• Author / Uploaded
• Araceli Huamani Sarmiento

• Categories
• Fuerza
• Las leyes del movimiento de Newton
• Movimiento (física)
• Gravedad
• Isaac Newton

Citation preview

PROYECTO: MONTAÑA RUSA

RESUMEN El siguiente trabajo de investigación voluntario que hemos elegido está dividido en dos sesiones. La primera será una clase teórica en la que se explicarán las leyes de Newton, algunos conceptos de física. La segunda sesión consistirá en dar más información sobre la elaboración de nuestra maqueta su procedimiento, materiales y su explicación frente al tema escogido.

1. INTRODUCCIÓN En la actualidad los alumnos de primer año de ingenierías en la Universidad Nacional de San Agustín, que por primera vez llevan el curso de “FISICA” o alguno similar, piensan erróneamente que el curso ya mencionado es parecido al curso de matemática ,que es llevado en colegios o escuelas con fórmulas y cálculos. Sin embrago “LA FISICA” no se trata solo de fórmulas, la física demuestra por qué se dan las cosas, como se originan y cuál es su sustento teórico. Por ende los objetivos de esta investigación son: analizar y comprender los conceptos físicos (Las leyes de Newton) lo cual ejemplificamos con uno de los juegos mecánicos más conocido, que es: “La Montaña Rusa” empezaremos con conceptos, bibliografía del científico y después con nuestro proyecto lo cual nos muestra que FISICA está relacionada con los sucesos que presenciamos en nuestra vida diaria .En este proyecto mostraremos y explicaremos claramente la relación entre lo que vemos diariamente y la Física.

2. PROBLEMA Las leyes de newton, tambien conocidas como las leyes del movimiento por teoria sabemos que son tres principios que explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinamica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos, pero ¿realmente estas leyes del movimiento se aplican en casos reales? esta interrogante se ira respondiendo en el trancurso del experimento llegando asi a una solucion

3. MARCO TEÓRICO 3.1 Isaac Newton Isaac Newton nació de forma prematura el 4 de enero de 1643 en el seno de una familia campesina en Woolsthorpe Manor, una pequeña aldea del condado de Lincolnshire, Inglaterra.Tuvo una infancia complicada. Tres meses antes de su nacimiento su padre murió y a los tres años su madre lo dejó a cargo de sus abuelos ante la negativa de su nuevo marido a criar un hijastro. Newton no regresaría a su aldea natal hasta la muerte de su padrastro en 1653

Durante su infancia y juventud fue un niño introvertido, de pocas amistades y con poco interés por sus estudios, si bien no falto de inteligencia, curiosidad e imaginaciónA los 12 años comenzó a cursar sus estudios elementales en la escuela primaria de Grantham. En 1661, a los 18 años de edad, ingresó en el Trinity College de la Universidad de Cambridge para estudiar matemáticas bajo la tutela de Isaac Barrow. Tras su graduación (cuatro años más tarde), Newton acabaría dedicándose por completo al estudio de las matemáticas y la filosofía natural realizando descubrimientos trascendentales en el campo del cálculo (con el desarrollo del cálculo integral y diferencial, entre otros hallazgos), la física (describiendo las leyes que explican el movimiento de los cuerpos macroscópicos) y la óptica (con su teoría de los colores).

De todos sus estudios y descubrimientos, destaca su obra “Principios matemáticos de la filosofía natural” (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), publicada en 1687, en la que sentó las bases de la física moderna y la ingeniería a través de sus leyes del movimiento y la teoría de la gravedad, marcando un antes y un después en la historia de la ciencia (hoy en día sigue siendo ampliamente considerada como la obra más influyente de la historia de la física).

PÁGINA 1

«Newton fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado dado que sólo se puede encontrar una vez un sistema que rija el mundo» Finalmente, tras una larga vida volcada al desarrollo de la ciencia y la comprensión del universo, Newton fallecería el 31 de marzo de 1727 (84 años) en Londres tras una disfunción renal mientras dormía. Ocho días más tarde, el 8 de abril de 1727, recibió el honor de ser el primer científico enterrado en la Abadía de Westminster. «No sé cómo puedo ser visto por el mundo, pero en mi opinión, me he comportado como un niño que juega al borde del mar, y que se divierte buscando de cuando en cuando una piedra más pulida y una concha más bonita de lo normal, mientras que el gran océano de la verdad se exponía ante mí completamente desconocido».

3.2

Descubrimiento de las leyes del movimiento

Sir Isaac Newton fue un matemático y estudioso físico que ha transformado el mundo de la ciencia. En 1666, Sir Isaac Newton desarrolló las teorías de la gravitación, cuando tenía sólo 23 años. Luego, en 1686, presentó tres leyes del movimiento de la "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica". Se cree que comenzó a estudiar los efectos de la gravedad después de ver caer una manzana. ¿Por qué caer, y lo que determina la velocidad con la que cae? Se cree que este incidente, así como su curiosidad para ver las estrellas y los planetas superiores, sin caer al suelo, le llevaron a desarrollar las leyes del movimiento.

