Principios de la mecánica clásica: Preguntas y respuestas
Propiedades de las fuerzas conservativas y conservación de la energía
Cita una propiedad de las fuerzas conservativas
- Puede expresarse como la diferencia entre los valores inicial y final de una función de energía potencial.
- Es reversible.
- Es independiente de la trayectoria del cuerpo y depende solo de los puntos inicial y final.
¿En qué condiciones podemos afirmar que se conserva la energía mecánica de un sistema?
La energía mecánica se conserva cuando la suma de energía cinética y energía potencial es constante, es decir, cuando no existe trabajo externo no conservativo.
Movimiento parabólico y aceleración
¿Existe alguna posición en el movimiento parabólico donde la velocidad y la aceleración sean paralelas? ¿Y perpendiculares?
La velocidad y la aceleración son perpendiculares en el punto más alto de la trayectoria. No hay ningún punto donde la velocidad y la aceleración sean paralelas.
Un objeto que disminuye su rapidez, ¿tiene aceleración siempre negativa?
No necesariamente, si bien puede darse el caso de que la aceleración sea negativa. Si la aceleración es positiva pero menor que la velocidad (también positiva), esta irá disminuyendo, pero, a la vez, puede depender de cómo ubiquemos nuestro eje de coordenadas respecto al sistema.
Peso, fuerza normal y tercera ley de Newton
Si el peso de un cuerpo es la fuerza de acción, ¿dónde actúa la reacción?
Actúa sobre el cuerpo, es la fuerza normal.
¿La normal depende siempre del peso?
No, la normal depende de la fuerza gravitatoria que actúa sobre el cuerpo debido a la gravedad terrestre y de otras fuerzas que actúen sobre el cuerpo.
Enuncie la tercera ley de Newton y exprésela matemáticamente.
A toda acción siempre se opone una reacción igual y en sentido contrario.
F1 = -F2
Fuerza de rozamiento y trabajo
¿De qué depende el coeficiente de rozamiento estático entre dos superficies?
Depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto.
¿Es posible que un cuerpo que se mueve con rapidez constante tenga aceleración?
No, si la velocidad es constante quiere decir que no cambia en magnitud ni en dirección, por lo tanto, la aceleración es nula.
Como el trabajo es un producto de dos vectores, por lo tanto, el trabajo es una magnitud vectorial.
No, el trabajo es el producto escalar de dos vectores, su resultado es un escalar.
Cuando un cuerpo se mueve hacia arriba, el trabajo realizado por la fuerza de gravedad es negativo.
Verdadero.
La potencia que se aplica para levantar un cuerpo es directamente proporcional a la masa que este tiene y al tiempo que se demora en levantarlo.
Falso.
Energía cinética y potencial, y trabajo
Una pelota unida a una cuerda da vueltas circulares en el plano vertical. La energía cinética de la pelota es nula en la parte más alta de la trayectoria ya que toda la energía es potencial.
VERDADERO. Cuando la pelota está en la parte más alta de su trayectoria circular, toda su energía cinética se ha convertido en energía potencial gravitatoria.
Dados el coeficiente de fricción estático y la normal, la fricción estática es siempre constante.
La fricción estática se mantiene constante hasta que la fuerza aplicada supera ese valor máximo.
Si un alumno sujeta un libro con la mano, ¿cuánto trabajo se realiza?
Cero, ya que el alumno sólo sostiene el libro y no hay desplazamiento en el sentido de la fuerza aplicada.
Si usted empuja un libro contra una pared vertical, ¿de qué fuerza depende la fuerza de rozamiento entre el libro y la pared?
La fuerza de rozamiento entre el libro y la pared depende principalmente de dos factores: la fuerza con la que usted empuja el libro contra la pared y el coeficiente de fricción entre la superficie del libro y la pared. Mientras mayor sea la fuerza con la que empuje el libro y mientras mayor sea el coeficiente de fricción entre esas superficies, mayor será la fuerza de rozamiento.
¿Cuánto cambia la energía mecánica de un cuerpo que duplica su velocidad sin cambiar su energía potencial?
