Leyes de Newton Aplicadas a La Ingenieria

FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO

:

TEMA

:

Monografía sobre las Leyes de Newton aplicadas

a la Ingeniería Civil DOCENTE

: Ing.

INTEGRANTE

:

ANGIE….

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HUARAZ – ANCASH 2018-I

LEYES DE NEWTON APLICADAS A LA INGENIRIACONSTRUCCION DE UNA VIVIENDA

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Primero que todo a Dios, por regalarme la vida, a mis padres y a mi familia por estar siempre ahí para ayudarme a alcanzar todo lo que me propongo.

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INTRODUCCION La dinámica es la parte de la física (específicamente de la mecánica clásica) que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos. En otros ámbitos científicos, como la economía o la biología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema.

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Indice INTRODUCCION ..............................................................................................................................

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FUNDAMENTO TEORICO .............................................................................................................

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Leyes de Newton: .........................................................................................................................

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Fundamentos Teóricos de las Leyes: ........................................................................................... 6

Las Leyes: .....................................................................................................................................

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Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia: ................................................................................ 8 Tercera Ley de Newton o Ley de Acción y Reacción: ................................................................ 10

APLICACIONES EN LA INGENIERÍA CIVIL ........................................................................... 12 PUENTES ....................................................................................................................................

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EDIFICIOS O VIVIENDAS: .......................................................................................................

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CANAL DE IRRIGACIÓN O SIMILARES ...............................................................................

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CONCLUSIONES: ..........................................................................................................................

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BIBLIOGRAFIA: ..............................................................................................................................

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FUNDAMENTO TEORICO Leyes de Newton: Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica, en particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que constituyen los cimientos no solo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones... La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos. En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos: 

Por un lado, constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica.

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Por otro, al combinar estas leyes con la Ley de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.

Así, las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros, como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las maquinas. Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

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No obstante, la dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, solo se cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz (que no se acerquen a los 300.000 km/s); la razón estriba en que cuanto más cerca esté un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo que ocurriría en los sistemas de referencia noinerciales), más posibilidades hay de que incidan sobre el mismo una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o fuerzas ficticias, que añaden términos suplementarios capaces de explicar el movimiento de un sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan entre sí. El estudio de estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud, fundamentalmente) corresponde a la teoría de la relatividad especial, enunciada por Albert Einstein en 1905.

Fundamentos Teóricos de las Leyes: La base teórica que permitió a Newton establecer sus leyes esta también precisada en sus Philosophiae naturalis principia mathematica. El primer concepto que maneja es el de masa, que identifica con cantidad de materia. La importancia de esta precisión está en que permite prescindir de toda cualidad que no sea física matemática a la hora de tratar la dinámica de los cuerpos. Con todo, utiliza la idea de éter para poder mecanizar todo aquello no reducible a su concepto de masa. Newton no asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad, y define dos tipos de fuerzas: la vis ínsita, que es proporcional a la masa y que refleja la inercia de la materia, y la vis impressa (momento de fuerza), que es la acción que cambia el estado de un cuerpo, sea cual sea ese estado; la vis impressa, además de producirse por choque o presión, puede deberse a la vis centrípeta (fuerza centrípeta), una fuerza que lleva al cuerpo hacia algún punto determinado. A diferencia de las otras causas, que son acciones de contacto, la vis centrípeta es una acción a distancia. En esta 6


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distingue Newton tres tipos de cantidades de fuerza: una absoluta, otra aceleradora y, finalmente, la motora, que es la que interviene en la ley fundamental del movimiento. En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento. En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo compone el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo) en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del lugar mismo en otro lugar en el que esté situado, y así sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar inmóvil, es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos. De acuerdo con esto, Newton establece que los movimientos aparentes son las diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza en Newton tiene un carácter absoluto, no relativo.

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Las Leyes: Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia:

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que: 

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

La formulación original en latín de Newton de esta ley fue: 

Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare.

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Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como está a la fricción. En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante. En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial. Lo anterior porque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración trasnacional y rotacional estas son del orden de 0.01 m/s 2 y en consecuencia podemos considerar que un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.

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Ejemplo: Fuerza Centrípeta: La cuerda debe proveer la fuerza centrípeta necesaria para mover la bola en círculo. Si la cuerda se rompe, la bola seguirá moviéndose en línea recta hacia adelante. El movimiento en línea recta en ausencia de fuerzas externas es un ejemplo de la primera ley de Newton. El ejemplo presupone que no actúan ninguna otra fuerzas neta externa como podría ser la fricción sobre una superficie horizontal. El círculo vertical es más complejo.