¿Por qué era importante el descubrimiento de Newton? Utilizamos las leyes del movimiento de Newton para explicar los diversos movimientos y reacciones que vemos en la Tierra y en el espacio. Sus hallazgos son importantes porque ayudaron a definir las reglas de la física y contribuyeron al desarrollo de muchas tecnologías modernas, incluyendo aviones de aire y el desarrollo de cohetes y naves espaciales. Sus descubrimientos también fueron hechas por los físicos para más de 300 años, y se han convertido en las principales teorías de los estudios de la física moderna.

3.3

Leyes de Newton PÁGINA 2

En sus Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias (1638), Galileo había logrado explicar el movimiento de caída de los cuerpos y la trayectoria de los proyectiles utilizando métodos matemáticos. Invalidando las meras especulaciones aristotélicas sobre el movimiento, Galileo acababa de fundar sobre bases científicas y experimentales la moderna cinemática, es decir, la parte de la mecánica que describe el movimiento de los cuerpos independientemente de las fuerzas que lo producen. Partiendo de sus estudios, Newton desarrolló la dinámica, ciencia que trata de las relaciones entre las fuerzas y los movimientos que éstas originan. En la segunda sección de los Principios matemáticos de la filosofía natural (1687), publicados por la insistencia (y con la financiación) de su gran amigo y astrónomo Edmond Halley, Newton estableció, tras una serie de definiciones, los tres «axiomas o leyes del movimiento».

La primera es la Ley de la inercia: un cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme de forma indefinida si sobre él no actúa ninguna fuerza. La segunda es conocida como la Ley fundamental de la dinámica: la aceleración que produce una fuerza en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a su masa; la expresión F = m·a es la formulación matemática de esta ley. Por último, la Ley de acción y reacción establece que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), el otro ejerce exactamente la misma fuerza, pero en sentido contrario, sobre el primero (reacción). Las leyes de Newton expresan la relación entre movimientos y fuerzas. Una manera de definir la idea de fuerza es como empuje o atracción; si se empuja una pieza de madera sobre la superficie de una mesa, se ejerce una fuerza sobre la pieza; sin embargo, la formulación de Newton posee la ventaja de ofrecer una definición más precisa del concepto de fuerza. «Todos los cuerpos perseveran en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas». Conforme a esta ley, un cuerpo móvil mantiene su movimiento rectilíneo uniforme (o sea, a velocidad constante) mientras ninguna fuerza externa actúe sobre él. Así, una flecha se moverá en la dirección del disparo con su velocidad original mientras ninguna fuerza externa actúe sobre ella. En la superficie de la Tierra, sin embargo, hay dos fuerzas que actúan sobre la flecha: el rozamiento del aire y la gravedad. Por ello, a medida que se mueva, la flecha irá más despacio; el roce con las moléculas del aire que atraviesa le harán perder rapidez. Además, a causa de la fuerza gravitatoria, la trayectoria seguida por la flecha se irá inclinando hacia el suelo. Si el disparo se hubiese realizado en el vacío casi perfecto del espacio exterior, la flecha habría seguido moviéndose siempre en la misma dirección y a igual velocidad. Sin la PÁGINA 3

presencia del aire y fuera del alcance de la atracción gravitatoria terrestre, el movimiento de la flecha no habría experimentado variación.

Segunda ley de Newton o Ley fundamental de la dinámica

La dinámica es la parte de la mecánica que estudia las relaciones entre las fuerzas y los movimientos; la segunda ley de Newton establece de manera definida la proporcionalidad de la relación entre fuerza y aceleración del movimiento, y por esta razón es llamada Ley o Principio fundamental de la dinámica: «El cambio de movimiento [la aceleración] es proporcional a la fuerza motriz impresa, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza».

La expresión matemática de esta ley es F = m·a, donde F representa la fuerza ejercida sobre un cuerpo, m es la masa del cuerpo y a es la aceleración que se le imprime. Es decir, la aceleración que produce una fuerza en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a su masa. Al golpear un balón con una fuerza determinada, éste adquiere cierta aceleración; si la fuerza del golpe se duplica, la aceleración adquirida por el balón también se multiplica por dos. Si se aplica la misma fuerza sobre un balón muy liviano y sobre otro mucho más pesado, el primero adquirirá mayor aceleración que el segundo

Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción

La tercera ley de Newton es también llamada Ley o Principio de acción y reacción: «Para toda acción hay siempre una reacción opuesta e igual. Las acciones recíprocas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y dirigidas en sentido opuesto».

