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FÍSICA
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LOS VECTORES COMO MEDIDA
Y REPRESENTACIÓN DE LA REALIDAD
Nuestra vida se desarrolla generalmente en espacios abiertos o cerrados. En tal sentido identifique en su
habitación vectores en el espacio con sus tres dimensiones ( 𝑥 , 𝑦 𝑧 ).
Vector Etimológicamente, "vector’ 1 es un elemento
"que conduce".
Definición
Geométricamente un vector como un segmento
de recta dirigido que comienza en el origen,
esto es, un segmento de recta con magnitud y
dirección especifica dos con punto inicial en el
origen.
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Elementos de un
vector
MAGNITUD
Es el valor absoluto o módulo
del vector representado por
[𝐴 ] = 5 𝑚
DIRECCIÓN Es la trayectoria por la cual se
desplaza el vector.
SENTIDO
Es la orientación que lleva el
vector y que está indicada por
una flecha.
PUNTO DE
APLICACIÓN
Es variable en su posición pero
es el punto sobre el cual actúa
el vector.
Igualdad de dos vectores:
Decimos que dos vectores son iguales si y sólo si
tienen la misma dirección y la misma magnitud.
Cantidades vectoriales Son aquellas cantidades que además de
tener "número y especie" (módulo), tienen
dirección, sentido y punto de aplicación.
Cantidades escalares Son las que están plenamente
determinadas por un número y una
unidad. La magnitud escalar también
se llama MODULO.
(20 pies (longitud), 60g (masa), 5
días (tiempo).
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Clasificación de vectores
VECTORES UNITARIOS:
Son aquellos cuyo módulo es igual a 1.
VECTORES CONCURRENTES O ANGULARES:
Son aquellos cuyas líneas de acción pasan por el
mismo punto, es decir, se intersecan.
VECTORES FIJOS:
Son aquellos que determinan la posición de un punto
en el espacio, con respecto a un sistema de ejes
coordenados. 𝑂𝑃 ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗
VECTORES LIBRES:
Son aquellos vectores que tienen magnitud, dirección y
sentido definido, es decir invariables, pero no tienen
una posición fija en el espacio.
VECTORES PARALELOS:
Están situados en rectas paralelas, pero poseen un
mismo sentido o contrario.
VECTORES COPLANARIOS:
Son aquellos que están en un mismo plano.
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VECTORES OPUESTOS:
Se caracterizan por tener la misma dirección y
magnitud, pero su sentido es opuesto.
VECTORES COLINEALES:
Sus líneas de acción se encuentran sobre una misma
recta.
Adición y sustracción de vectores por métodos
En Física es común encontrarse una suma de cantidades vectoriales, y aunque podemos recurrir a diversos métodos
como el del triángulo, del polígono o el paralelogramo, es importante tener en cuenta que la forma analítica nos
conducirá a un resultado más exacto.
En el método analítico es posible aplicar el teorema de Pitágoras solamente si los dos vectores
forman un ángulo de 90°, de otra forma tendremos que aplicar la Ley de Cosenos, y si se desea
calcular el ángulo de la resultante es posible también recurrir a la Ley de Senos.
Para realizar la suma analítica, basta con trazar la resultante a partir de sus proyecciones como
vectores deslizantes, de tal manera que:
Estos métodos se basan en la aplicación de fórmulas algebraicas, trigonométricas, geométricas, etc.
Sobre la base de la solución gráfica previamente realizada.
