INTRODUCCION
La Mecánica es la rama de la Física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de Fuerzas.
Dentro de la Mecánica clásica podemos considerar, a su vez, dos ramas:
La Cinemática (del griego kinema, movimiento, también llamada Geometría del movimiento), que se ocupa del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan.
La Dinámica (del griego dinamis, fuerza), que describe el movimiento estudiando las causas de su origen.
Debemos, pues, asociar la palabra mecánica al movimiento y recalcar que, para provocar movimiento, es necesaria una Fuerza. Con ello, conseguiremos que un cuerpo se desplace una distancia o a una velocidad determinada; y a esta acción la llamamos realizar un Trabajo Mecánico. Por lo tanto, en la realización de un Trabajo (W) intervienen dos magnitudes fundamentales: Fuerza (F) y distancia (d), con la siguiente relación:
W = F · d
Unidades: En el S.I. la Fuerza se mide en Newtons (N) y la distancia en metros (m), por lo que la unidad de Trabajo es el Newton-metro (N·m), que equivale al Julio (recordemos que Energía es la capacidad de realizar un Trabajo).
Normalmente, la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo para que se mueva debe vencer la de su propio peso. Sabemos que el peso es una fuerza (la fuerza con que atrae la Tierra a ese cuerpo), pero solemos medirlo en kilogramos (kg), que es la unidad de Masa, en vez de en Newtons, para hacer referencia a un kilogramo-fuerza (kg-f). La relación entre ambas unidades la deducimos de la segunda ley de Newton (Fuerza=Masa·aceleración; F=m·a) y sabiendo que la aceleración de la gravedad es de unos 9,81 m/s2 (que podemos redondear a 10):
Dentro de la Mecánica clásica podemos considerar, a su vez, dos ramas:
La Cinemática (del griego kinema, movimiento, también llamada Geometría del movimiento), que se ocupa del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan.
La Dinámica (del griego dinamis, fuerza), que describe el movimiento estudiando las causas de su origen.
Debemos, pues, asociar la palabra mecánica al movimiento y recalcar que, para provocar movimiento, es necesaria una Fuerza. Con ello, conseguiremos que un cuerpo se desplace una distancia o a una velocidad determinada; y a esta acción la llamamos realizar un Trabajo Mecánico. Por lo tanto, en la realización de un Trabajo (W) intervienen dos magnitudes fundamentales: Fuerza (F) y distancia (d), con la siguiente relación:
W = F · d
Unidades: En el S.I. la Fuerza se mide en Newtons (N) y la distancia en metros (m), por lo que la unidad de Trabajo es el Newton-metro (N·m), que equivale al Julio (recordemos que Energía es la capacidad de realizar un Trabajo).
Normalmente, la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo para que se mueva debe vencer la de su propio peso. Sabemos que el peso es una fuerza (la fuerza con que atrae la Tierra a ese cuerpo), pero solemos medirlo en kilogramos (kg), que es la unidad de Masa, en vez de en Newtons, para hacer referencia a un kilogramo-fuerza (kg-f). La relación entre ambas unidades la deducimos de la segunda ley de Newton (Fuerza=Masa·aceleración; F=m·a) y sabiendo que la aceleración de la gravedad es de unos 9,81 m/s2 (que podemos redondear a 10):
Peso=Masa·10 -> 1 kg-f = 10 N.
Ejercicio: Calcula el trabajo que se realiza al levantar una silla (o una mochila) de 7 kg una altura de un metro.
W = ?
F = 7 kg-f = 70 N -> W = F · d = 70 N · 1 m = 70 N·m
Ejercicio: Calcula el trabajo que se realiza al levantar una silla (o una mochila) de 7 kg una altura de un metro.
W = ?
F = 7 kg-f = 70 N -> W = F · d = 70 N · 1 m = 70 N·m
o también: W = F · d = 7 kg-f · 1 m = 7 kg-f·m
d = 1 m
Y de la fórmula también podemos deducir que para ejercer un determinado trabajo (por ejemplo abrir una puerta), si aumentamos la distancia (empujando lo más alejado posible de las bisagras), la fuerza que habrá que hacer será menor. Y, además, tantas veces aumentemos la distancia tantas veces menos debemos hacer de fuerza.
Para realizar un mismo trabajo: A mayor distancia menor Fuerza y a menor distancia mayor Fuerza hay que aplicar.
Por ello, en general, para hacer girar un cuerpo (realizar un momento o giro) convendrá aplicar la fuerza lo más alejado posible del punto de giro o apoyo.
¿Es lo mismo la masa y el peso?
La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc.El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-f. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-f. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza (ya que la gravedad es menor), aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. El peso de un objeto en la Luna o en cualquier otro planeta representa la fuerza con que éste lo atrae (ver ley de gravitación universal).
ROZAMIENTO
Según la primera ley de Newton, conocida como ley de la inercia, todo cuerpo en estado de reposo o movimiento permanecerá en ese estado mientras no actúen fuerzas externas sobre él. Según este principio, cuando se aplica una fuerza a un objeto y éste se mueve, continuará moviéndose indefinidamente hasta que alguna fuerza lo frene. Además, esto está en consonancia con el principio de conservación de la energía ("La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma"). Sin embargo, en la realidad observamos que cuando un cuerpo se mueve, su velocidad va disminuyendo progresivamente sin, aparentemente, fuerza externa que lo frene. Esto es debido a las fuerzas de fricción o rozamiento entre los cuerpos. La no comprensión de este fenómeno hizo que, desde la época de Aristóteles y hasta la formulación de este principio por Galileo y Newton, se pensara que el estado natural de movimiento de los cuerpos era el reposo y que las fuerzas eran necesarias para mantenerlos en movimiento. Sin embargo, Newton y Galileo mostraron que los cuerpos pueden seguir moviéndose a velocidad constante y en línea recta aunque la resultante de las fuerzas aplicadas a dicho cuerpo sea cero.
