DINAMICA
Causas del movimiento Masa de los Cuerpos (m) Constante Fuerzas NaturalesPrimera ley Ley de Inercia Estado‐Equilibrio MRU MRUV Segunda Ley Ley de la Fuerza (Movimiento) F=m*a el movimiento ocurre en un solo plano Fuerza Neta Tercera Ley Ley de Acción y Reacción A cada acción le corresponde una reacción totalmente inversa contraria Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) Velocidad = Constante Proporcional Peso (w) w = m*g ‐Esta vertical ‐Hacia abajo Normal (N) ‐Plano de contacto ‐Actúa perpendicular al plano de contacto ‐Tiene sentido opuesto al peso (w) Fuerza de Rozamiento (FR) ‐Plano de contacto ‐Opuesto al movimiento FR= N*µ Tensión
Se da solo al tensionar una cuerda Coeficiente de rozamiento µ > 1 Estático (No movimiento) µ < 1 Dinámica (Con movimiento)
LEYES DE NEWTON
e
V
e
t
2m
s
*
oV
V
a t
2 22
oV
V
ae
21
*
*
2
*
ox x oy s s oy sx
V
t
h
V
t
g t
Vy
V
g t
*
* cos
Ay
Sen
A
Ay
A sen
Ax
Cos
A
Ax
A
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV) V = aceleración (a) Constante 21
*
*
2
oe
V
t
a t
Caída libre 2 2 2 2*
1
*
2
2 * *
o o oV
V
g t
h
V
g t
V
V
g h
ts = tb aceleración=gravedad= 9.81 m/s2 Lanzamiento de Proyectiles ‐Movimiento en el plano ‐La velocidad en la horizontal es constante ‐El movimiento en la vertical es similar a la caída libre1 360 2 1 * vuelta rad rad s s t m V R s
V lineal/periférica/tangencial ω Angular Aceleración Centrípeta 2 2 2*
2
6 0
2
1
c c cm
a
s
a
R
V
a
R
R P M
r a d
t
f
t
Velocidad es constante Movimiento Circular Uniforme (M.C.U) Radio es constante*
F
m a
F
0
Dinámica y x Plano cartesiano EspacioPor lo tanto la suma de las fuerzas en ese eje será igual a la fuerza neta Peso Vertical w=m*g [m/s2] w= [N] [Kg] Normal
Perpendicular al plano de contacto y opuesto al peso
Fuerza de rozamiento Es opuesta al movi‐ miento FR=N*µ #adimensional Tensión Cuerdas Newton Inercia
Fuerza neta F=M*a {[m/s2]*kg}
Acción‐Reacción
Modelar matemáticamente Trata a todas las fuerzas como VECTORES
Plano de referencia La partícula en estudio tiene movimiento en un solo eje
La partícula solo se mueve en un solo eje por lo tanto en el otro eje en estudio la suma de todas las fuerzas será igual a cero
0
0
0
0
0
F
Fy
N
w
N
W
1 1*
*
(
* )
*
RFx
m a
F
F
m a
F
N
m a
0
0
*
Fy
N
w
N
w
N
m g
Causas del movimiento N N ωDinámica
Diagrama de Cuerpo libre (D.C.L)
*Aislar a la partícula del sistema
*Colocar en los ejes de referencia todas las fuer‐ zas (vectores)
Diagrama de cuerpo (D.C)
*Es el mismo D.C.L pero se coloca una fuerza en el eje en el que la partícula se mueve y esta es la fuerza neta
1 1 1 1 1 1 1 1
*cos
*
x x y yF
Cos
F
F
F
F
Sen
F
F sen
F
1 1*
*
(
* cos ) (
* )
*
x RFx
m a
F
F
m a
F
N
m a
1 1 10
0
( * ) (
*
)
y yFy
N
w F
N
w
F
N
m g
F
sen
cos
* cos
*
Wx
Wx
Wy
Sen
sen
Wy
FR N WX Wy w.
