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Ciencia que estudia los conceptos fundamentales de la materia, energía, tiempo y la relación entre ellos. La física se ocupa de todos los cuerpos y objetos físicos y de las interacciones entre ellos. DIVISIÓN DE LA FÍSICA PARA SU ESTUDIO: • Estática: Estudia los cuerpos en equilibrio. • Cinemática: Estudia el movimiento de los cuerpos sin atender sus causas. • Dinámica: Estudia las causas del movimiento. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 2 Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 3 • Espacio: Es el lugar que ocupan los cuerpos. • Materia: Es todo aquello de lo que están hechos los cuerpo u objetos físicos. • Tiempo: Es aquello que viene dado por los cambios que sufren los cuerpos. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 4 • Magnitudes: Son las propiedades de los cuerpos o de las interacciones que pueden ser medidas. Las Magnitudes pueden ser fundamentales y derivadas. Concepto Fundamental Magnitud Fundamental Espacio Longitud Materia Masa Tiempo Intervalo de tiempo Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 5 Medir: Es realizar una comparación entre una cantidad física y un patrón. Tipos de mediciones: • Directa.− Son las que al utilizar el instrumento de medición y compararlo con lo que queremos medir queda bien definida. • · Indirecta.− Son las que para quedar bien definidas requieren la realización de cálculos. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 6 • EL metro es la longitud recorrida en el vacio por un rayo de luz en 1/29972945 segundos. • El kilogramo masa es la masa de un bloque de platino-rigido que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París. • El Segundo es el tiempo 9.192.631 veces la duración del período de vibración de un átomo de cesio 133. Magnitud Fundamental Unidad o Patrón de Medida Longitud Metro (m) Masa Kilogramo (kg) Intervalo de tiempo Segundo (s) Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 7 Sistema de Unidades: Es un conjunto de unidades que permiten medir cualquier magnitud física. En un sistema de unidades se definen las unidades fundamentales que sean necesarias para expresar las demás. Ejemplo: Longitud m (metro) y Velocidad m/s Sistemas de Unidades CGS, MKS e Internacional • Sistema CGS: Centímetro, gramo, segundo. • Sistema MKS: Metro, kilogramo, segundo. • Sistema Internacional de Unidades: Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 8 •Sistema Internacional de Unidades: MAGNITUD FÍSICA Nombre UNIDAD Símbolo Nombre Símbolo Longitud L Metro m Masa M Kilogramo kg Tiempo T Segundo s kelvin K Ampere A Temperatura Intensidad de Corriente I Cantidad de la Sustancia CS(n) Mol Prof. Mba. Ing. Raúl Chang mol 9 • Sistema Físico: Es el conjunto de los cuerpos que actúan aisladamente. • Fenómeno Físico: Es todo cambio que se produce en la naturaleza. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 10 La mecánica es una ciencia física en donde consiste la fuerza de acción en un cuerpo material y el movimiento de tales cuerpos. Uno de los mayores intereses de la Ingeniería mecánica es el estudio de los cuerpos y los efectos de las fuerzas externas de las cuales actúan en el. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 11 Es una ciencia aplicada, el propósito de la mecánica es explicar los fenómenos físicos y proporcionar las bases para las aplicaciones de la ingeniería mecánica. Mecánica: Ciencia Aplicada Incomprensible Estudio Extremo de los Fluidos Hidráulica Dinámica Comprensible: Mecánica de los Cuerpos Rígidos Cuerpos en movimiento y en reposo Estática Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 12 Mecánica. de los cuerpos rígidos. DIVISION DE LA MECANICA Mecánica. de los cuerpos deformables. Mecánica. de los fluidos. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 13 Los 4 conceptos básicos utilizados en la mecánica Fuerza: Masa: Espacio: Tiempo: La fuerza representa la acción de un cuerpo sobre otro cuerpo, puede ser ejercida por contacto físico o distancia. Una fuerza se caracteriza por su punto de aplicación, magnitud y su dirección y se representa por un vector. Este término se utiliza para dar carácter y comparar los cuerpos. El espacio se asocia con la noción de la posición de un punto X. La posición de X puede ser definida por tres longitudes medidas desde un punto de origen. Duración de las cosas sujetas a mutación. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 14 * La partícula es una cantidad casi insignificante de materia, que ocupa un solo punto en el espacio. Un cuerpo rígido está formado por un gran número de partículas que ocupan posiciones fijas entre sí. Partícula: Posee masa pero tiene un tamaño que es despreciable. Cuerpo rígido: Puede considerarse como una combinación de un gran número de partículas donde todas éstas permanecen a una distancia fija. Fuerza concentrada: Representa el efecto de una carga que se supone actúa en cierto punto de un cuerpo. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 15 El estudio de la mecánica se remonta a los tiempos de Aristóteles y Arquímides De lo cual fue necesario esperar hasta Newton (1642-1727) para encontrar una formulación satisfactoria de sus principios fundamentales. Estos principios fueron más tarde modificados por D' Alembert, Lagrange y Hamilton. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang Su validez permaneció sin discusión hasta que Einstein formuló su teoría de la relatividad esto siendo en el año de1905. 16 Ley del paralelogramo para las sumas de las fuerzas: Esta ley establece que dos fuerzas que actúan sobre una partícula puede ser reemplazadas por una sola, llamada resultante, dada por la diagonal del paralelogramo que tiene lados iguales a las fuerzas dadas. El estudio de la estática de las partículas, se fundamentaba en la ley del paralelogramo para la suma en la primera ley de Newton únicamente. Principio de Transmisibilidad: Establece que las condiciones de equilibrio o de movimiento de un cuerpo rígido permanecerán inmodificables una fuerza que actúa en un punto dado del cuerpo rígido es reemplazada por otra de la misma magnitud e igual dirección, pero que actúa en un punto diferente con la condición que las dos fuerzas tengan la misma línea de acción. Ley de la gravitación de Newton: Establece que dos partículas de masa M y m se atraen mutuamente con fuerzas iguales y opuestas F y -F de magnitud F dado por la fórmula. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 17 Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 18 Las tres leyes fundamentales de Newton: Formuladas por Issac Newton al final del siglo XVII. 1ra ley: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es cero, la partícula permanecerá en reposo ( si originalmente estaban en reposo) o se moverá con rapidez constante en línea recta ( si originalmente estaba en movimiento). 2da ley: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es diferente a cero, la partícula adquirirá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de esta fuerza resultante. 3ra ley: Las fuerzas de acción y reacción entre cuerpos en contacto tienen la misma magnitud, la misma línea de acción y sentidos opuestos. Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 19 Una partícula originalmente en reposo, o que se mueva en línea recta con velocidad constante, tiende a permanecer en este estado siempre que la partícula no se someta a una fuerza no balanceada. F2 F1 V F3 EQUILIBRIO Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 20 Una partícula sobre la que actúa una fuerza no balanceada F experimenta una aceleración a que tiene la misma dirección y una magnitud directamente proporcional a la fuerza. F = ma a F Movimiento de Aceleración Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 21 Las fuerzas mutuas de acción y reacción entre dos partículas son iguales, opuestas y colineales. Fuerza de A en B F F Fuerza de B en A Acción - Reacción Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 22 Prof. Mba. Ing. Raúl Chang 23