ACTIVIADES DE FISICA, Ejercicios de Física

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ACTIVIDAD 8

PROYECTO

INTEGRADOR ETAPA 3

Física

ETAPA 1

La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento en reposo de los cuerpos y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.

Máquina 1: elevador o ascensor

Los elevadores o ascensores surgen de la necesidad de transportar elementos o personas de forma vertical (ascenso y descenso) hasta niveles determinados. La solución que busca dar un ascensor es la de transportar de forma rápida, precisa, segura, eficaz, exacta y casi de forma autónoma, evitando el esfuerzo de los usuarios.[ CITATION And12 \l 2058 ] El nombre del ascensor que estudiaremos es el de tracción eléctrico. Se le llama ascensor de tracción eléctrico debido al sistema de suspensión compuesto por una cabina y por un contrapeso a los cuales se les da un movimiento vertical mediante un motor eléctrico. Lo anterior funciona con un sistema de guías verticales y consta de elementos de seguridad llamado amortiguador situado en el foso (parte inferior del hueco del ascensor) y un limitador de velocidad mecánico, que detecta el exceso de velocidad de la cabina para activar el sistema de paracaídas, que automáticamente detiene el ascensor en el caso de que esto ocurra. Al ser el más común de todos los medios de trasporte de alta y baja velocidad (superior 0,8 m/s) ya que cuenta con una carga de 2000 a 6000 kg de carga nominal. Superficie máxima de caninas. Conforme a la norma EN 81.2.[ CITATION HID13 \l 2058 ] Velocidad Los grupos detractores con motores de una velocidad, solo se utilizan para ascensores de velocidad no mayores de 0,7 m/s, el ascensor colocado en las oficinas del Instituto Nacional Electoral es de 300 kg con un mínimo de 4 personas a un máximo de 5, dado que, tanto en las subidas como las bajadas, puede resentirse la precisión en las paradas. Su nivel de parada es muy impreciso y varía con la carga, esto es notorio ya que es distinta la velocidad en la subida y bajada. [ CITATION Ast11 \l 2058 ] El ascensor dispone de motor con variador de frecuencia integrado en el cuadro de maniobra que hacen más suaves las aceleraciones y desaceleraciones. El confort resulta, por consiguiente, óptimo. Por ejemplo, el freno cumple su función cuando el mecanismo se ha parado.

 Sistema de control electrónico que dirige cada ascensor a la planta correcta utilizando el llamado «algoritmo de ascensores. Este algoritmo se programa para garantizar el menor tiempo de espera posible. Funcionamiento La cabina del ascensor está balanceada por un pesado contrapeso que pesa aproximadamente la misma cantidad que el auto cuando está cargado medio lleno (en otras palabras, el peso del auto más 40-50 por ciento del peso total que puede llevar). Cuando el elevador sube, el contrapeso baja, y viceversa, lo que ayuda de tres formas distintas:

1. El contrapeso hace que sea más fácil para el motor subir y bajar el ascensor. Suponiendo que la cabina con los pasajeros pesa más que el contrapeso, todo lo que el motor tiene que levantar es la diferencia de peso entre los dos y proporcionar un poco de fuerza adicional para superar la fricción en las poleas.
2. Como se emplea menos fuerza, hay menos tensión en los cables, lo que hace que el ascensor sea un poco más seguro.
3. El contrapeso reduce la energía de frenado que el elevador necesita. El contrapeso hace que sea mucho más fácil controlar la cabina del ascensor. [ CITATION Des17 \l 2058 ]

