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Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica y de Investigación Ejercicios Asignados para desarrollar el trabajo colaborativo de la unidad 2, correspondiente a la tarea 2 del curso de Física General de la UNAD.
1. Descripción general del curso Escuela o Unidad Académica
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería
Nivel de formación Profesional Campo de Formación Formación interdisciplinar básica común Nombre del curso Física General Código del curso 100413 Tipo de curso Metodológico Habilitable Si No X Número de créditos 3
2. Descripción de la actividad. Tarea 2- Dinámica y energía.
UNIDAD No 2: Dinámica y energía.
Tipo de actividad:
Individual X Colaborativa X Número de semanas
Momento de la evaluación:
Inicial Intermedia, unidad:
X Final
Peso evaluativo de la actividad: 75 puntos
Entorno de entrega de actividad: Seguimiento y evaluación del aprendizaje Fecha de inicio de la actividad: viernes, 4 de octubre de 2019
Fecha de cierre de la actividad: jueves, 31 de octubre de 2019
Competencia a desarrollar: El estudiante aplica las leyes de movimiento de Newton y el concepto de trabajo en la resolución de ejercicios. Temáticas a desarrollar: Las leyes de movimiento y sus aplicaciones (Sin fricción), Segunda ley de Newton (fuerzas de fricción), trabajo, potencia y energía.
3. Asignación de ejercicios de la unidad 2:
Tutor virtual asignado: Ejercicios asignados Nombres y apellido del estudiante Grupo No Estudiante No 1 VICTOR DUVAN BARRERA
Estudiante No 2 JULY ANDREA CADAVID Estudiante No 3 ANGIE TATIANA GARCIA Estudiante No 4 DIANA CAROLINA GARCIA Estudiante No 5 JUAN ALEXEI TOLOZA Tabla SEQ Tabla * ARABIC 1. Nombres y apellidos de los estudiantes y No de grupo.
El desarrollo de los ejercicios se realiza en el numeral 4, Enunciados y desarrollo de los ejercicios de la tarea 2 de la unidad 2 “Dinámica y energía” del presente documento.
Cada estudiante presenta en el foro los aportes, dudas y desarrollo del ejercicio colaborativo y de los ejercicios individuales asignados y participa en la consolidación del informe final, según como se presenta en la siguiente tabla 2:
Ejercicio Fecha en la que debe ser presentado: Colaborativo de la unidad 2 (Simulador) Del 04 al 10 de octubre de 2019. “leyes de movimiento y sus aplicaciones (Sin fricción)”
Del 11 al 16 de octubre de 2019.
Segunda ley de Newton (fuerzas de fricción)
Del 17 al 22 de octubre de 2019.
Trabajo, potencia y energía Del 23 al 28 de octubre de 2019. Consolidación del informe final Del 29 al 31 de octubre de 2019. Tabla SEQ Tabla * ARABIC 2. Cronograma de entrega de aportes en el foro colaborativo de la unidad.
4. Enunciados y desarrollo de los ejercicios de la tarea 2 de la unidad 2 “Dinámica y energía”
A continuación, se presentan el ejercicio colaborativo y la lista de ejercicios individuales asignados por el tutor (Según la tabla 1) a cada uno de los estudiantes que conforman el grupo colaborativo.
Ejercicio Colaborativo de la unidad 2 “Dinámica y energía:
El desarrollo del ejercicio colaborativo consiste la revisión de la lectura “Segunda ley de Newton” y en la presentación en la tabla 7 del enlace de grabación de un vídeo
Figura SEQ Figura * ARABIC 1.Generalidades de la dinámica y las leyes de movimiento de Newton.