Fx
m a
El ángulo del plano inclinado siempre está ubicado en el D.C.L entre el paso y el eje y inclinado0
0
*
* *
Fy
N
Wy
N
sen
N
m g sen
*
*
(
* cos ) (
* )
*
( * * cos ) ( * * * cos )
*
x RFx
m a
W
F
m a
W
N
m a
m g
m g
m a
0
Fx
Fy
0
0
Fx
Fy
0
A B C TCB TCA wEstática
‐
No movimiento ‐No cambio de condiciones ‐No alterar valores dados *Partícula (Punto) *Cuerpo rígido ejes de referencia *D.C.L fuerzas naturales fuerzas externas *Respetar la posición de las fuerzas *Para que el cuerpo o la partícula no se mueva No gira Momento o Torque (M)=Fuerza*Distancia *Ley de Inercia‐Estática cambio de estado Ejes de referencia (x,y) son No hay movimiento cambio de posición D.C.L convergentes. cambio de forma Partícula0
Fy
0
Fx
Ry Rx Simple Compuesta~
Se realiza el D.C.L a la partícula del problema donde se aplican todas las fuerzas~
Respetar el lugar (punto de aplicación) de la fuerza ~ ∑ Momentos ∑M=0 M=F*d Fuerza*distancia) Fuerza es perpendicular a la fuerza~
La ∑M=0 se aplica una sola vez en el problema y se recomienda hacerlo en el punto donde está el mayor número de incógnitas~
Cuando el movimiento es: 1.‐ horario (‐) 2.‐antihorario (+)Maquinas Simples
Unión de elementos
Barra + apoyo = palanca Fr Fa X1 X2 Fa Fr X1 X2 Fr Fa X1 X2
2 5
/
2
2
2
4
2
32
nPeso fuerzaAplicada
Poliplasto F
w
F
w
F
w
w
F
w
F
w
F
w
F
R(
)
0
(
) (
2)
0
2
·
2
M Apoyo
w R
F
w R
F
w R
F
Poleas
~ Fija Transmite el movimiento ~ Móvil n=número de poleas móviles F=? w 2Dinámica de la rotación
Eje con respecto al eje de giro – Eje centrípeto –
F
C
m a
C Eje tangente a la trayectoria – Eje tangencial –
F
tm a
tLanzamiento de Proyectiles
cos
cos
c c cc
m a
c
m a
w
a
m
t t t t tF
m a
F
t
m a
F
sen
m a
F
sen
a
m
3 3 3 3 1 2 3cos
cos
...
X Tw
F
d
w
F
d
w
F
d
w
w
w
w
wn
Newton metros
Joule
Péndulo
Trabajo, potencia y energía
Es el producto escalar de su fuerza motora (F) por su desplazamiento (d) siempre Trabajo (W) y cuando la fuerza y el desplazamiento tengan la misma direcciónF1 F2 F3 F3y F3x
cos
c c c cF
m a
T
c
m a
T
m a
t t t tF
m a
t
m a
sen
m a
Potencia (P) Es el producto escalar del trabajo realizado en una unidad de tiempo
*
/
Trabajo
W
P
tiempo
t
P
Fuerza Velocidad
Joule
Watt
segundos
Newton m s
Watt
Energía (E) a) Energía cinética (Ec) (movimiento) Capacidad que tienen los cuerpos para producir un trabajo debi‐ do a movimiento 2
1
2
Ec
mv
b) Energía potencial (Ep) (Posición) Capacidad que tienen los cuerpos para producir un trabajo en virtud de su posición con respecto a un plano de referencia.
Ep
m g h
c) Energía elástica (Ee) (Resortes) Capacidad que tienen los resortes de transmitir energía en virtud de su deformación (estirado o comprimido) y por tanto de realizar el trabajo Conservación de Energía x mN
K
m
Constante de Elasticidad Et=Ep+Ec+Ee Et= Constante Ec=máx Ec= OJ Ec=? V=? Vf=máx V0= 0 h=máx 1 2 3 m Ep=0 Ep=? Ep= máxRendimiento Nunca en la realidad existirá una máquina que rinda el 100%. Con esto podríamos decir rendimiento de una máquina es el cociente entre la potencia de entrada y la potencia de salida.
