UNIDAD DE FORMACIÓN BÁSICA INTEGRAL

FÍSICA BÁSICA
UNIDAD 1: MECÁNICA
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LEYES DE NEWTON DEL MOVIMIENTO
¿Qué es la Física?
Cantidades físicas. Vectores
Cinemática. Movimento rectilíneo
Caída libre
Leyes de Newton
 Física -> ciencia fundamental -> dedicada a la comprensión de los fenómenos
naturales que ocurren en el universo. Física moderna
Física clásica

Cualquiera sea la actividad a la que uno se dedique, va a encontrar a cada paso la aplicación de las nociones que
aprendió en la Física. Siempre se encontrarán útiles los conceptos específicos de la Física, las técnicas que se
emplean para resolver los problemas, la forma de pensar que se adquiere en el estudio de la Física..
 Cantidades físicas
• Se denomina cantidad física a la propiedad de un cuerpo que es
susceptible a ser medida.

• Una cantidad escalar es aquella que queda

completamente descrita sólo con un número y una unidad
apropiada.
El volumen, la densidad, el tiempo, la temperatura, la distancia,
son ejemplos de cantidades escalares.
• Una cantidad vectorial es aquella que queda
completamente descrita mediante un número y unidades
apropiadas, además de la especificación de una dirección.
Desplazamiento, velocidad, fuerza, son ejemplos de cantidades
vectoriales.
 Sistema Internacional (SI)
CANTIDADES FUNDAMENTALES CANTIDADES DERIVADAS
• Se considera que las cantidades Ejemplos:
fundamentales reflejan las propiedades Cantidad Unidad Símbolo
más generales de la materia.
metro
Área m2
Cantidad Unidad Símbolo cuadrado

Longitud metro m Volumen metro cúbico m3

Masa kilogramo kg metro sobre

velocidad segundo
m/s
Tiempo segundo s
velocidad radián sobre
Intensidad de segundo
rad/s
ampere A angular
corriente eléctrica
metro sobre
Temperatura kelvin K Aceleración segundo al m/s2
Cantidad de cuadrado
mol mol
sustancia Torque newton metro N.m
Intensidad kilogramo
candela cd Momento
lumínica metro kg.m2
de inercia cuadrado
Vectores
Componentes de un vector
Una componente es una proyección de un
vector a lo largo de un eje. Así, por ejemplo,
en el plano cartesiano, para el vector
mostrado en la figura se tiene:

Módulo o magnitud:

Dirección:
Vectores unitarios

Así, en el espacio, el vector 𝑉

viene dado por:

𝑉 = 𝑉𝑥 𝑖Ƹ + 𝑉𝑦 𝑗Ƹ + 𝑉𝑧 𝑘෠
y su magnitud es:

𝑉= 𝑉𝑥2 + 𝑉𝑦2 + 𝑉𝑧2

Suma de vectores (resultante)

Método del paralelogramo:

Aquí, si 𝜃 es el ángulo formado por

los vectores 𝑉1 y 𝑉2 , el módulo de la
resultante es:

𝑉𝑅 = 𝑉12 + 𝑉22 + 2𝑉1 𝑉2 𝑐𝑜𝑠𝜃

Resta de vectores (diferencia)
EJEMPLO 1

(a) Determine las componentes del vector 𝐴Ԧ de módulo 5u, en las situaciones mostradas. (b) Exprese dicho
vector em función de los vectores unitários î y 𝑗Ƹ .

Solución:
 MOVIMIENTO
Movimiento → cambio de posición de un objeto
en cierto intervalo de tiempo. Describir el movimiento
requiere algún sistema coordenado conveniente,
un origen específico y un reloj → observador.

Tipos de movimiento:

Mov. traslacional Mov. rotacional Mov. vibracional

 MOVIMIENTO RECTILÍNEO DE UNA PARTÍCULA
Movimiento rectíneo -> movimiento traslacional -> objeto (partícula)

Para el movimiento unidimensional, a menudo elegimos el eje x como la línea a lo largo de la cual se lleva a cabo
el movimiento. La posición de un objeto en cualquier momento se define como el valor de su coordenada x. Si el
movimiento es vertical, como en el caso de un objeto que cae, por lo general usamos el eje y.
ti tf
Considerando el ciclista, identificamos la
posición inicial xi en el instante de tiempo
ti y la posición final xf en el instante tf ,
respecto al origen O (observador).