Cuando se ve desde un marco de referencia inercial 2 , la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre éste e inversamente proporcional a su masa:
Si se elige una constante de proporcionalidad 1, la masa inercial, aceleración y fuerza se relacionan a través del siguiente enunciado matemático conocido como la segunda ley de Newton o ley de la aceleración:
Donde la fuerza neta () es la suma vectorial de las fuerzas individuales que actúan sobre el cuerpo, siendo cada una de estas junto con la aceleración magnitudes vectoriales, es decir, magnitudes con dirección y sentido. Por lo anterior, la segunda ley de Newton usualmente, se escribe así:
Cuando una fuerza (F) que se aplica a un objeto o sistema físico, esta puede cambiar el estado inicial de movimiento del sistema, o lo que es lo mismo, produce cambios en la velocidad del sistema que pueden ser en la dirección o en la magnitud de la velocidad o en ambas, siendo estos cambios en la velocidad con respecto al tiempo, lo que se conoce en física como la aceleración () del sistema.
Un cuerpo que cae desde el reposo, en las cercanías de la tierra, ejemplifica cambio de magnitud de la velocidad sin alteración de la dirección. El movimiento parabólico de un proyectil ilustra el cambio en magnitud y dirección de la velocidad. El movimiento circular uniforme ilustra el cambio de la dirección solamente (Sepúlveda, 2012 3 ); en todos esos ejemplos, se dice que el sistema está acelerado.
ANÁLISIS DIMENSIONAL
Cuando se encierra entre corchetes rectos las expression de una ley física, se indica que se realizará el análisis dimensional de la expresión, con la cual se busca verificar y en algunos determinar las unidades de medida de alguna cantidad física.
2 Un marco de referencia inercial es aquel en el que se cumplen las leyes de Newton. 3 Alonso Sepúlveda Soto. (2012). Los conceptos de la Física. Evolución histórica 3ª edición Medellín, Colombia: Universidad de Antioquía.
Donde M (Masa), L(Longitud) y T (Tiempo) en el sistema internacional de medidas (S.I.) representan el kilogramo, el metro y el segundo respectivamente, por lo tanto, se tiene que las unidades de medida de la fuerza en el S.I. están determinadas por:
Se tiene entonces que el Newton (N), es la unidad de la fuerza en el sistema internacional, en honor a Isaac Newton 4 (1642-1727)
Método Newtoniano
Para analizar teóricamente el movimiento de un sistema mecánico desde el punto de vista de los agentes que lo producen, se aplica la metodología newtoniana; en este procedimiento es necesario tener en cuenta el siguiente procedimiento:
- Identifique las fuerzas que actúan sobre el sistema y realice el diagrama de cuerpo libre (D.C.L.) para cada una de las masas que conforman el sistema físico, esto significa que se debe realizar un D.C.L. por cada masa del sistema. Sugerencia: se recomienda que uno de los ejes del sistema de referencia (Plano cartesiano), sea paralelo a la dirección del desplazamiento del objeto, con el fin que disminuir la extensión en los cálculos.
- Plantear la segunda ley de Newton para cada una de las masas. NOTA: Se debe plantear la segunda ley de Newton a cada masa de manera independiente para cada eje, esto significa que, si sobre una masa actúan fuerzas sobre dos ejes diferentes, entonces, para cada eje se debe plantear la segunda ley de Newton y, por lo tanto, para esa masa se tendría dos ecuaciones de movimiento, una por cada eje.
- Resolver el sistema de ecuaciones resultante, y finalmente interpretar los resultados.
Trabajo con el simulador “Fuerzas y movimiento”
En las tablas 3 y 5, se describe el proceso que debe realizar cada estudiante en el simulador “Fuerzas y movimiento” de la universidad de colorado. De los dos procesos descritos (tabla 3 y 5), solamente el proceso de la tabla 5 quedará registrado^ en un vídeo que posteriormente debe ser subido a internet por el estudiante y cuyo enlace debe ser incluido en la tabla 7 del presente documento. NOTA: al final de la descripción del proceso se presentan los enlaces de dos tutoriales, el primero de ellos muestra el paso a paso de cómo se utiliza el simulador y segundo explica cómo se genera el enlace de la grabación del video.