Hidráulica
Volumen (V) Medida del espacio ocupado por un cuerpo sólido Densidad (
) Relación entre la masa (m) y el volumen que ocupa
= m/v a) Hidrostática (fluidos en reposo) b) Hidrodinámica (fluidos en movimiento) c) Neumostática (gases) a) Hidrostática...
...
Potencia salida
n
Potenciaa entrada
Peso= m*g m área FPr esión p
2F
N
P
Pascal
A m
N 21000
3Kg
H O
m
2H O
de mar= 3 1 0 4 0 K g m Aumenta debido a la salini‐
dad 3
m
masa
Kg
v
volumen m
Presión hidrostática=Ph=∂*g*h [Pascal] Presión ejercida a una partícula sumergida dentro de un líquidoPrincipio de Pascal (Prensa Hidráulica)
Peso específico (α) El peso específico (α) es la relación entre el peso (
)y el volumen que ocupaPresión Es la fuerza por unidad de superficie
Presión at‐ mosférica = 101300Pa
P2 P1 A2 F2 F1 A1 1 1 1
F
P
A
Los líquidos están al mismo nivel y por lo tanto tienen la misma presión 1 2P
P
2 2 2F
P
A
1 2P
P
1 2 1 2F
F
A
A
v
m g
v
F
P
A
Vectores en 3D
Coordenadas Rectangulares:
A
(4, 5)
Coordenadas Polares: 0A
A
A
6, 4031 51, 3401
o Coordenadas en Vector Base:
A
4
i
5
j
Operaciones Básicas
~ Igualdad. Dos vectores son iguales si tienen, el mismo orden y los mismos componentes ~ Suma y resta: La suma y la resta se hace componente a componente ~ Multiplicación por un escalar: Un escalamiento de un factor k,. se logra multiplicando cada componente por el mismo número real kPasos para hallar una fuerza resultante
1) Hallamos todas las coordenadas de los puntos donde se aplica la fuerza 2) Hallamos la distancia de los diferentes puntos donde se congregan todas las fuerzas Distancia AB=d AB
B A
( 3 0)
i
(3 0)
j
(0 6)
j m
Distancia AC Distancia AD 3) Hallamos el módulo vector base. Es igual a la raíz cuadrada de la suma de cada distancia elevada al cuadrado. Modulo vector base AB= 2 2 2( 3)
(3)
( 6)
d AB
4)Dividimos cada coordenada de las distancias para el módulo vector base 2 2 2 2 2 2 2 2 2( 3)
(3)
( 6)
( 3)
(3)
( 6)
( 3)
(3)
( 6)
ABi
j
k
5) Hallamos la fuerza AB B ABF
F
6) Hallamos todas las fuerzas y las sumamos para hallar una resultante R AB AC ADF
F
F
F
Principio de Arquímedes
a)
Si el cuerpo flotam
f
b) Posición media
m
f
c) Si el cuerpo se hunde
m
f
Peso real P=m·g Peso aparente medido cuando está sumergido en fluido Pr Peso Aparente = Peso real – Empuje Pa = Pr – EHidrodinámica
Q = A ·
Caudal o gasto = Area * velocidadQ
t
Caudal
volumen
tiempo
1 2Q
Q
1 1 2 2A
A
Ecuación de continuidad fluidoV
sumergidog
Ecuación de Bernoulli
2 2 1 1 1 2 2 21
1
2
2
P
g h
P
g h
Cuando no hay diferencia de alturas, la ecuación queda así: 2 2 1 1 2 21
1
2
2
P
P
Teorema de Torricelli
Tubo en U
2
xg h
1 2 2 1h
h
1 2Patm P
Patm P
1g h
1 2g h
2
Presión Manométrica
Esta presión es determinada por los instrumentos denominados manómetros y valor igual a la diferencia entre el valor de la presión absoluta y el de la presión atmosférica del lugarTubo Venturí
Termología
Escalas
Dilatación
a) Dilatación lineal
Coeficiente de dilatación lineal b) Dilatación superficial
1
o
Af
Ao
T
= Coeficiente de dilatación superficial
=2·
c) Dilatación volumétrica
1
o
