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Al hablar de cinética de partículas, se hace referencia al movimiento que ejerce algún cuerpo y todas las variables involucradas para que dicho cuerpo se mueva, entonces es aquí donde entra el estudio de la cinética de partículas apoyándose uno de los principios más fundamentales el cual es o son en este caso, las leyes del movimiento o leyes de Newton, las cuales nos permiten comprender cómo funciona la interacción en el cuerpo y el movimiento generado en este.
Tipo: Monografías, Ensayos
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TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO Instituto Tecnológico de Campeche
No. DE CONTROL 20470122 SAN FRANCISCO DE CAMPECHE, CAMPECHE A 24 MARZO 2022
Introducción Al hablar de cinética de partículas, se hace referencia al movimiento que ejerce algún cuerpo y todas las variables involucradas para que dicho cuerpo se mueva, entonces es aquí donde entra el estudio de la cinética de partículas apoyándose uno de los principios más fundamentales el cual es o son en este caso, las leyes del movimiento o leyes de Newton, las cuales nos permiten comprender cómo funciona la interacción en el cuerpo y el movimiento generado en este. Estas leyes son fáciles de comprender ya que, en la vida cotidiana se emplean e incluso se calculan empíricamente en ciertos casos. Las tres leyes del movimiento consisten en: La primera de las tres leyes, la ley de la inercia, menciona que todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo a no ser que sea obligado a cambiarlo por fuerzas ejercidas sobre él. La segunda, la ley de la aceleración o ley de fuerza, consiste en cómo una fuerza se aplica a un objeto y se acelera a consecuencia de la misma, además de qué, si ocurre sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza neta y cambia toda la velocidad o dirección. Y la tercera, la ley de acción y reacción, menciona que a toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción con la misma magnitud, pero en sentido contrario. Así también, se debe recordar que para que estos eventos sucedan debe haber una energía la cual permite llevar a cabo todo esto y esta energía se puede manifestar de diversas formas y al momento de analizarla con detalle se encuentra que también existe un trabajo. El presente documento tiene por objetivo enfatizar los conceptos fundamentales que se aplican en el estudio de la cinética de partículas. De modo que el lector centre su atención en esos fundamentos y no se pierda en los detalles, no tan importantes, que se necesitan para comprender y resolver problemas.
Desarrollo Cinética de Partículas 3 .1 Introducción Para comprender cómo funciona el movimiento de las partículas, primero es necesario comprender algunos conceptos clave correspondientes al tema y así tener un entendimiento claro de cada uno de estos subtemas. Algo importante a mencionar es que la cinética es la parte de la mecánica que estudia las relaciones entre los sistemas no equilibrados de fuerzas y las variaciones del movimiento que estos producen. Por lo tanto, en el presente documento se mencionarán los conceptos claves en cada apartado y el cómo se involucran estos con las fuerzas o en su defecto con el movimiento, así como la energía involucrada en dichos eventos. 3.2 Leyes del movimiento de Newton De acuerdo con la investigación de Gouveia (2020) mencionó que, las leyes del movimiento de Newton describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de este cuerpo debido a dichas fuerzas. Estas constituyen los principios fundamentales usados para analizar el movimiento de los cuerpos y son la base de la mecánica clásica (s.p.) Las tres leyes de Newton fueron publicadas en 1687 por Isaac Newton (1643-
“La flecha sobre las letras en la fórmula representa que la fuerza y la aceleración son vectores y que la dirección y el sentido de la aceleración serán los mismos de la fuerza resultante” (Gouveia, 2020, s.p.) Ejemplo de la segunda ley de Newton Cuando se deseada mover un objeto de algún lugar a otro, será necesario aplicar cierta fuerza la cual tendrá que ser mayor si la masa del objeto es mayor, ya que, no será lo mismo empujar un objeto de 5kg a uno de 10kg. Tercera ley de Newton: ley de acción y reacción La tercera ley de Newton es llamada ley de acción y reacción, en la cual a toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción. Según Gouveia (2020) mencionó que, de esta manera, las fuerzas de acción y reacción, que actúan en pares, no se equilibran, una vez que están aplicadas en cuerpos diferentes. Recordando que esas fuerzas presentan la misma magnitud y dirección, pero en sentido opuesto (s.p.) Ejemplo de la tercera ley de Newton El ejemplo más sencillo es al momento de nadar o remar, ya que, el empuje es hacia una dirección y la fuerza de reacción al momento de avanzar será con la misma magnitud, pero en sentido contrario. Figura 3: Ley de acción y reacción. Gouveia, 2020.