La energía mecánica se compone de la energía cinética y la energía potencial. Si la energía potencial se mantiene constante y duplica su velocidad, es la energía cinética la que aumenta 4 veces, ya que la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad; por lo tanto, la energía mecánica aumentará 4 veces.
Movimiento circular uniforme y fuerzas
¿Cómo debe ser la fuerza resultante que actúa sobre una masa m que se mueve con un movimiento circular uniforme?
Debe existir una fuerza hacia el centro de la trayectoria circular. Esta es la fuerza centrípeta que está determinada por la masa del objeto por la velocidad tangencial al cuadrado dividido el radio.
Cita las cuatro propiedades más importantes de una fuerza conservativa.
- Puede expresarse como la diferencia entre los valores inicial y final de una función de energía potencial.
- Es reversible.
- Es independiente de la trayectoria del cuerpo y depende solo de los puntos inicial y final.
- Si el punto inicial coincide con el punto final, el trabajo total es cero.
Si la aceleración de un objeto es cero, ¿significa esto que no hay fuerzas implicadas?
No necesariamente, significa que la fuerza neta que actúa sobre el objeto es cero, o sea que el objeto está en equilibrio, por lo que el objeto puede tener velocidad constante o estar en reposo.
Para un movimiento en tres dimensiones, defina velocidad instantánea.
La velocidad instantánea en tres dimensiones describe cómo se está moviendo el cuerpo en un espacio con coordenadas x, y y z en un instante en particular.
Inercia, marcos de referencia y fuerza normal
¿Qué es la inercia y de qué depende?
La inercia es la propiedad de un objeto de resistirse a un cambio en su estado de movimiento. Depende de la masa del objeto: a mayor masa, mayor inercia.
¿Qué es un marco de referencia inercial?
Un marco de referencia inercial es un sistema de coordenadas o un entorno físico en el cual las leyes del movimiento de Newton se cumplen y se mantienen constantes. En estos marcos de referencia, un objeto en ausencia de fuerzas externas se moverá con velocidad constante o permanecerá en reposo.
¿Qué ley de Newton explica la fuerza normal?
La tercera ley de Newton, el principio de acción-reacción.
Energía potencial, aceleración y segunda ley de Newton
En general, ¿de qué depende la energía potencial?
En general, la energía potencial está asociada a la posición y a la configuración del sistema.
¿Es posible acelerar un cuerpo sin que su rapidez cambie?
Sí es posible, la aceleración es un cambio de velocidad que incluye la magnitud o la dirección. La aceleración centrípeta es la que puede cambiar la dirección del cuerpo sin cambiar su rapidez.
Defina aceleración instantánea para un movimiento en el espacio.
Es el cambio de la velocidad en un momento específico.
Enuncie la segunda ley de Newton y exprésela matemáticamente.
La 2ª ley de Newton establece que la fuerza neta aplicada a un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que experimenta el cuerpo.
F = m.a
Fuerza de fricción estática, potencia instantánea y conceptos de masa y peso
¿La fuerza de fricción estática es siempre igual a μs.N?
La fuerza de fricción estática MÁXIMA es siempre igual a μs.N. Si no es la máxima, es menor o igual a μs.N.
Defina potencia instantánea.
La potencia instantánea proporciona una medida de la rapidez con la que se realiza un trabajo en un instante determinado.
El coeficiente de rozamiento dinámico depende de la masa.
Falso, el coeficiente de rozamiento dinámico depende de la interacción de las superficies en contacto.
La masa y el peso se refieren a la misma cantidad física pero expresados en diferente unidad.
Falso. El peso es la fuerza con la que la gravedad atrae un cuerpo y la masa es la cantidad de materia.
Fuerza de rozamiento y rapidez relativa
La fuerza de rozamiento depende siempre de la reacción normal de apoyo.
Verdadero. Depende de la normal y del coeficiente de rozamiento.
¿Cuándo la rapidez relativa entre dos partículas es la suma de las rapideces de las partículas?
Cuando se mueven en la misma dirección y en el mismo sentido.
Movimiento circular y vector aceleración
En el movimiento circular, ¿el vector aceleración es siempre tangencial?
No siempre es tangencial, en el MCU la aceleración tiene dos componentes: tangencial y centrípeta.