Dicho de otro modo, cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), el segundo ejerce una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario, sobre el primero (reacción). Un camión arrastra un remolque con una fuerza de la misma intensidad con la que el remolque tira hacia atrás de él; al soltar el remolque, el camión se acelera. Un cañón o una escopeta retroceden bruscamente al ser disparados. Sentimos ese mismo «retroceso» cuando, dentro de una piscina, empujamos a alguien, aunque esa persona no se resista ni nos empuje a nosotros.

PÁGINA 4

El funcionamiento de un cohete ilustra de manera sencilla el significado de esta ley. Un cohete consiste simplemente en un cilindro, abierto por un extremo y cerrado por el otro, en cuyo interior arde un combustible; los gases calientes, formados como consecuencia de la combustión, escapan por el extremo abierto. La salida de los gases en una dirección puede considerarse la acción; la tercera ley establece que esta acción ha de ser contrarrestada por una reacción, de igual magnitud y de dirección opuesta. La reacción es la responsable del movimiento del cohete en dirección opuesta a la dirección de escape de los gases; es decir, mientras los gases escapan del cohete dirigidos hacia atrás (acción), el cohete se mueve hacia adelante (reacción).

Ley de gravitación universal

Partiendo de la segunda ley o principio fundamental de la dinámica y de las leyes del astrónomo alemán Johannes Kepler sobre las órbitas de los planetas, Newton dedujo la Ley de gravitación universal, cuyo enunciado afirma que dos cuerpos cualesquiera se atraen recíprocamente con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se expresa así: F = G (m1 · m2 / d2). En esta formulación, F es la fuerza de la gravedad, m1 y m2 son las respectivas masas de los cuerpos y d la distancia entre ellos. La magnitud obtenida debe multiplicarse por G, constante gravitatoria que tiene un valor muy pequeño (6,67 × 10-11). De ahí que la atracción no sea perceptible entre los objetos de la vida cotidiana; es preciso que al menos uno de los cuerpos tenga una masa ingente, como es el caso del nuestro planeta (5,974 × 1024 kg). La gravedad, por consiguiente, es una atracción recíproca o una vía de dos sentidos entre dos cuerpos. Una piedra cae al suelo porque la fuerza de la gravedad terrestre la atrae hacia abajo (la masa de la Tierra es muchísimo mayor que la masa de la piedra). La piedra también ejerce una atracción sobre la Tierra, pero tan pequeña que carece de efecto. Sin embargo, cuando dos cuerpos de gran masa tienen tamaños más semejantes, esta doble atracción resulta más notoria. Con la Ley de gravitación universal, Newton mostró que todos los cuerpos, próximos o lejanos, están sujetos a las mismas leyes, y que tales leyes pueden demostrarse en términos matemáticos con una única teoría que permite explicar y predecir tanto los movimientos en la superficie de nuestro planeta como las órbitas de los astros; la grandeza de su genio reside precisamente en este admirable logro: la unificación de la física terrestre y la mecánica celeste.

PÁGINA 5

Dentro de la física newtoniana es preciso destacar : el espacio y el tiempo se definen como entidades absolutas, sin relación con ningún objeto externo. La dinámica de Newton define un único sistema de referencia para el reposo y el movimiento que no está en relación con ningún cuerpo, y el tiempo no se define por ningún proceso físico. Esta concepción imperó en el pensamiento científico moderno hasta que, a principios del siglo XX, Einstein formuló la teoría de la relatividad.

4. OBJETIVOS 4.1

Obejetivos generales investigacion

y

especificos

de

la

El objetivo del proyecto es analizar y comprender los conceptos fisicos que involucra este proyecto. Objetivos específicos:    

.Construir la montaña rusa. Establecer los mecanismos que deben existir entre lass canicas y los rieles por los cuales debe deslizarse Establecer los principios que regulan el movimiento), el cambio en el tiempo y sus causas (dinámica) de la montaña rusa (cinemática). Entender los términos o conceptos de cinemática, dinámica, para poder identificarlos con mayor facilidad en nuestra vida cotidiana.

MONTAÑA RUSA

Es una atracción diseñada para divertirse, común en parques temáticos y ferias, que es impulsada por un sistema de rieles, sin embargo, tiene un extenso fundamento físico que le ayudan a realizar su trayectoria correctamente ahora explicaremos los materiales y elaboración de lamontaña rusa cacer aque hicimos .

