UNIDAD 1 - FÍSICA

 Acciones de aprendizaje Unidad 1

Al finalizar esta unidad usted podrá:

• Reconocer el movimiento de un cuerpo que presenta un movimiento armónico simple y los movimientos periódicos producidos por una fuerza recuperadora.

• Resolver problemas relativos a la cinemática y dinámica del movimiento armónico simple.

• Identificar la transformación de energía en los sistemas oscilantes.

• Reconocer la utilidad de aplicar los conceptos de las oscilaciones que observamos a diario.

Las oscilaciones 

Una oscilación es un movimiento que se reproduce de un lado a otro naciendo de una posición de equilibrio. Un ciclo es el trayecto que se debe recorrer desde una posición hasta otra para luego regresar, de manera tal que pasa dos veces por la posición de equilibrio. Una oscilación es una variación repetitiva en el tiempo de un sistema alrededor de una posición central o posición de equilibrio.

Movimiento armónico simple

El movimiento armónico simple (MAS) es un tipo de movimiento oscilatorio caracterizado por una fuerza restauradora proporcional al desplazamiento desde un punto fijo y dirigida hacia él. El movimiento es sinusoidal y sigue la ley de Hooke. 

Un ejemplo de movimiento armónico simple es el movimiento de una masa unida a un resorte. Cuando el resorte se estira o se comprime, ejerce una fuerza sobre la masa que es proporcional al desplazamiento de la masa desde su posición de equilibrio. Si la masa se desplaza de su posición de equilibrio y luego se suelta, oscilará hacia adelante y hacia atrás en la dirección del desplazamiento, con una frecuencia determinada por la masa y la constante elástica del resorte. 

Otro ejemplo de movimiento armónico simple es la oscilación de un péndulo. La fuerza restauradora la proporciona la gravedad, y la frecuencia de oscilación viene determinada por la longitud del péndulo y la aceleración debida a la gravedad. 

El movimiento armónico simple es importante porque describe el comportamiento de muchos sistemas físicos y es relativamente fácil de analizar matemáticamente. Las ecuaciones de movimiento del movimiento armónico simple son lineales y tienen soluciones sinusoidales, lo que facilita su resolución y comprensión.

Péndulo simple 

Un péndulo simple es un sistema físico que consiste en una pequeña masa (denominada bola del péndulo) suspendida de un punto fijo por una cuerda o varilla ligera e inextensible. Cuando el péndulo se desplaza de su posición de equilibrio y luego se suelta, oscila hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la dirección del desplazamiento, con un periodo de tiempo regular, bajo la influencia de la gravedad. Este tipo de movimiento se denomina movimiento armónico simple. 

Las características principales de un péndulo simple son: 

- La fuerza restauradora la proporciona la gravedad.

- El movimiento se limita a un solo plano.

Se supone que la cuerda es ligera e inextensible, por lo que su efecto sobre el movimiento es despreciable. 

Un péndulo simple es un sistema idealizado, y los péndulos del mundo real pueden verse afectados por factores como la resistencia del aire, la fricción y la forma y el tamaño de la varilla del péndulo. Sin embargo, sigue siendo un modelo útil para muchos sistemas físicos, como los péndulos de los relojes, los sismómetros y otros experimentos científicos.

Los sistemas resonantes 

Un sistema resonante es un sistema que tiene una frecuencia natural, como un diapasón o una cuerda de guitarra, que, al ser excitado por una fuerza externa a la misma frecuencia, vibrará con una gran amplitud, como un columpio que empuja a un niño. Imaginemos un niño en un columpio, si el niño bombea sus piernas al ritmo de la frecuencia natural del columpio, éste subirá más y más, éste es un ejemplo de sistema resonante. 

Otro ejemplo es un puente: cuando pasa un tren, la frecuencia natural del puente se excita y éste empieza a vibrar. Si la velocidad del tren es la misma que la frecuencia natural del puente, las vibraciones se amplificarán y esto puede causar daños en el puente. 

La resonancia puede ser útil, como en un instrumento musical donde el sonido se amplifica, pero también puede ser problemática, como en el caso de un puente, donde puede provocar daños estructurales. Entender cómo funcionan los sistemas resonantes es importante para diseñarlos y analizarlos correctamente.

Los sistemas resonantes son comunes en muchas áreas de la física y la ingeniería, como los sistemas mecánicos, eléctricos y acústicos. Algunos ejemplos de sistemas resonantes son: 

• Sistemas mecánicos: Un niño columpiándose en un columpio, la cuerda de una guitarra o un sistema masa-muelle son ejemplos de sistemas mecánicos resonantes. 

• Sistemas eléctricos: Un circuito LC, utilizado en radios, y un circuito sintonizado, utilizado en receptores de televisión, son ejemplos de sistemas eléctricos resonantes. 

• Sistemas acústicos: Una cantante de ópera que rompe una copa de vino con su voz y una campana son ejemplos de sistemas acústicos resonantes.