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Del Resorte al Barco: Un Estudio de las Fuerzas en la Naturaleza
Ley de Hooke
Definicion
Esta ley establece que la fuerza elastica que es ejercida por un cuerpo es directamente proporcional a su desformacion
Fórmulas
F: Fuerza elastica(N)
K: constante elastica del resorte (N/m)
El signo (-) indica que la fuerza es opuesta a la deformacion
x: Deformacion respecto a la posicion de equilibrio (m)
Graficos
Aca se ve un gráfico donde la fuerza elástica es proporcional a la deformacion.
Aplicaciones en
Ciencias basicas
Física
Entender el movimiento armónico simple
ondas, péndulos y vibraciones.
Ingenería
Civil
Diseños antisísmicos
estructuras que absorben energía con resortes
mecánica
Diseño de suspensiones de autos, motocicletas y trenes
amortiguadores
resortes
Ley de Stoke
Definición
La ley de Stokes describe la fuerza de resistencia viscosa que experimenta una esfera pequeña y lisa cuando se mueve a baja velocidad en un fluido viscoso.
Fórmula
Fd = fuerza viscosa
r = radio de la esfera
η = viscosidad del fluido
v = velocidad de la esfera
Gráfico
La recta muestra cómo la fuerza viscosa (Fd) aumenta de forma proporcional con la velocidad (v).
Si la velocidad de la esfera en el fluido es el doble, la fuerza de resistencia también se duplica
Aplicaciones en
Ciencias básicas
Sedimentación
Cálculo de la velocidad de caída de partículas en fluidos
Ingienería
Biomedicina
cómo se mueven células o bacterias en líquidos.
Alimentos (Alimentaria)
separar sólidos en líquidos (vino, cerveza, jugos).
Fuerzas mecanicas
Cantidad de movimiento
definición
Es una medida del movimiento de un cuerpo, combina su masa y su velocidad
Fórmula
m: masa(kg)
v: velocidad(m/s)
p: cantidad de movimiento(kg·m/s)
gráficos
Fuerza vs Tiempo
se ve un pulso corto como un golpe, el área bajo esa curva es el impulso.
Impulso acumulado vs Tiempo
empieza en 0 y va aumentando a medida que actúa la fuerza, hasta quedar constante cuando la fuerza desaparece.
Impuslo de una fuerza
Definición
El impulso es el efecto total de una fuerza actuando durante un cierto tiempo.
Si la fuerza es muy grande pero dura poco tiempo, el impulso puede ser pequeño.
Si la fuerza es moderada pero dura mucho, el impulso puede ser grande.
Fórmula
Fuerza aplicada (en Newtons, N)
Δt → Intervalo de tiempo durante el cual actúa la fuerza (en segundos, s).
Impulso (en Newton·segundos, N·s).
Aplicaciones en
Ciencias básicas
Física
Se estudian choques elásticos e inelásticos entre cuerpos
En un sistema aislado, la cantidad de movimiento se conserva, lo que permite predecir velocidades finales tras un choque.
Ingeneria
Civil
Vehículos
Se busca distribuir el impulso en mayor tiempo, reduciendo la fuerza que llega a la estructura.
Mecánica
Airbags
No cambia el impulso total (porque la cabeza igual se detiene), pero sí distribuye ese impulso en más tiempo, lo que disminuye la fuerza.
Flotabilidad (Fb) – Principio de Arquímedes
Principio de Arquímedes
“Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.”
Definicion
Es la fuerza ascendente que un fluido ejerce sobre un cuerpo sumergido, debido al desplazamiento del fluido.
Formula
Donde
g=Gravedad
P=Densidad
V=Volumen de fluido dezplazado
Aplicaciones
Hidráulica y diseño de boyas
Globos aerostáticos
Flotación de barcos y submarinos
Fuerza centrípeta (Fc)
Definición
Es la fuerza que mantiene a un objeto en movimiento circular, siempre dirigida hacia el centro de la trayectoria.
Fórmulas
m=masa
v=velocidad tangencial
r=radio de la trayectoría
Aplicaciones
Lavadoras centrífugas
Juegos mecánicos (ruedas, montañas rusas)
Curvas en carreteras
Movimiento de planetas y satélites