Máquina 2: automóvil

Una de las máquinas que se encuentra presente en la vida de la mayoría de las personas, es el automóvil. Estos artefactos no solo facilitan nuestra movilidad de forma particular o colectiva, lo que genera muchos empleos en la actualidad, sino que gracias a los automóviles han surgido variaciones que facilitan la distribución y comercio de diversos productos y facilitan la prestación de servicios que son parte de nuestra rutina. Como se menciona en el artículo de Ambientum, fue en 1885 que Carl Benz puso en marcha un vehículo que constaba de 3 ruedas y que funcionaba con un motor monocilíndrico de dos tiempos que le permitía alcanzar 250 revoluciones por minuto (Desconocido, 2019) Funcionamiento Debido a la múltiple oferta y variaciones de motor de vehículos, hemos decidido estudiar un automóvil eléctrico, el Nissan Leaf. Este vehículo es comercializado bajo la insignia de Zero Emission, un concepto que ha revolucionado tomando en cuenta que la emisión de CO 2 derivado de la transportación ha alcanzado niveles alarmantes. Las partes de un motor eléctrico, prinicipalmente se clasifican en cuatro grupos, que son los encargados de generar la energía que impulsará al movimiento (VW Blog, 2019): Cargador embarcado: transforma la energía eléctrica de un punto de recarga de corriente alterna en corriente contínua, y es la que se acumula en la batería. Batería: almacena la energía eléctrica en pequeñas celdas. Funge como el depósito de combustible de los coches eléctricos. Convertidor: se encarga de transformar la energía de corriente continua a corriente alterna y viceversa, dependiendo si estamos en aceleración o desaceleración. Adicionalmente controla el motor dependiendo del uso del conductor. Motor eléctrico: convierte la energía en movimiento. Si se encuentra en desaceleración, puede recuperar la energía de frenado transformando la

A continuación se presenta la ficha técnica del automóvil eléctrico mencionado:

ETAPA 2

La segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre la fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. La fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo. (Ltda, 2014)

Máquina 1: elevador o ascensor

Cuando un elevador sube, pasa de no tener velocidad a tener una velocidad contraria al punto de gravedad de la Tierra, por esta razón la gravedad ejerce más fuerza sobre los pasajeros y pesan más. Por lo contrario, cuando el elevador baja, se acercan al punto de gravedad y la fuerza que se tiene que ejercer disminuye, así como el peso de cada pasajero. (elevadores, 2019) El cable accionado por un motor ejerce una fuerza sobre el ascensor, pero no interactúa directamente con el cuerpo, ni tampoco ejerce una interacción a distancia. El bloque interactúa con los mismos cuerpos (tierra y personas). La Segunda Ley de Newton es viable en sistemas inerciales, no se puede aplicar si se intenta describir la situación dentro del ascensor porque se trata de un sistema acelerado. Se puede utilizar si se describe el movimiento desde Tierra. (Pinela, 2009) Análisis de movimiento y fuerzas externas

Sistema de referencia (O,x,y) considerado un sistema de referencia inercial, mientras que 𝐀!, 𝐀!, 𝐀! son un sistema de referencia no inercial. (wikipedia.org,

Condiciones normales de Operación El Instituto Nacional Electoral cuenta con 5 Direcciones y Unidades Técnicas, así como el Servicio de Protección Civil y Servicio de fotocopiado, Á rea común y oficinas de Asesores de Consejeros, ubicadas dentro del edificio C, más tres edificios dentro del Instituto con 2 Direcciones complementarias, Salas, entre otros; complementando un aproximado de 2545 trabajadores dentro de Oficinas Centrales sede Tlalpan. A lo anterior se le pueden agregar los visitantes diarios que de acuerdo a los registros acceden de 37 a 85 personas en horario laboral. Lo anterior no quiere decir que todos usen el servicio del ascensor, pero si contribuye a una demanda que se refleja a continuación: Uso de operación elevadores ubicados en el edificio C

Máquina 2: automóvil

Análisis de movimiento y fuerzas externas Las fuerzas externas a un vehículo pueden se presentan en diagrama donde: F= fuerza que empuja al auto/ Peso: (del auto) igual a masa por gravedad / N: fuerza normal que ejerce la reacción del piso/ FR= fuerzas de rozamiento, que no depende de la velocidad del vehículo (Mate móvil, S.F). Todos los vehículos comparten que en el eje Y del diagrama, no existe ningún tipo de movimiento y donde aplica la primera ley de Newton, la cual menciona que un objeto permanecerá estático o con un movimiento rectilíneo constante, a menos que una fuerza externa lo modifique. De forma contraria, en el eje X existe movimiento del vehículo y es aplicable la segunda ley de Newton, que dice que la sumatoria de fuerzas es igual a masa por aceleración (Mate móvil, S.F). Puntos de apoyo y ejes de giro