Definimos el desplazamiento como el cambio

en la posición de un objeto (partícula). Se ∆𝑥 = 𝑥𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑥𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∆𝑥 = 𝑥𝑓 − 𝑥𝑖
mide en metros (m).

Obs: Vectorialmente:
∆𝑥Ԧ = 𝑥Ԧ𝑓 − 𝑥Ԧ𝑖 donde 𝑥Ԧ𝑖 = 𝑥𝑖 î y 𝑥Ԧ𝑓 = 𝑥𝑓 î
Dado el desplazamiento ∆𝑥Ԧ y el intervalo de tiempo ∆𝑥Ԧ 𝑥𝑓 −𝑥𝑖
𝑣Ԧ𝑚 = 𝑣Ԧ𝑚 = î
∆𝑡 = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 , definimos la velocidad media: ∆𝑡 𝑡𝑓 −𝑡𝑖
Unidades: m/s

Como ejemplo, considere

el movimiento de un
automóvil de carreras tal
como se muestra
en la figura, donde
𝑥𝑖,𝑓 = 𝑥1,2 𝑦 𝑡𝑖,𝑓 = 𝑡1,2

¿Puede el desplazamiento ser cero? y la velocidad media?

Dada la 𝑣Ԧ𝑚 del automóvil igual a 86 m/s î, es improbable que se haya desplazado precisamente a 86
m/s en cada instante. Para describir esta situación, necesitamos el concepto de velocidad instantánea
Velocidad instantánea : es la velocidad en cualquier instante de tiempo.
Su magnitud (rapidez instantánea) es el número (aproximado), con unidades,
que indica un velocímetro.

Con más precisión, la velocidad instantánea en cualquier momento se

define como la velocidad media durante un intervalo de tiempo muy corto.

Si una partícula se mueve con velocidad constante, durante un intervalo de tiempo

específico, su velocidad instantánea en cualquier instante es la misma
que su velocidad media.
∆𝑥Ԧ
𝑣Ԧ =
∆𝑡
En el caso en que la velocidad de la partícula cambie en el tiempo:

∆𝑣Ԧ 𝑣𝑓 − 𝑣𝑖
Definimos la aceleración media: 𝑎Ԧ 𝑚 = =( ) î
∆𝑡 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Unidades: m/s2

Si consideramos la aceleración media en un intervalo de tiempo muy corto, entonces tenemos la aceleración
instantánea 𝑎Ԧ
Si una partícula se mueve con aceleración constante, entonces su aceleración
(instantánea) en cualquier instante es la misma que su aceleración media.

El movimiento acelerado más sencillo es el rectilíneo con aceleración constante.

Además:

Obs: Cambios en velocidad, aceleración -> valor, dirección

EJEMPLO 2

La rapidez de un impulso nervioso en el cuerpo humano es de casi 100 m/s. Si accidentalmente se aplasta la
punta de su dedo del pie en la oscuridad, estime el tempo que tarda el impulso nervioso en viajar a su cerebro.
.
Considere su altura igual a 1.70 m

Solución:
Caída libre y Si se desprecia la resistencia del aire, la trayectoria de un proyectil
es una combinación de movimiento horizontal con velocidad
movimiento de proyectiles constante y movimiento vertical con aceleración constante.