4 Físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés (1642-1727) quien realizó significativos aportes en física mecánica, cálculo infinitesimal, luz y óptica entre otras ramas del conocimiento.
tiene dirección hacia abajo. De esto se puede concluir que el peso es proporcional a la masa, por ello si la masa es mayor las Fuerzas aumentan y viceversa.
2 ¿Qué cambios se producen en el movimiento del objeto cuando el objeto se mueve sobre una superficie sin fricción a cuando se mueve sobre otra con fricción?
Pregunta asignada a JULY ANDREA CADAVID
Escriba aquí la respuesta a la pregunta.
3 ¿Qué relaciones de orden (mayor, menor o igual) observó entre los vectores fuerza aplicada y fuerza neta con respecto a la magnitud, dirección y sentido de estos, cuando la superficie no tiene fricción (hielo).
Pregunta asignada a ANGIE TATIANA GARCIA
Escriba aquí la respuesta a la pregunta.
4 ¿Qué relaciones de orden (mayor, menor o igual) observó entre la fuerza aplicada y la fuerza neta con respecto a la magnitud, dirección y sentido de estas fuerzas, cuando la superficie si tiene fricción (madera).
Pregunta asignada al DIANA CAROLINA GARCIA
Escriba aquí la respuesta a la pregunta.
5 ¿Qué relaciones de orden (mayor, menor o igual) entre la fuerza aplicada, la fuerza neta y la fuerza de
Pregunta asignada al JUAN ALEXEI TOLOZA
La relación que existe entre la fuerza normal neta y la
fricción con respecto a la magnitud, dirección y sentido de estas fuerzas, cuando la superficie si tiene fricción (madera).
fricción es que esta se opone al movimiento relativo del cuerpo, la fuerza que se aplica tiende a ser reducido un poco por la magnitud de tal fuerza. La dirección y sentido de la fricción es inversa al movimiento.
Tabla SEQ Tabla * ARABIC 3. Respuestas a las preguntas asignadas- Simulador Fuerzas y movimiento.
En la siguiente tabla, se presentan la información necesaria para hacer la grabación del vídeo solicitado en el desarrollo del ejercicio colaborativo:
Descripción Enlace^ Vídeo explicativo
Enlace página del recurso
Uso del simulador de la universidad de colorado.
https://youtu.be/ZoU1S- YdEl
https://phet.colorado.edu/ es/simulation/legacy/forces- and-motion
Uso del recurso screencast-o- matic para hacer la grabación del vídeo y proceso para generar el enlace del vídeo en línea.
https://youtu.be/QgB- Q7Ic-d
https://screencast-o- matic.com/
Tabla SEQ Tabla * ARABIC 4. Vídeo tutoriales que explican el proceso para generar el enlace de grabación del vídeo.
Aclaraciones sobre la realización del video:
Al inicio de la grabación del vídeo el estudiante se presenta y se muestra en primer plano ante la cámara del computador, durante este primer momento debe presentar su documento de identidad, se recomienda por políticas de la privacidad de la información mostrar solamente sus nombres y apellidos, sin necesidad de presentar el número del documento. En conclusión, mientras se realiza la explicación del ejercicio colaborativo la cámara de su computador debe permanecer como una ventana flotante, de tal manera que el rostro del estudiante sea visible en toda la grabación.
A continuación, se presenta la tabla 5, la cual contiene el proceso que debe hacer cada estudiante en el simular para responder posteriormente las preguntas asignadas en la tabla 6 del presente documento.
Proceso asignado a VICTOR DUVAN BARRERA
- Seleccione la ventana “Gráficas”
- En la opción “Elige objeto” seleccione el Cajón pequeño.
Proceso asignado a ANGIE TATIANA GARCIA
- (^) Seleccione la ventana “Gráficas”
- En la opción “Elige objeto” seleccione el Cajón pequeño.