 Bailoteo : es el movimiento de todo el habitáculo del vehículo paralelo a la carretera. Es el movimiento que producen las carreteras onduladas.  Bandazos : es el movimiento oscilatorio que se produce sobre el eje transversal. Es el movimiento que ocurre por los vientos y fuerzas laterales.  Vaivenes : es el movimiento oscilatorio rectilíneo en el sentido del eje longitudinal. Es el movimiento que se ocasiona por falla en el motor o frenos en mal estado. Condiciones normales de operación Un vehículo es utilizado en promedio por 4 horas al día, recorriendo entre 60 y 70 kilómetros. El auto seleccionado, Nissan Leaf puede recorrer hasta 241 km por carga; lo que significaría el uso de tres días habituales. Como la mayoría de los vehículos actuales, cuenta con plazas para 4 pasajeros y el conductor.

ETAPA 3

Máquina 2: automóvil

1. Calcula el trabajo realizado por cada una de las máquinas en condiciones normales sin considerar las fuerzas de rozamiento. Si consideramos los datos de la ficha técnica del vehículo se obtiene que el peso en Kg es de 1, 996. 86 y que alcanza una velocidad de 0 a 100 km/h en 9 segundos. T = F X D X cos θ F = m ∗ a a =

Δ V

Δ T

a = Vf − Vi T a =

a =

m s 2 F =1, 996.86∗3.085=6,160.31 N Si consideramos como distancia 1000m (1km) se obtiene que: T =6,160.31 X 1000 X cos θ T =6,160,310 Jouls

2. Potencia Potencia = Trabajo Tiempo Potencia =

=1,711.19 W

 García Orozco. (s.f) ¿Cómo se mueve la carrocería?. Obtenido de: https://www.pruebaderuta.com/como-se-mueve-la-carroceria.php  HIDRAL, S. A. (28 de Enero de 2013). omicronelevadores.com. Obtenido de omicronelevadores.com: https://omicronelevadores.com/ficheros/archivos/2016_04/et4051.pdf  Ltda, Q. y. (2014). EcuRed.cu. Obtenido de EcuRed.cu: https://www.ecured.cu/Segunda_Ley_de_Newton#:~:targetText=La%20Segunda%20Ley% 20de%20Newton%20tambi%C3%A9n%20conocida%20como%20Ley%20Fundamental,la% 20aceleraci%C3%B3n%20de%20un%20cuerpo.  Mate móvil (Productor). (s. f.). Dinámica. Ejercicios resueltos [Archivo de video]. Recuperado de https://www.youtube.com/playlist? list=PL3KGq8pH1bFT7lEVh5YKYEsptu8Bcj6OB  Mate móvil (Productor). (28 de junio de 2015). Potencia Mecánica. Ejercicios resueltos - Intro y explicación [Archivo de video]. Recuperado de https://youtu.be/8Gz6WzMXIck  Pinela, F. (8 de Octubre de 2009). es.slideshare.net. Obtenido de es.slideshare.net: https://es.slideshare.net/fpinela/fsica-conceptual-leyes-de-newtonespol  Pinto, A. C. (2011). es.calameo.com. Obtenido de es.calameo.com: https://es.calameo.com/read/00158963612b9acdf136c  Profe JuanK (Productor). (27 junio de 2014). Diagramas de cuerpo libre [Archivo de video]. Recuperado de https://youtu.be/7AVmPRVNRpc  VW Blog. (17 de Enero de 2019). ¿Cómo funciona un motor eléctrico. Obtenido de: https://blog.vw.com.mx/consejos/como-funciona-un-motor-electrico/  wikipedia.org. (1 de Septiembre de 2019). wikipedia.org. Obtenido de wikipedia.org: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_referencia_no_inercial