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1.1. Ejemplos de análisis dimensional

De Laplace

Contenido

1 Enunciado

A partir de las relaciones definitorias

Velocidad Cantidad de movimiento Aceleración Fuerza
\vec{v}=\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}t} \vec{p}=m\vec{v} \vec{a}=\frac{\mathrm{d}\vec{v}}{\mathrm{d}t} \vec{F}=\frac{\mathrm{d}\vec{p}}{\mathrm{d}t}
Trabajo Potencia Momento cinético Momento de una fuerza
W=\int\vec{F}\cdot\mathrm{d}\vec{r} P=\frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}t} \vec{L}=\vec{r}\times\vec{p} \vec{M}=\frac{\mathrm{d}\vec{L}}{\mathrm{d}t}

determine las ecuaciones dimensionales de estas magnitudes, así como sus unidades en el SI en función de las unidades fundamentales de este sistema.

2 Velocidad

La velocidad se define como la derivada de la posición respecto al tiempo. Una derivada no es más que un cociente entre dos cantidades muy pequeñas y por tanto sus dimensiones serán las del numerador divididas por las del denominador, esto es,

[v] = \frac{[r]}{[t]} = L T^{-1}

La unidad en el SI de velocidad es 1 m/s.

3 Cantidad de movimiento

La cantidad de movimiento es el producto de la masa por la velocidad, por lo que sus dimensiones serán las del producto de estas dos cantidades:

[p]= [m][v]= MLT^{-1}\,

La unidad SI de la cantidad de movimiento es 1 kg·m/s.

4 Aceleración

La aceleración es la derivada de la velocidad respecto al tiempo, por tanto

[a] = \frac{[v]}{[t]} = \frac{LT^{-1}}{T}=LT^{-2}

La unidad de aceleración en el SI será 1 m/s².

5 Fuerza

La fuerza se define como la derivada de la cantidad de movimiento (aunque también suele expresarse como el producto de la masa por la aceleración). Por ello

[F] = \frac{[p]}{[t]} = \frac{MLT^{-1}}{T}=MLT^{-2}

La unidad SI de la fuerza es el newton, que equivale a

1\,\mathrm{N} = \,\frac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}

6 Trabajo

7 Potencia

8 Momento cinético

9 Momento de una fuerza

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