- Haga clic en la gráfica de “aceleración”
- En el recuadro “Vectores” active las opciones de Fuerza y Fuerza Neta”.
- Haga clic en la opción “playback y coloque el movimiento en lento.
- Por defecto en el recuadro “Fricción” aparece la superficie con madera, déjelo así.
- Coloque la posición del objeto en -6.0 m, para ello digite “-6” en el recuadro de la posición.
- Con el mouse incremente el valor de la fuerza aplicada hasta que el vector Fuerza neta (Color verde) sea levemente visible en el diagrama de fuerzas que aparece sobre el objeto.
- En el recuadro inferior seleccione “GRAB”, inicie el lanzamiento y deténgalo antes de que el objeto golpee el muro y responda las preguntas formuladas para el caso de superficie con fricción (Madera).
- Haga clic en el botón “Reiniciar todo” ; después en el recuadro “Fricción” seleccione la opción “Hielo (sin fricción), repita los procesos de los numerales 2 al 9 y responda las preguntas formuladas para el caso de superficie sin fricción (hielo). Proceso asignado a DIANA CAROLINA GARCIA
- Seleccione la ventana “Gráficas”
- En la opción “Elige objeto” seleccione el Cajón pequeño.
- Haga clic en la gráfica de “Posición”
- En el recuadro “Vectores” active las opciones de Fuerza y Fuerza Neta”.
- Haga clic en la opción “playback y coloque el movimiento en lento.
- Por defecto en el recuadro “Fricción” aparece la superficie con madera, déjelo así.
- Coloque la posición del objeto en -6.0 m, para ello digite “-6” en el recuadro de la posición.
- (^) Con el mouse incremente el valor de la fuerza aplicada hasta que el vector Fuerza neta (Color verde) sea levemente visible en el diagrama de fuerzas que aparece sobre el objeto.
- En el recuadro inferior seleccione “GRAB”, inicie el lanzamiento y deténgalo antes de que el objeto golpee el muro y responda las preguntas formuladas para el caso de
superficie con fricción (Madera).
- Haga clic en el botón “Reiniciar todo” ; después en el recuadro “Fricción” seleccione la opción “Hielo (sin fricción), repita los procesos de los numerales 2 al 9 y responda las preguntas formuladas para el caso de superficie sin fricción (hielo). Proceso asignado a JUAN ALEXEI TOLOZA
- Seleccione la ventana “Gráficas”
- En la opción “Elige objeto” seleccione el Cajón pequeño.
- Haga clic en la gráfica de “aceleración”
- En el recuadro “Vectores” active las opciones de Fuerza y Fuerza Neta”.
- Haga clic en la opción “playback y coloque el movimiento en lento.
- Por defecto en el recuadro “Fricción” aparece la superficie con madera, déjelo así.
- Coloque la posición del objeto en -6.0 m, para ello digite “-6” en el recuadro de la posición.
- Con el mouse incremente el valor de la fuerza aplicada hasta que el vector Fuerza neta (Color verde) sea levemente visible en el diagrama de fuerzas que aparece sobre el objeto.
- En el recuadro inferior seleccione “GRAB”, inicie el lanzamiento y deténgalo antes de que el objeto golpee el muro y responda las preguntas formuladas para el caso de superficie con fricción (Madera).
- Haga clic en el botón “Reiniciar todo” ; después en el recuadro “Fricción” seleccione la opción “Hielo (sin fricción), repita los procesos de los numerales 2 al 9 y responda las preguntas formuladas para el caso de superficie sin fricción (hielo). Tabla SEQ Tabla * ARABIC 5. Proceso asignado a cada estudiante en el simulador.
Con base en el trabajo realizado en el simulador y la revisión de la lectura “Segunda ley de Newton” responda las preguntas asignadas en la tabla 6. NOTA: En el video cada estudiante registra el proceso descrito en la tabla 5.