Vf
Vo
T
Coeficiente de dilatación volumétrica
3·
2 1 2 4 2 12(
)
1
P
P
d
liq
d
P
Hg g
h
l
o o oC
Celsius
F
Fahrenheit
K
Ke vin
5
32
9
9
32
5
273,15
o o o o o oC
F
F
C
K
C
1
o
Lf
Lo
T
Calor
El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia ~ Medida del Calor La caloría.‐ La cantidad de calor necesaria que debe absorber un gramo de agua para que su temperatura aumente 1o C 1 cal= 4,18 J ~ Calor Específico Es la cantidad de calor que debe absorber 1gr de sustancia para que su temperatura aumente 1o C ~ Fórmula del Calor El calor (q) absorbido o desprendido de algún cuerpo, para que produzca el aumento o disminución de temperatura, depende de tres factores: masa del cuerpo (m), el calor específico (Ce) y la variación de tem‐ peratura oq
m Ce
T
Calor latente
El calor latente de fusión (Lf) se define como la cantidad de calor necesaria para fundir una masa unitaria (por ejemplo 1g) a presión y temperaturas constantes (Tf); y el calor latente de vaporización (Lv) es la cantidad de calor necesaria para evaporar una masa unitaria (por ejemplo 1g) a presión y temperaturas constantes (Teb) los valores Lf, Tf, Lv y Teb son características de cada material y sus valores vienen tabu‐ lados El calor total (Q) para fundir o congelar una masa (m) de una sustanciaestá dado por: Q=m · Lf Y el calor total (Q) para evaporar o condensar una masa (m) de una sustancia está dado por: Q= m · LvQt =Q
1+Q
2+Q
3+Q
4+Q
5Centros de gravedad
Centroide
El centro de gravedad o centro de masa de las figuras de dos dimensiones 1. Centroide de un segmento de recta El centroide de una recta, se encontrará en el punto medio de su longi‐ tud?
2
x
Centroide de un rectángulo
Mediante el cruce de sus mediatrices se puede encontrar el centroide de un rectángulo?
2
x
2
h
y
Centroide de un paralelogramo
El centroide de un paralelogramo se encontrará en el punto de intersección de sus diagonales2
h
y
Centroide de una circunferencia o centroide de un circulo
El centroide de un circulo o de una circunferencia se encuentra en el cruce de los ejes coordenados, o cruce de sus ejes de simetríaCentroide de un semicírculo
x
=Eje de simetría4
3
r
y
Centroide de un cuarto de círculo
4
3
r
x
4
3
r
y
Centroide o baricentro de un triángulo isósceles
El centroide o baricentro de un triángulo isósceles se encuentra en el cruce de las medianas
1
?
3
x
c
1
3
y
h
Centroide o baricentro de un triángulo rectángulo
El centroide o baricentro de un triángulo rectángulo es el punto de intersección o cruce de las medianas del triángulo1
?
3
x
1
3
y
h
Centroide o baricentro de un sector circular
El ángulo medido del sector debe estar expresado en radianes y sus coorde‐ nadas son:2
3
rsen
x
Calculo de centroides de figuras compuestas
Para hallar el centroide de una figura compuesta, se descompone dicha figura en suma o diferencia de figuras simples, de las cuales conocemos sus centroides 1) Hallamos el área de cada figura simple 2) Encontramos los centroides tanto en
x
como eny
3) Multiplicamos las áreas por sus respectivas coordenadas enx