Tercera Ley de Newton o Ley de Acción y Reacción: Tercera ley de Newton: Todas las fuerzas en el universo, ocurren en pares (dos) con direcciones opuestas. No hay fuerzas aisladas; para cada fuerza externa que actúa sobre un objeto hay otra fuerza de igual magnitud pero de dirección opuesta, que actúa sobre el objeto que ejerce esa fuerza externa. En el caso de fuerzas internas, una fuerza ejercida sobre una parte del sistema, será contrarrestada, por la fuerza de reacción de otra parte del sistema, de modo que un sistema aislado, no puede bajo ningún medio, ejercer ninguna fuerza neta sobre la totalidad del sistema. Un 10


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sistema no puede por si mismo ponerse en movimiento con solo sus fuerzas internas, debe interactuar con algún objeto externo a él. Sin especificar el origen o naturaleza de las fuerzas sobre las dos masas, La tercera ley de Newton establece que si esas fuerzas surgen de las propias dos masas, deben ser iguales en magnitud, pero dirección opuestas, de modo que no surge ninguna fuerza neta de las fuerzas internas del sistema. La tercera ley de Newton es uno de los principios fundamentales de simetría del universo. Puesto que no tenemos evidencia de haber sido violada en la naturaleza, se convierte en una útil herramienta para analizar situaciones que son de alguna forma anti intuitivas. Por ejemplo, cuando un pequeño camión colisiona de frente contra otro grande, nuestra intuición nos dice que la fuerza ejercida sobre el más pequeño, es mayor. ¡No es así!

Ejemplo: Tercera Ley de Newton La tercera ley de Newton puede ilustrarse identificando los pares de fuerza que aparecen en distintos bloques soportados por pesos de muelles. Asumiendo que los bloques están apoyados y en equilibrio, la fuerza neta sobre cada sistema es cero. Todas las fuerzas ocurren en pares de acuerdo con la tercera ley de Newton.

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Pero la teoría no basta si no conocemos algunos de los campos de aplicación de las leyes:

APLICACIONES EN LA INGENIERÍA CIVIL Encontramos diversos casos dentro de los proyectos que realiza la ingeniería civil donde se presentan las leyes de Newton:

PUENTES

Los puentes se pueden clasificar en diferentes tipos, de acuerdo a diversos conceptos como el tipo de material utilizado en su construcción, el sistema estructural predominante, el sistema constructivo utilizado, el uso del puente, la ubicación de la calzada en la estructura del puente, etc. Y en todas actúa las fuerzas de tracción y compresión. Leyes que actúan: -Tercera Ley de Newton, esto se cumple en el centro del arco y la cimentación de los pilares. Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta. -Ley de la gravitación: Aquí el peso de todo el puente tendrá a ser atraído por la gravedad. -Primera Ley de Newton: En este caso el puente permanece en reposo (estable), al paso de un vehículo solo sufrirá una pequeña vibración.

EDIFICIOS O VIVIENDAS: Los edificios o viviendas se construyen para que se mantengan en estabilidad, esa estabilidad solamente estas logrando para cargas muertas que es el peso propio del edificio, por lo cual por ejemplo un edificio que pesa unas veinte toneladas el suelo tiene que responder con esa misma magnitud; sea cual sea su condición, de no ser así el edificio tendría a caerse, entonces ya los Ingenieros Civiles son los encargados de darle condiciones para que el suele reaccione con la fuerza que se desea. Entonces una vez observado esto diremos las leyes que actúan son: 12


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Primera Ley de Newton: Porque el edificio o la vivienda se construye para que permanezca en reposo, sosteniéndose de forma estable. Tercera Ley de Newton: Porque el suelo está sosteniendo con la misma fuerza pero en sentido contrario, sino fuera así tendería a hundirse la construcción.

CANAL DE IRRIGACIÓN O SIMILARES Leyes que se aplican: 

Segunda Ley de Newton: En este caso los canales se construyen siempre con una pendiente, para darle aceleración al agua y pueda fluir, de no ser así el agua tendría a estar en reposo como en una represa o laguna.

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CONCLUSIONES: 

Cuando en un objeto no actúa una fuerza, este continua en su estado de reposo o movimiento.

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Cuando a un objeto se le aplica una fuerza, este se acelera.

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Las fuerzas son siempre producidas en pares, con direcciones opuestas y magnitudes iguales.

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Compresión de la importancia de las leyes de Newton en la Ingeniería.

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BIBLIOGRAFIA:

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FISICA UNIVERSITARIA – SEARS- ZEAMANSKY – 12ava EDICION – VOL 1

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http://leyesdenewton5cieamg.blogspot.com/

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http://www.slideshare.net/wilberha/trabajo-estatica-newton

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http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

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http://www.slideshare.net/abibiana/laboratorio-de-fisica

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http://newtoneducativa.blogspot.com/2014/08/aplicaciones-de-leyes-denewton.html

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