04:32
Y después de explotar, cada fragmento, como hemos dicho, adquiere su velocidad, es decir, su momento distinto. 00:04:41
Pues bien, por la conservación del momento, lo que nos dice es que si antes de explotar el momento total era cero, 00:04:49
después de la explosión tendremos lo mismo 00:04:57
momento total cero 00:05:00
así que no tenemos más que sumar en este caso los cinco momentos 00:05:02
de las cinco partículas en que se ha desintegrado el explosivo 00:05:06
y su suma total debe ser cero 00:05:10
por eso tenemos una forma más o menos esférica 00:05:13
como vemos siempre en las explosiones de los fuegos artificiales 00:05:16
hay que insistir en que esto de la conservación del momento 00:05:20
no es más que la fórmula que tenemos aquí arriba, la famosa fórmula fundamental de la dinámica, 00:05:24
aunque expresada con esta otra forma, pero ya vemos que matemáticamente es lo mismo. 00:05:34
Por cierto, la suma de momentos es una suma vectorial, como creo que he indicado en el esquema, 00:05:42
porque el momento, producto de masa por velocidad, es un vector 00:05:50
y para concluir vamos a ver que esto a su vez 00:05:55
equivale a la tercera ley de Newton 00:05:59
la de acción-reacción 00:06:03
antes vamos a ver un ejemplito muy divertido 00:06:05
se trata de un señor que camina sobre una balsa flotante 00:06:08
el sistema es señor y balsa 00:06:14
su centro de masas es el que he señalado 00:06:18
y vamos a ver que como no hay ninguna fuerza externa 00:06:21
que se aplique sobre el sistema 00:06:26
cuando el hombre se pone a caminar 00:06:28
el centro de masas permanece constante 00:06:31
pero como el hombre camina hacia la derecha 00:06:34
entonces la balsa tiene que retroceder hacia la izquierda 00:06:37
y esto en definitiva explica lo de acción-reacción 00:06:40
Digamos que la acción sería que el señor se mueve hacia un lado, reacción, la balsa ejerce una fuerza contra el señor en sentido contrario. 00:06:47
Todo ello para que el momento lineal del conjunto, del sistema, permanezca constante, en este caso nulo. 00:06:57
¿Por qué? Porque no hay ninguna fuerza externa que lo haga variar. 00:07:06
Y os digo que penséis que si este señor sobre esa balsa quiere acercarse a la orilla, si conseguirá llegar a la orilla o no. 00:07:09
Todos los problemas de choques elásticos en realidad se resuelven con este procedimiento de conservación del momento lineal. 00:07:23
En este caso, el momento lineal del sistema de 5 bolas es en realidad la masa de una de las bolas, la que está cayendo, por la velocidad que tiene justo cuando impacta con la primera bola del conjunto. 00:07:32
y por elasticidad ese momento lineal de la bola de la izquierda se transmite a la bola de la derecha 00:07:48
que sale con ese mismo momento, es decir, con esa misma velocidad 00:07:57
porque todas las bolas tienen la misma masa hacia arriba 00:08:00
y después, pues como es un péndulo, vuelve a caer con la misma velocidad 00:08:05
y el proceso se repite prácticamente de manera indefinida. 00:08:10
Bueno, ya podemos entender entonces la equivalencia entre esta tercera ley de acción-reacción y la conservación del momento. 00:08:14
Nos lo va a enseñar esta rana. La rana salta y al saltar, digamos que ejerce una fuerza de acción contra la rama o la hoja donde esté apoyada. 00:08:22
Y esta a su vez le devuelve una de reacción de igual magnitud y en sentido contrario. 00:08:34
Es decir, impulsa a la rana hacia adelante, que es lo que ella quería. 00:08:40
Y de igual manera, todos nosotros, cuando andamos, saltamos, digamos que damos una patada al suelo y el suelo nos devuelve la patada, con lo cual nos impulsa hacia adelante. 00:08:44
Con toda la mecánica que ya sabemos, podemos escribirlo de esta forma. 00:08:57
Si en el sistema, digamos, rana y hoja o rama de árbol, lo que sea, no hay ninguna fuerza aplicada, 00:09:01
Como veíamos con lo de los focos artificiales, tendremos que el momento lineal que adquiere la rana 00:09:10
tiene que ser igual y de sentido contrario al momento lineal que adquiere la ramita de árbol. 00:09:18
Como inicialmente la rana y la hoja donde estuviera apoyada estaban en reposo, 00:09:26
inicialmente cada uno de ellos por separado o en conjunto, me da igual, tenían un momento inicial cero. 00:09:33
Así que analizando la dinámica, es decir, la evolución en el tiempo de esta ecuación, 00:09:40
vemos que independientemente de cuánto sea el tiempo que ha tardado en pasar de velocidad 0 a velocidad 1 00:09:49
o de 0 a velocidad 2 el otro objeto, independientemente del tiempo, porque es igual para los dos, 00:09:58
tendremos que la conservación de aumento lineal equivale a que F1 sea igual a menos F2 00:10:04
es decir que la fuerza de reacción se oponga a la fuerza de acción 00:10:13
es todo lo mismo, es dar vueltas a la misma idea 00:10:19
y lo importante que hay que señalar entonces en este momento 00:10:22
es que no aparece una fuerza de la manga por magia 00:10:25
sencillamente se conserva el momento lineal 00:10:30
¿Por qué? Porque si no se conserva el de momento lineal, quiere decir efectivamente que habría actuado una fuerza externa al sistema. 00:10:34
Ya hemos visto la aplicación de esta importante ley de conservación de momento lineal en los choques elásticos. 00:10:42
Vamos a ver ahora una aplicación a un choque no elástico, es decir, un choque en el que las dos entidades que se encuentran al final del choque permanecen unidas. 00:10:50
Vamos a estudiarlo con un experimento virtual del llamado péndulo balístico. 00:11:05
Es decir, vamos a medir el impacto de una bala lanzada con una determinada velocidad inicial o, la mayor parte de las veces, lo que vamos a querer es calcular la velocidad inicial de la bala con este dispositivo utilizando la conservación del momento lineal. 00:11:11
Para ello basta con saber la masa de la bala y el trozo de madera que forma el péndulo 00:11:29
y medir la altura a la que se desplaza éste cuando impacta la bala. 00:11:37
Basta con aplicar esta ecuación que no es ni más ni menos que la de conservación de momento lineal 00:11:45
puesto que al comienzo antes del choque solo tenemos movimiento de la bala 00:11:52
Por lo tanto, el movimiento lineal será el producto de la masa de la bala por su velocidad. 00:11:57
Y después del choque, como quedan juntas la bala y el trozo de madera, 00:12:03
entonces el movimiento lineal después del choque será la suma de las masas de bala más el péndulo 00:12:08
multiplicado por la velocidad que todo este conjunto adquiere. 00:12:16
Y como ya somos muy diestros en el manejo de péndulos, 00:12:21
sabemos reaccionar esta velocidad del conjunto madera más bala por la altura máxima que adquiere, que la medimos fácilmente. 00:12:24
Vamos a realizar unos cuantos disparos con distintas velocidades de la bala y también con distintas masas de bala 00:12:36
para que veamos cómo influye la variación del momento lineal inicial, es decir, antes del choque. 00:12:46
Está claro que aumentando tanto la velocidad de la bala como su masa, o ambas a la vez, 00:13:45
aumentamos la altura a la que el péndulo consigue llegar, es decir, aumentamos la velocidad 00:13:52
del conjunto masa más péndulo después del choque. 00:13:58
Subido por:
Cp santodomingo algete
Licencia:
Reconocimiento - Compartir igual
Visualizaciones:
119
Fecha:
26 de abril de 2020 - 23:02
Visibilidad:
Público
Centro:
CP INF-PRI SANTO DOMINGO
Duración:
14′ 13″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
960x540 píxeles
Tamaño:
101.88 MBytes

Del mismo autor…

Ver más del mismo centro

EducaMadrid, Plataforma Educativa de la Comunidad de Madrid

Plataforma Educativa EducaMadrid