, y dividimos para la suma de las áreas. De esta manera obtenemos la coordenada enx
, del centro de gravedad de la figura compuesta o to‐ tal4) Multiplicamos las áreas por sus respectivas coordenadas en
y
, y dividimos para la suma de las áreas. De esta manera obtenemos la coordenada eny
, del centro de gravedad de la figura compues‐ ta o total 1 1*
nArea x
x
nArea
1 1*
nArea y
y
nArea
Unidades de Volumen
Para convertir de a Multiplicar por
Pulgadas cúbicas Centímetros cúbicos (cm3) 16.387
Pies cúbicos Litros (lt) 28.317 Pies cúbicos Centímetros cúbicos ( cm3) 28317 Pies cúbicos galones 7.475 Quarts (1/4 galón) mililitros 946.35 Mililitros (mlt) Centímetros cúbicos (cm3) 1 Litros (lt) Centímetros cúbicos (cm3) 1000 Litos (lt) Metros cúbicos (m3) 10‐3 Litros (mlt) quarts 105.669
Unidades de masa
Para convertir de a Multiplicar por Gramos (gr) Miligramos (mg) 64.799 Libras (lb) Gramos (gr) 453.59 Libras (lb) Toneladas 4.46*10‐4 Kilogramo (kg) Libra (lb) 2.205 Onzas (oz) Gramos (gr) 1.7718 Libras (lb) Métricas (tm) 4.535*10‐4 Gramos (gr) Onzas (oz) 0.56439 Gramos (gr) Masa atómica (umas) 6.023*1023 Toneladas Kilogramos (kg) 10.160.416 Toneladas métricas Libras (lb) 2205Unidades de energía
Para convertir de a Multiplicar por Calorías (cal) Julios (J) 4.186 Calorías (cal) Ergios (erg) 4.148*107 Calorías (cal) Atmósferas‐litro 4.129*10‐2 Calorías (cal) Electronvoltios (eV) 2.612*1019 Calorías (cal) British Termal Units (BTU) 3.9651*10‐3 Ergios (erg) Julios (J) 10‐7 Electronvoltio (eV) Julios (J) 1.602*10‐19 Electronvoltio (eV) Calorías (cal) 3.8621*10‐20 Atmósferas‐litro Calorías (cal) 24.217 Atmósfera‐litro Julios (J) 101.32 Atmósferas‐litro Ergios (erg) 1.60022*10‐12 British Termal Units (BTU) Julios (J) 1055.06 British Termal Units (BTU) Ergios (erg) 1.05506*1010Unidades de longitud
Para convertir de a Multiplicar por Pulgadas (in) yardas (yd) 0.0277 Pulgadas (in) Pies (ft) 0.0833Pulgadas (in) Centímetros (cm) 2.54 Pies (ft) Centímetros (cm) 30.48 Pies (ft) Pulgadas (in) 12 Yardas (yd) Pulgadas (in) 36 Yardas (yd) Metros (m) 0.9144 Millas Kilómetros (km) 1.6093 Metros (m) Centímetros (cm) 100 Metros (m) Pies (ft) 3.281 Metros (m) Yardas (yd) 1.094 Kilómetros (km) Metros (m) 1000 Kilómetros (km) Yardas (yd) 1094 Kilómetros (km) Millas 0.6215
Unidades de superficie
Para convertir de a Multiplicar por Pulgadas cuadradas (si) Centímetros cuadrados (cm2) 64.516 Pulgadas cuadradas (si) Metros cuadrados (m2) 6.4516*10‐4 Pies cuadrados (sf) Metros cuadrados (m2) 0.092903 Pies cuadrados (sf) Centímetros cuadrados (cm2) 929.03 Yardas cuadradas (sy) Metros cuadrados (m2) 0.83613 Yardas cuadradas (sy) Centímetros cuadrados (cm2) 8361.3 Hectáreas Metros cuadrados (m2) 10000 Centímetros cuadrados (cm2) Pulgadas cuadradas 0.155 Metros cuadrados (m2) Pies 10.763915 Metros cuadrados (m2) Yardas 1.195986Material p Kg/m2 Ce KJ/Kg. Material p Kg/m2 Ce KJ/Kg.
Metales Aislantes
Aluminio 2702 0.896 Algodón mineral 250 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Bronce 8000 0.381 Agua 998.2 4.183
Cobre 8933 0.383 Material p Kg/m2 Ce KJ/Kg.
Fundición 7220 0.504 Agua de mar 1040 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hierro 7870 0.452 Aire 1.205 1.005 Latón 8600 0.378 Alcohol 800 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Mercurio 13600 0.138 Arcilla refractaria 1845 1.09 Niquel 9000 0.462 Arena húmeda 1650 2.09 Plata 10500 0.234 Arena seca 1500 0.789 Plomo 11400 0.129 Asfalto 2110 2.09 Zinc 7140 0.394 Azúcar granulada 1600 1.26 Aleaciones Cartón corrugado 215 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Hierro fundido 7272 0.420 Carbón mineral 1400 1.31 Acero inoxidable 7817 0.461 Cemento 1900 1.13 Acero 1%C 7801 0.473 Hielo 920 2.26
CV (HP métrico) 1 178,2 0,73549 745,7 Cal/s 5,613*10‐3 1 4,186*10‐3 4,186 Kw. 1.35962 238,9 1 103 watio 1,341*10‐3 0,2389 10‐3 1
Unidades de Fuerza y Presión
Para convertir de a Multiplicar por Newton(N) Dinas 105 Libras por pulgada cuadrada (psi) Pascales (Pa) 6894.8 Pulgadas de mercurio (in Hg) Pascales (Pa) 3386.4 Pulgadas de agua (in H2O) Pascales (Pa) 249.09Milímetros de mercurio (mm Hg) Torr 1 Milímetros de mercurio (mm Hg) Atmóferas (atm) 1.315*10‐3 Atmósferas (atm) Milimetros de mercurio (mm Hg) 790 Atmósferas (atm) Pascales (Pa) 1.013*105 Atmósferas (atm) Libras por pulgada cuadrada (psi) 14.70 Atmósferas (atm) Bares (bar) 1.013 Bares (bar) Pascales (Pa) 105 Milibares(mbar) Pascales (Pa) 102 Pascales (Pa) Bares (bar) 10‐5 Pascales (Pa) Atmóferas (atm) 9.8716*10‐6 Pascales (Pa) Libras por pulgada cuadrada (psi) 1.4503*10‐4 Pascales (Pa) Milimetros de mercurio (mm Hg) 7.5024*10‐3
Tablas de Transformación de Energía y Potencia
ENERGÍA ERGIO JOULE caloría Kw*h eV
Ergio 1 10‐7 2,389*10‐8 2,778*10‐14 6,242*1011 Joule 107 1 0,2389 2,778*10‐7 6,242*1018 caloría 4,186*107 4,186 1 1,163*10‐6 2,613*1019 Kw*h 3,6*1013 3,6*106 8,601*105 1 2,247*1025 eV 1,602*10‐12 1,602*10‐19 3,827*10‐20 4,450*10‐26 1
Tablas de Transformación de la Presión
PRESIÓN Atm dina/cm2 Mm_Hg N/m2 Kp/cm2
Atm 1 1,013*106 760 1,013*105 1,033 dina/cm2 9,869*10 ‐7 1 7,501*10‐4 0,1 0,102*10‐ 5 Mm_Hg 1,316*10 ‐3 1,333*103 1 133,3 1,36*10‐3 N/m2 9,869*10 ‐6 10 7,501*10‐3 1 0,102*10‐ 4 Kp/cm2 0.968 9,81*105 736 9,81*104 1
Longitudes
Metro Kilómetro Pulgada Pie Yarda Milla
1 0.001 39.3701 3.28084 1.09361 0.00062 1000 1 39370.1 3280.84 1093.61 0.62137 0.0254 0.0000254 1 0.08333 0.02778 0.00002 0.3048 0.00030 12 1 0.33333 0.00019 0.9144 0.00091 36 3 1 0.00057 1609.34 1.60934 63360 5280 1760 1
Masas
Gramo Kilogramo Slug
1 0.001 6.856825*10 1000.00 1 0.068568254 14584.00848 14.58400848 1
Tiempo
Años Días Horas Minutos Segundos
1 365,25 84766 525960,0 31557600.0 2,7379*102 1 24 1440 8400 1,1407712*104 0,04166666666 1 60 3600 1,9012853*106 6,9444444*104 0,01666666667 1 60 3,1688088*108 1,157407*105 2,777778*10 0,01666666667 1 Sustancia Punto de fusión(oC) Calor de fusión(cal/gr) Punto de ebullición (oC) Calor de Vaporización(cal/gr) Agua 0 79.71 100 539.2 Alcohol ‐117 ‐‐‐‐‐ 78 208 Hierro 1539 63.74 2750 1415.85 Cobre 1083 42 2600 1145.89 Aluminio 660 76.80 2400 2261.55 Plomo 328 5.91 1750 203 Mercurio ‐39 2.82 357 69.69