Podemos definir el rozamiento como el contacto entre dos superficies en movimiento relativo (puede estar moviéndose una de ellas o las dos con distinta velocidad). Y se define la fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Existen, pues, dos tipos de rozamiento o fricción, el rozamiento estático y el rozamiento cinético. El primero es una resistencia, la cual se debe superar para poner movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro es que el estático actúa cuando el cuerpo está en reposo y el cinético cuando está en movimiento.
La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
El científico francés Coulomb añadió una propiedad más:
Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
Explicación del origen del rozamiento
El rozamiento se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un ángulo φ con la normal (el ángulo de rozamiento). Por tanto, esta fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.
La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.
Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se produzca. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático.
Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético es menor que el coeficiente de rozamiento estático.
Finalmente, la presencia de aceite o de grasa en las superficies en contacto evita las soldaduras al revestirlas de un material inerte.
d = 1 m
Y de la fórmula también podemos deducir que para ejercer un determinado trabajo (por ejemplo abrir una puerta), si aumentamos la distancia (empujando lo más alejado posible de las bisagras), la fuerza que habrá que hacer será menor. Y, además, tantas veces aumentemos la distancia tantas veces menos debemos hacer de fuerza.
Para realizar un mismo trabajo: A mayor distancia menor Fuerza y a menor distancia mayor Fuerza hay que aplicar.
Por ello, en general, para hacer girar un cuerpo (realizar un momento o giro) convendrá aplicar la fuerza lo más alejado posible del punto de giro o apoyo.
¿Es lo mismo la masa y el peso?
La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc.El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-f. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-f. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza (ya que la gravedad es menor), aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. El peso de un objeto en la Luna o en cualquier otro planeta representa la fuerza con que éste lo atrae (ver ley de gravitación universal).
ROZAMIENTO
Según la primera ley de Newton, conocida como ley de la inercia, todo cuerpo en estado de reposo o movimiento permanecerá en ese estado mientras no actúen fuerzas externas sobre él. Según este principio, cuando se aplica una fuerza a un objeto y éste se mueve, continuará moviéndose indefinidamente hasta que alguna fuerza lo frene. Además, esto está en consonancia con el principio de conservación de la energía ("La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma"). Sin embargo, en la realidad observamos que cuando un cuerpo se mueve, su velocidad va disminuyendo progresivamente sin, aparentemente, fuerza externa que lo frene. Esto es debido a las fuerzas de fricción o rozamiento entre los cuerpos. La no comprensión de este fenómeno hizo que, desde la época de Aristóteles y hasta la formulación de este principio por Galileo y Newton, se pensara que el estado natural de movimiento de los cuerpos era el reposo y que las fuerzas eran necesarias para mantenerlos en movimiento. Sin embargo, Newton y Galileo mostraron que los cuerpos pueden seguir moviéndose a velocidad constante y en línea recta aunque la resultante de las fuerzas aplicadas a dicho cuerpo sea cero.
Podemos definir el rozamiento como el contacto entre dos superficies en movimiento relativo (puede estar moviéndose una de ellas o las dos con distinta velocidad). Y se define la fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Existen, pues, dos tipos de rozamiento o fricción, el rozamiento estático y el rozamiento cinético. El primero es una resistencia, la cual se debe superar para poner movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro es que el estático actúa cuando el cuerpo está en reposo y el cinético cuando está en movimiento.
La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
El científico francés Coulomb añadió una propiedad más:
Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
Explicación del origen del rozamiento
El rozamiento se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un ángulo φ con la normal (el ángulo de rozamiento). Por tanto, esta fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.
La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.
Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se produzca. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático.
Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético es menor que el coeficiente de rozamiento estático.
Finalmente, la presencia de aceite o de grasa en las superficies en contacto evita las soldaduras al revestirlas de un material inerte.
Cuestionario de mecánica
1. Qué es: La Mecánica. A) La Cinemática. B) La Dinámica.
2 Explique la siguiente ecuación: W = F · d.
3 En qué unidad se mide el trabajo.
4. Calcular el trabajo que se realiza al levantar una caja de 12 kg
a una altura de 2 metros.
5. Qué es A) Masa de un cuerpo B) Peso de un cuerpo C) Rozamiento.
6. Qué tipo de rozamientos existen.
7 .Cuál es el origen del rozamiento.
8. De qué depende el rozamiento.
9. Cómo se puede reducir el rozamiento.
10. A qué se le denomina mecanismo.
11. Defina qué es una máquina.
13. Qué es A) Un motor B) Motor de combustión interna.
14. Cuáles son los tipos de motores de combustión.
15. Defina los tiempos de un motor de cuatro tiempos.
16. Defina los mecanismos de transmisión.
17. Qué es una Palanca.
18. Señale tipos de palancas.
19. Qué es una Polea.
20. Qué es un Polipasto.
21. Qué es un Engranaje.
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