Fsica Bsica

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Física Básica
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Conceptos de Física Básica

• En esta lección, revisaremos conceptos básicos de
  física y
• los demostraremos usando nuestra caja de cambios
  LEGO.
• Fuerza y Torque
• Ventaja Mecánica
• Leyes de Newton
• Trabajo y Potencia
• Fricción

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Caja de Cambios
Realice estas modificaciones a la caja de
cambios de la lección previa
Coloque golillas aquí y acá.
Saque el motor y la barra doble.
Saque el sensor de rotación.
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Caja de Cambios
Realice estas modificaciones a la caja de
cambios de la lección previa
Agregue otra barra de 1x16 acá.
Agregue ruedas de polea y conectores grises (para
ser usados como manivelas).
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Conceptos Básicos - Fuerza
Qué es una fuerza?
Una fuerza produce el movimiento de una masa
(esta se acelera).
Esto se resume en la segunda Ley de Newton
F m x a
(De hecho, las unidades de fuerza se llaman
Newtons.)
Respuesta La fuerza de gravedad.
Pregunta Qué fuerza experimentamos todos los
días?
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Conceptos Básicos - Torque
Qué es torque?
El torque se puede visualizar como una fuerza
rotacional. Provoca la rotación de una masa.
este motor produce un torque.
Nos interesa el torque porque trataremos con
motores y ejes rotacionales.
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Fuerza y Torque
Cómo se relacionan fuerza y torque?
Brazo de momento.
Una fuerza crea torque al actuar a través un
brazo de momento.
produce un torque acá.
Una fuerza aquí...
La relación es t F x r. r es la longitud del
brazo de momento (en este caso, la longitud de la
llave).
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Engranajes y Torque
Hasta ahora, hemos dicho que los engranajes
cambian la velocidad. Pero, también cambian el
torque.
Pregunta Cuál es la razón de engranajes de esta
caja de cambios?
Respuesta 75 a 1
Significa que el eje de salida rota 75 veces más
lento que el eje de entrada. También significa
que el eje de salida tiene 75 veces el torque del
eje de entrada.
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Engranajes y Torque
Intente este experimento.
Una persona mueve esta manivela.
Y otra trata de sujetar esta otra manivela
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Engranajes y Torque
De donde viene todo este torque?
Considere un par de engranajes conectados.
F
Un torque en este eje...
produce una fuerza en los dientes.
t
r
El brazo de momento es el radio del
engranaje. Recuerde que t F x r
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Engranajes y Torque
La fuerza de los dientes del engranaje chico
empuja contra los dientes del grande. Esto cre
una fuerza igual (y opuesta) En el engranaje
grande. Esto es la tercera ley de Newton.
F
y eso origina el torque más grande en este otro
eje.
r
t
Porque, la fuerza actúa a través de este otro
brazo de momento más grande...
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Engranajes y Torque
t1 F1 x r1
t2 F2 x r2
Analyzing the fuerzas...

• F1 t1 / r1
• F2 t2 / r2
• F1 - F2
• t1 / r1 -t2 / r2
• -t2 / t1 r2 / r1

La razón de los torques es la de los radios de
los engranajes. Y eso es justo la razón de
engranajes!
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Engranajes y Torque
Los engranajes pueden incrementar el torque (y la
fuerza) que ejercen sobre algo. Esto se denomina
ventaja mecánica.
El torque aumenta
Pero, se paga un precio. Sabe cuál es ese precio?
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Conceptos Básicos - Trabajo
El Trabajo (en física) se define como una fuerza
que actúa a la distancia. W F x d
El trabajo en términos de rotación es un torque
que actúa sobre un ángulo. W t x q
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Ventaja Mecánica
Comprender las dos componentes del trabajo es la
clave para comprender la idea de ventaja
mecánica.
Pregunta Donde es más eficiente tomar la llave?
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Ventaja Mecánica
pero no logra moverse mucho.
pero su brazo recorre una distancia mayor.
Si la toma por acá, necesita mucha fuerza...
Si la toma por acá no se requiere demasiada
fuerza...
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Ventaja Mecánica
Toma el mismo trabajo apretar la tuerca en ambas
posiciones!
Se puede optar entre mucha fuerza y poca
distancia. W F x d
O poca fuerza y mucha distancia. W f x D
En muchas de nuestras máquinas, deseamos
incrementar la fuerza, de modo que no importa la
distancia extra.
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Ventaja Mecánica
Pregunta Cuál rampa elegiría para mover un peso
a lo alto de la caja azul?
Respuesta Esta rampa requiere menos fuerza, pero
es necesario mover el peso una distancia más
larga.
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Ventaja Mecánica
Con nuestra caja de cambios, es posible crear un
gran torque acá...
pero a expensas de girar mucho esta
manivela! Recuerde W t x q
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Potencia
La Potencia es la taza a la cual se realiza el
trabajo. Se puede pensar como trabajo por
segundo. Potencia Trabajo / s.
Como el trabajo, la potencia tiene 2 componentes,
fuerza y velocidad. P F x v (v es por
velocidad).
Pregunta puede nombrar 2 unidades de potencia?
Respuesta caballos de fuerza y Watts.
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Potencia
La potencia tiene las mismas desventajas que el
trabajo. Un motor produce la misma cantidad de
potencia.
Potencia total
Potencia total
Así, se puede tener un robot rápido, pero débil
O, un robot lento, pero fuerte.
Velocidad Empuje
Velocidad Empuje
La potencia totalde entrada debe ser igual a la
potencia total de salida (con una excepción)...
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Fricción Mala
La Fricción surge cuando dos superficies se
frotan.
La fricción en nuestra caja de cambios provoca
una pérdida de la potencia de entrada. La pérdida
es en forma de calor o de sonido.
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Fricción Buena
Pero, la fricción es también lo que permite
moverse a su robot.
La rueda produce una fuerza friccional en contra
del piso, gracias la cual el robot se mueve.
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Resumen Puntos Claves

• Una fuerza produce el movimiento de una masa.
• El torque es una fuerza rotacional.
• El trabajo tiene 2 componentes, fuerza y
  distancia.
• La ventaja mecánica permite incrementar una
  componente del trabajo a expensas de la otra.
• Los engranajes son una forma de obtener ventaja
  mecánica. Ellos, incremental el torque de un
  robot.
• La potencia es el producto de fuerza veces
  velocidad.
• Un robot puede ser lento y fuerte ó, rápido y
  débil.
• La fricción produce pérdidas de potencia, pero
  también facilita el avance del robot en el
  terreno..