A continuación, se presenta la tabla 6, la cual contiene el listado de preguntas que cada estudiante debe responder:
Pregunta (s) asignada (s) a VICTOR DUVAN BARRERA Las preguntas 1 a la 4 se responde de manera independiente para la superficie de madera y para la superficie de hielo.
- ¿Cuáles son los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
F (^) neta =31.13 N
s=8.15 m
t≈9.6 s
- Tipo de Gráfica: Parábola cóncava ascendente.
Preguntas 5 y 6
- Tipo de movimiento: Movimiento Uniformemente Acelerado (MUA), donde encontramos velocidad variable y aceleración constante. La posición respecto al tiempo es mayor por cada intervalo igual de tiempo, por ello se evidencia la parábola cóncava ascendente.
- Conclusiones: Para este caso, la fuerza aplicada en el caso de la superficie sin fricción es menor que la que se aplica en el caso de superficie de madera, por ello se evidencia que se tarda más tiempo en desplazarse prácticamente la misma distancia, aunque se desplace en una superficie sin fricción, pues la fuerza aplicada es muy inferior. Por otra parte, como es notorio en una superficie sin fricción la fuerza neta es la misma fuerza aplicada, debido a que no participan más fuerzas que la fuerza aplicada, es por ello que para el ejercicio se requirió de muy poca fuerza aplicada, dado que se estipula que se genere una fuerza aplicada hasta que sea levemente visible la fuerza neta.
Pregunta (s) asignada (s) a JULY ANDREA CADAVID
Las preguntas 1 a la 4 se responde de manera independiente para la superficie de madera y para la superficie de hielo.
- ¿Cuáles son los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- ¿cuál el valor de la fuerza neta y como se obtiene este valor a partir de los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- Determine la pendiente de la gráfica de velocidad contra tiempo. Utilice los botones y para aumentar y reducir la escala de los ejes de la gráfica respectivamente.
- ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo en la relación velocidad contra tiempo?
- ¿Qué tipo de movimiento representa la gráfica de velocidad contra tiempo mostrada en
el simulador? ¿Cuál es el comportamiento de la velocidad del objeto a medida que el tiempo cambia?
- Presente dos conclusiones con respecto a los resultados obtenidos en las preguntas 1 a la 5.
Respuesta(s):
Pregunta (s) asignada (s) a ANGIE TATIANA GARCIA
Las preguntas 1 a la 4 se responde de manera independiente para la superficie de madera y para la superficie de hielo.
- ¿Cuáles son los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- ¿cuál el valor de la fuerza neta y como se obtiene este valor a partir de los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- ¿Cuál es el valor de la aceleración del objeto? Sugerencia: revise el recuadro en la parte izquierda del simulador donde se registra el valor de la aceleración.
- ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo en la relación velocidad contra tiempo?
- ¿Qué tipo de movimiento representa la gráfica de aceleración contra tiempo mostrada en el simulador?
- Presente dos conclusiones con respecto a los resultados obtenidos en las preguntas 1 a la 5.
Respuesta (s):
Pregunta (s) asignada (s) a DIANA CAROLINA GARCIA
Las preguntas 1 a la 4 se responde de manera independiente para la superficie de madera y para la superficie de hielo.
- ¿Cuáles son los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- ¿cuál el valor de la fuerza neta y como se obtiene este valor a partir de los valores de la fuerza aplicada y la fuerza de fricción?
- ¿cuál fue la distancia recorrida y el tiempo utilizado para recorrer esa distancia? Utilice los botones y para aumentar y reducir la escala de los ejes de la gráfica respectivamente.
- ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo en la relación Posición contra tiempo?
- ¿Qué tipo de movimiento representa la gráfica de posición contra tiempo mostrada en el simulador? ¿Cuál es el comportamiento de la posición del objeto a medida que el tiempo cambia?