3.3 Trabajo y energía Trabajo En el estudio de Ruiz-Mateos (2019) mencionó que, el trabajo es una de las formas de transferencia (cuando dos cuerpos intercambian energía, lo hacen, o bien de forma mecánica, mediante la realización de un trabajo, o bien de forma térmica, mediante el calor) de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace. El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, ∆x y del coseno del ángulo α que forman la fuerza y el desplazamiento (p.128) 𝑊 = 𝐹 𝑐𝑜𝑠 𝛼 ∆𝑥 El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m). Trabajo de la fuerza de rozamiento También Ruiz-Mateos (2019) mencionó que, la fuerza de rozamiento es una fuerza que se opone siempre al movimiento. Surge al tratar de desplazar un objeto que se encuentra apoyado sobre otro. Por tanto, siempre formará un ángulo de 180º con el desplazamiento (p. 128 ) 𝑊𝑟𝑜𝑧 = 𝐹𝑟𝑜𝑧 ∙ 𝑐𝑜𝑠 180º ∙ ∆𝑥 = − 𝐹𝑟𝑜𝑧 ∙ ∆𝑥 El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo. Por eso el rozamiento hace que el cuerpo "gaste" energía cuando se desplaza. Figura 4: Trabajo y Energía. Ruiz-Mateos. 2019
3.4 Impulso y cantidad de movimiento En su publicación Veloso (2019) mencionó la definición de impulso y cantidad de movimiento, desarrollando sus fórmulas y, explicando la relación entre ambos conceptos, desarrollando su publicación de la manera siguiente: Impulso El impulso es el producto de la fuerza aplicada sobre un cuerpo y el tiempo de duración. El impulso será la intensidad de la fuerza aplicada por el tiempo de duración de la misma. 𝐼𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜 = ∫ 𝐹 𝑑𝑡 𝑡 2 𝑡 1 Cantidad de movimiento La cantidad de movimiento, es un resultado del impulso, aunque matemáticamente son lo mismo, conceptualmente existen diferencias. 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = ∫ 𝑚 𝑑𝑣 𝑣 2 𝑣 1 Relación entre impulso y cantidad de movimiento Tanto el impulso como la cantidad de movimiento están relacionados mediante la siguiente igualdad. ∫ 𝐹 𝑑𝑡 𝑡 2 𝑡 1
𝑣 2 𝑣 1 La integral del impulso solo se puede calcular si se conoce la fuerza en función del tiempo, sin embargo, la integral del segundo miembro conduce siempre al siguiente resultado: ∫ 𝑚 𝑑𝑣 𝑣 2 𝑣 1
El producto de la masa de una partícula por su velocidad se denomina cantidad de movimiento de la partícula, y es también una magnitud vectorial. Según Veloso (2019) la ecuación de impulso (el primer miembro) expresa: “El vector impulsión de la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual en magnitud, dirección y sentido al vector incremento de la cantidad de movimiento de la partícula .” Este es el enunciado del teorema de la cantidad de movimiento.
La principal aplicación de este teorema se relaciona con las fuerzas de corta duración, tales como las originadas en choques o explosiones. En cualquier sistema, la unidad de impulsión es igual al producto de las unidades de fuerza y tiempo de dicho sistema. Según Veloso (2019) si la impulsión de una fuerza es positiva, la cantidad de movimiento del cuerpo sobre el cual actúa aumenta algebraicamente, y si es negativa disminuye. Si la impulsión es nula, no hay variación de la cantidad de movimiento (s.p.) Figura 5: Impulso y cantidad de movimiento. Veloso. 2019
Citas de referencia Corvalan, A. (2018). CINÉTICA DE LA PARTÍCULA. StuDocu.Com. Recuperado 25 de marzo de 2022, de https://www.studocu.com/cl/document/universidad-tecnica-federico-santa- maria/mecanica-general/cinetica-de-la-particula/ Gouveia, R. (2020, 17 enero). Leyes de Newton: conceptos y explicaciones (con ejercicios y ejemplos). Toda Materia. Recuperado 25 de marzo de 2022, de https://www.todamateria.com/leyes-de-newton/ I. (2018, 23 octubre). Trabajo y Energía teoría. Bioprofe. Recuperado 25 de marzo de 2022, de https://bioprofe.com/trabajo-energia-teoria/ Ruiz-Mateos, J. (2019). Física y Química 4o^ ESO (Spanish Edition) (1.a^ ed.). Independently published. Veloso, C. (2019, 2 mayo). IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO. Tutoriales de Electrónica | Matemática y Física. Recuperado 25 de marzo de 2022, de https://www.electrontools.com/Home/WP/impulso-y-cantidad-de- movimiento/#:%7E:text=DEFINICION%20DE%20IMPULSO%20Y%20CANTIDAD %20DE%20MOVIMIENTO&text=El%20impulso%20sera%20la%20intensidad,lo% 0mismo%2C%20conceptualmente%20existen%20diferencias. Vitales, C. Y. (2019, 5 diciembre). La leyes del movimiento, por Isaac Newton. LaSexta. Recuperado 25 de marzo de 2022, de https://www.lasexta.com/constantes-vitales/causas/ciencia/leyes-movimiento- isaac-newton_201912035de68d770cf255871f1b6b99.html