PÁGINA 6

5. MATERIALES Y ELABORACIÓN 5.1 Materiales 

ESCENCIALES



COMPLEMENTOS  silicona  cinta pequeña  super blue  grapas  alicate punta  cortadora  lapiz  tijera 5.2

           

1m de mallas 1 caja de jarabe 2 cajas medianas 10 hojas de papel periódico alambres 3 planchas decarton de 50x 70 cuerda 2 cartnes pequeños en forma de circulo 1 chapita de botella palitos de anticucho mondadientes 5 cuentas

Metodo para realizacion del proyecto

A. Coger los 3 cartones y cortar una medida de 50x 70cm luego pegarlos hasta que queden unidos para haci tener una base dura B. Coger 2 hojas unidas del papel periódico y envolverlo desde una esquina de la hoja apretando para que se haga duro, luego cellarlo con cinta pequeña , rellenarlo con mondadientes y con palitos de anticucho C. En una esquina a 4 cm hacer un agujero con la punta de una lápiz luego en ese agujero colocar el papel periodico enrollado, por la parte de abajo poner con silicona para que no se pueda mover D. Coger el metro de malla y cortar dejando dos cuadrados de ancho repetir la acción hasta obtener nueve tiras E. Luego con ayuda de la esquina de una madera doblar las mayas en forma de “V” al acabar las nueve filas ,con los dedos apretar hasta que la cuenta solo se traslade por los laterales y hacer lo PÁGINA 7

F. G. H. I. J.

mismo con los demás listones de malla y al final comprobarlo con la cuenta A las mayas ya trabajadas crear las vueltas , bajadas ,etc….(según criterio) Piesarlo modificando y probando con la cuenta hasta que funcione bien También hacer barios papeles enrollados para sostener partes de los rieles que estén inestables y que lo requieran Cortas las cajas mmedianas y formar una cabina con los cartones redondos y la chapa hacer un agujero en el medio de los tres objetos luego pegarlos y haci formar una polea Decorar con pinturas papeles al estilo propio.

6. DIFICULTADES    

Problemas a la hora de comprar la malla adecuada, la malla deseada no la conseguimos La malla debido a que sus uniones no estuvieron soldadas fue un poco difícil doblarlas y cortarlas Al doblar las mallas era complicado porque se rompía La velocidad adquirida por la cuenta debido a la altura muchas veces no era suficiente para que esta hiciera los giros que compone todo el circuito, por lo cual , fue necesario hacer muchas pruebas con diferentes objetos redondos ( las cuentas y las canicas) y probar cambiando los movimientos de la pista.

7. RESULTADO Al terminar la maqueta soltamos desde la parte más alta una cuenta y vimos que la velocidad aumentaba cuando había una pendiente lo cual permitía que de vueltas cuando seguía el recorrido lego a la primera parte final la cual conducía a la cabina del ascensor manual lo cual lo subimos a una altura alta lo cual siguió con su recorrido cuando llegaba a la segunda parte final había un cartón lo cual por la velocidad la cuenta se detuvo

EXPLICACION DE LA MAQUETA RELACIONADA CON LAS LEYES DE NEWTON

1° LEY INERCIA

un objeto no se moverá a menos que una fuerza externa lo mueva, un objeto no se va a parar a menos que una fuerza externa actué sobre él y lo detenga PÁGINA 8

Esta ley podemos ver en los siguientes insatantes:

 inicio: cuando la canica esta en reposo pero hay una fuerza externa en este caso la mano que cambia su estado  1°final: cuando la cuenta llega al 1° tramo final hay una fuerza en este caso la cabina que cambia el estado de movimientode la cuenta

2° LEY ACELERACION O FUERZA Cuando se aplicauna fuerza a un objeto, este acelera. Dicha acelracion es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve

3° LEY CONSECUENCIA A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud en la misma dirección pero en sentido contrario  Todo lo que sube baja y ene ele recorrido las fuerzas aplicadas tieen una reacción de igual magnitud  tramo 2° final: observamos que cuando llega al final de todo el recorrido la cuenta choca con un carton como va a una velocidad acelerada golpea con una fuerza lo cual resive la reacción de la fuerza con la que golpeo y eso hace que retroceda la canica

LA FRICCION : en la montaña rusa, la friccion se ´resenta entre los rieles, el carro y el aire, principalmente. Por ello es que la fuerza de impulso de carro debe ser mayor a la fuerza de friccion para asi lograr venserla

8. CONCLUSIONES La construccion de la montaña rusa de Newton se cumplió con éxito,demostrandonos las 3 leyes de newton en diferentes partes de la maqueta.

Así todas las integrantes del grupo comprendimos que la física esta presente en nuestra vida diaria y más aún Las Leyes de Newton .

PÁGINA 9

9. BIBLIOGRAFÍA 

Construyendo una montaña rusa.conclusion.01_06_17hensmaria2.blogspot,pe



Montaña rusa .02_06_17pgarcia estaire.blogspot.pe



Montaña rusa newton.fin 20_05_17.allison cevallos www.academia.edu



Isaac Newton .las leyes de newton 28_05_17 www.biografíasyvidas.com



Descubrimiento de las leyes de Newton 25_05_17.¡comoisaacnewtondescubriolas leyes del movimiento?bueno_saber.com

PÁGINA 10