- Presente dos conclusiones con respecto a los resultados obtenidos en las preguntas 1 a
Ejercicio leyes de movimiento y sus aplicaciones -Sin fricción- (Estudiante No 1)
GRUPO No 172
VICTOR DUVAN BARRERA
En una superficie plana y horizontal de un terreno desolado en el polo norte (sin fricción con el hielo) se colocó un cilindro sólido el 2 de diciembre 2016. El 2 de agosto de 2018, se aprecia que la lata se encuentra ahora a 3,30 x 10 3 metros de la posición original. Sabiendo que la masa de la lata es de 179 libras, un estudiante desea estimar la fuerza del viento.
A. ¿Cuál fue la fuerza promedio en Newton del viento durante el tiempo que duró el experimento? B. ¿Qué inclinación debiera tener el suelo para que sólo la inclinación de éste produjera sobre la lata esta misma fuerza? C. ¿Es válida la conclusión del estudiante, de que el movimiento nos permite estimar la fuerza promedio del viento? Justifique. Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio.
Desarrollo del ejercicio leyes de movimiento y sus aplicaciones -Sin fricción-:
Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio leyes de movimiento y sus aplicaciones -Sin fricción-: A. B. C.
Ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción- (Estudiante No 1)
GRUPO No 172
VICTOR DUVAN BARRERA
Un disco volador (frisbee) está colocado sobre el mantel que cubre una mesa; el centro del mantel está a 3,60 m del borde de la mesa. El mantel se jala repentinamente en forma horizontal con una aceleración constante de 11,0 m/s 2 de tal forma que el frisbee desliza sobre el mantel. El coeficiente de fricción cinético entre el mantel y el disco volador (frisbee) es 8,10.
Figura SEQ Figura * ARABIC 2 Representación esquemática de disco sobre mantel y a su vez sobre la mesa.
Determinar cuando el extremo del mantel pasa bajo el centro del disco volador (frisbee):
A. Diagrama de cuerpo libre sobre el disco volador frisbee B. La aceleración del disco volador (frisbee). C. La velocidad del disco volador (frisbee). D. La distancia del disco volador (frisbee) al borde de la mesa. Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio.
Desarrollo del ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción-:
Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción-: A. B.
Cuatro bloques (A, B, C y D) se colocan en uno encima del otro, en orden y en reposo (A está debajo de los bloques y D está en la parte más alta de estos). Si la masa de A es 3,00 veces la de B, y la masa de B es igual a la de C y D.
A. Realice diagrama de cuerpo libre para cada bloque. B. ¿Cuáles son los valores de las normales (fuerzas de contacto) experimentadas por cada bloque, en función de la masa de A? C. Verifique los pares acción/reacción. Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio.
Desarrollo del ejercicio leyes de movimiento y sus aplicaciones -Sin fricción-:
Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio leyes de movimiento y sus aplicaciones -Sin fricción-: A. B. C.
Ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción- (Estudiante No 2)
GRUPO No: #
JULY ANDREA CADAVID
La imagen presenta dos masas m 1 = 3,30 x 10 3 gr y m 2 = 5,47 x 10 3 gr unidas por una cuerda que pasa por una polea sin fricción y masa despreciable, la masa m 1 se encuentra sobre una superficie rugosa.
Realice un diagrama de fuerzas para cada masa.
A. Exprese la aceleración del sistema en términos de las masas y el coeficiente de fricción cinética. B. Halle el valor de la aceleración y tome a C. Si el bloque m 1 se encuentra a una distancia x=0,949 m. ¿Cuánto tardará en llegar a la esquina de la mesa? D. ¿Cuál debería ser la masa mínima de m 1 para que el sistema quede en reposo? Asuma el coeficiente de fricción estática como 0
Figura SEQ Figura * ARABIC 3. Ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción; Estudiante No 2. Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio.
Desarrollo del ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción-:
Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio Segunda ley de Newton -fuerzas de fricción-: A. B.