Movimiento de caída libre

Movimiento aceleración
constante
-> 𝑎Ԧ = 𝑔Ԧ = - 9.81 m/s ĵ

valor aproximado cerca

de la superficie terrestre
LAS LEYES DE NEWTON DEL MOVIMIENTO
Fuerza:
• La fuerza es una medida cuantitativa de la interacción de dos cuerpos
en contacto o entre un cuerpo y su entorno, provocando, generalmente,
movimientos y/o deformaciones
• Para describir una fuerza se necesita determinar su magnitud y dirección,
por ello la fuerza es una cantidad vectorial.
• Unidad: newton(N) -> 1N = 1 kg.m/s2
LAS LEYES DEL MOVIMIENTO
Fuerzas de la naturaleza:
3) Fuerzas fuertes (entre
1) Fuerzas gravitacionales. partículas subatómicas (quarks)).

4) Fuerzas débiles (surgen en ciertos

2) Fuerzas electromagnéticas.
procesos de decaimiento radiactivo ).

Nota: La física clásica

sólo se enfoca en las
fuerzas gravitacional y
electromagnética.
Algunos ejemplos
de fuerzas:

f solo se manifiesta cuando hay tendencia a

deslizar o deslizamiento entre superficies
en contacto

La magnitud de la tensión en una cuerda ideal es la misma a lo largo de ella

 El peso (fuerza de gravedad) siempre
está dirigido verticalmente hacia el
centro de la Tierra.

𝑤 = m 𝑔Ԧ
-> w =mg
donde m representa la masa del objeto y g = 9.81 m/s2

e) Fuerza elástica 𝑭𝒙 en un
resorte:
𝑭𝒙 = -k𝑥Ԧ

-> Fx = kx

donde x representa el valor del desplazamiento

y k es la constante elástica propia del resorte.
Primera ley de Newton
¡Solamente si es visto desde
un Marco de Referencia Inercial!
Un objeto mantiene su estado de movimiento con
velocidad constante o su estado de reposo, a no ser Un sistema de referencia es inercial
que actúe sobre él, una fuerza resultante 𝑭𝒏𝒆𝒕𝒂 cuando no está acelerado.
diferente de cero
La Tierra se puede considerar como
un sistema inercial.

El camion se
mueve con
velocidad
... hasta que
constante

La pelota
permanece ... hasta que
en reposo...
La tendencia de un objeto a mantener su estado de reposo o de movimiento con
velocidad constante se llama inercia. Por ello, la primera ley de Newton suele
llamarse también ley de inercia.
La inercia de un objeto se manifiesta como la
resistencia a cualquier intento por cambiar su
estado de reposo o de movimiento.
Se mide a través de la cantidad física denominada
masa. Unidad: kilogramo (kg).

M>m
m

A mayor masa, mayor inercia !!

Segunda ley de Newton
Si una fuerza externa neta actúa sobre un cuerpo, este experimenta aceleración. La
dirección de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta.

𝐹Ԧ𝑛𝑒𝑡𝑎
𝑎Ԧ =
𝑚
𝐹Ԧ𝑛𝑒𝑡𝑎 = Σ 𝐹Ԧ = 𝑚𝑎Ԧ

La fuerza neta sobre un objeto es la suma vectorial de todas

las fuerzas que actúan sobre el objeto.
𝑎Ԧ

𝐹Ԧ𝑛𝑒𝑡𝑎 // 𝑎

(Ley válida solo en un Sistema de Referencia Inercial)

Tercera ley de Newton (Ley de acción y reacción)
Si dos objetos interactúan, la fuerza 𝐹Ԧ12 ,
que ejerce el objeto 1 sobre el objeto 2,
es igual en magnitud y opuesta en
𝐹Ԧ12 = −𝐹Ԧ21
dirección a la fuerza 𝐹Ԧ21 ,
que ejerce el objeto 2 sobre el objeto 1. 𝐹12 = 𝐹21

Notar que las fuerzas de acción y

reacción actuan sobre diferentes
objetos.

𝐹Ԧ𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = −𝐹Ԧ𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

𝐹𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = 𝐹𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛
EJEMPLO 3

En la figura, se muestra un bloque de masa m deslizando sobre una superficie lisa y dos
bloques de masas m y M (M>m) en reposo unidos por una cuerda.
(a) Identifique las interacciones que experimenta los objetos indicados.
(b) Dibuje las fuerzas que actúan sobre los objetos indicados: m,M.

Solución: