Fundamentos de la Física: Movimiento Circular, Leyes de Newton, Energía y Trabajo

Movimiento Circular Uniforme (MCU)

En el MCU, un móvil describe una trayectoria circular, recorriendo arcos iguales en tiempos iguales. La velocidad (v→) cambia en dirección y sentido, pero su módulo (|v→|) permanece constante.

Conceptos Clave

• Velocidad Angular (ω): Es el cociente entre el ángulo recorrido y el tiempo empleado.
• Periodo (T): Es el tiempo invertido en una vuelta o revolución.
• Frecuencia (f): Es el número de revoluciones u oscilaciones en 1 segundo.

Fuerza y Leyes de Newton

Definición de fuerza: Toda causa capaz de alterar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo, o de deformarlo.

Leyes de Newton

• 1ª Ley (Ley de la Inercia): Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o si la resultante de todas las fuerzas es nula, la velocidad (v→) no varía. Sin la acción de una fuerza resultante, un cuerpo en reposo se mantendrá en reposo, y un cuerpo en movimiento seguirá moviéndose.
• 2ª Ley (Ley Fundamental de la Dinámica): La masa, la aceleración y la intensidad de la fuerza se relacionan de este modo: ΣF = m x a. A mayor masa, menor aceleración; a mayor fuerza, mayor aceleración.
• 3ª Ley (Principio de Acción y Reacción): Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza de la misma intensidad, pero en sentido contrario, sobre el primero. (Toda acción tiene una reacción. Acción y reacción no se cancelan, y tienen efectos distintos).

Tipos de Fuerza

• Peso (P): Fuerza de la gravedad con la que un astro atrae a un cuerpo.
• Fuerza Normal (N): Fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado en ella, y es siempre perpendicular a la superficie.
• Fuerza de Rozamiento (Fr): Fuerza opuesta al movimiento que aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos. (Siempre opuesta al movimiento, no depende del área de contacto, y depende de la naturaleza de las superficies).

Energía y Trabajo

Energía: Es una propiedad de los sistemas relacionada con su capacidad de cambiar o producir cambios en otros sistemas.

Tipos de Energía

• Energía Cinética (Ec): Es la que poseen los cuerpos en movimiento. Depende de la masa (m) y la velocidad (v).
• Energía Potencial (Ep): Es la energía que adquiere un cuerpo debido a su altura sobre una superficie terrestre.

Trabajo

Trabajo (W): Producto del módulo de la fuerza realizada sobre un cuerpo por el espacio recorrido por el coseno del ángulo.

Principios y Relaciones

• Principio de Conservación de la Energía Mecánica: En ausencia de fuerzas externas, la energía mecánica de un sistema permanece constante.
• Relación entre Trabajo y Energía Cinética: El trabajo realizado es igual a la variación de la energía cinética.
• Relación entre Trabajo y Energía Potencial: El trabajo realizado es igual a la variación de la energía potencial.

Fórmulas y Unidades (MCU y Dinámica)

• Masa: Siempre en kg.
• Velocidad: m/s.
• Aceleración: m/s².
• Conversión: 2500 rpm = (2500 rev / 1 min) * (1 min / 60 s) * (2π rad / 1 rev)

Velocidad Angular (ω)

ω (radianes/s) = Δθ / Δt (ángulo recorrido / tiempo)

Velocidad Lineal (v)

v = ω x R (m/s)

Periodo (T)

T = 2π / ω (segundos)

Frecuencia (f)

f = 1 / T (Hz)

Dinámica: Ejes y Fuerzas

Eje Y

N - P = 0 => N = P = m x g

Eje X

ΣF = m x a => Ffavor - Fcontra = m x a => Ffavor - μ x m x g = m x a

F = m x a

Trabajo y Energía: Fórmulas

Trabajo (W)

W = F x Δx x cos(θ)

Energía Potencial (Ep)

Ep = m x g x h

Energía Cinética (Ec)

Ec = 1/2 x m x v² (El resultado es en Julios)