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Tu aprendizaje guía
Solución:
𝐹𝑥 = √ (∑𝐹𝑥))2
+ (∑𝐹𝑦)2
𝐹𝑥 = √ (−28 .64 )2 + (65 .71 )2
𝑭𝒙 = 𝟕𝟏 . 𝟔𝟖 𝑵
a) Diagrama de cuerpo libre
1. Mary, Melva y Andrew, pretenden
mover la siguiente roca:
c) Sumar las fuerzas en “x”, “y”
b) Crear los triángulos rectángulos. ∑𝐹𝑥 = 10 𝑁 + 40 cos 40° − 80 cos 30°
∑𝐅𝐱 = −𝟐𝟖 . 𝟔𝟒 𝐍
∑𝐹𝑦 = 40 𝑠𝑒𝑛 40° + 80 𝑠𝑒𝑛 30°
∑𝑭𝒚 = 𝟔𝟓 . 𝟕𝟏 𝑵
- Sumatoria de fuerzas en “x”
- Sumatoria de fuerzas “y”
e) Calcular la dirección. d) Calcular la fuerza resultante (Sentido)
𝜽 = 𝑻𝒂𝒏−𝟏 (∑𝑭𝒚∑𝑭𝒙
)
𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1 (65 . 71
−28 . 64)
𝜽 = −𝟔𝟔 . 𝟓𝟎°
El resultado es
(−) 𝑝𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑚𝑜𝑠
𝑚𝑖𝑑𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑑𝑒 Izquierda a
derecha
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2. Realice la suma de los siguientes
vectores y encuentre el ángulo de la
dicha suma.
Solución: Si dichos vectores se deslizan
podemos trazar la resultante, de tal forma
que:
𝜱 = 𝟏𝟖𝟎 ° − 𝟑𝟒° = 𝟏𝟒𝟔°
A simple vista podemos calcular el
ángulo Φ, puesto que es un ángulo
complementario con los 34° que forman
parte del vector F1 con la horizontal,
entonces podemos decir que:
Para poder encontrar la resultante,
tendremos que recurrir a la ley de
cosenos.
𝑅 = √352 + 402 − 2(35)(40)Cos 146°
𝑅 = √1225 + 1600 − (−2321 .30 )
𝑅 = √5146.30
𝑅 = 71.73 𝑁
Obtención la raíz cuadrada:
Obteniendo el ángulo de
la resultante:
Para obtener el ángulo de
la resultante “β”.
Aplicamos la Ley de
Senos.
𝐹1
𝑠𝑒𝑛 𝛽=
𝑅
𝑠𝑒𝑛 146°
𝐃𝐞𝐬𝐩𝐞𝐣𝐚𝐫 " 𝐒𝐞𝐧 𝛃 "
𝑠𝑒𝑛 𝛽 = 𝐹1𝑠𝑒𝑛 146°
𝑅
𝑠𝑒𝑛 𝛽 = (35𝑁)𝑠𝑒𝑛 146°
71.73 𝑁
𝐃𝐞𝐬𝐩𝐞𝐣𝐚𝐫 " 𝛃 " 𝛽 = 𝑠𝑒𝑛−1 (0.2728) 𝛽 = 15.83° ∴ 𝐿𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑖𝑡𝑢𝑑
𝑑𝑒: 71.73 𝑁 𝑦 𝑢𝑛 𝑑𝑒 15.83°
𝑠𝑒𝑛 𝛽 =19.57 𝑁
71.73 𝑁= 0.2728
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Solución:
Construye tu aprendizaje
Solución:
4. En la siguiente suma de vectores encontrar la
resultante y el ángulo que forma con el eje
horizontal.
3. De acuerdo al siguiente esquema calcular la resultante y la dirección.
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Solución:
Método del triángulo rectángulo
6. Encuentra el valor de la suma resultante entre los vectores que se ve en la figura, de forma
analítica y gráfica.
El método del triángulo es un método que permite hallar la suma o resultante de
dos vectores. El método consiste en ubicar los vectores uno a continuación del
otro, unidos mediante cabeza y cola, conservando el módulo, dirección y
sentido.
El método del triángulo consiste en ubicar los vectores uno a continuación
del otro, unidos mediante cabeza y cola. El vector resultante se obtiene
uniendo la cola del primero con la cabeza del último.
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Tu aprendizaje guía.
1. Los vectores �⃗⃗⃗� 𝒚 �⃗⃗⃗� , trazados uno a
continuación del otro, forman un ángulo
de 70°, calcular el módulo del vector
resultante, sabiendo que sus módulos son
de 8 y 10 unidades.
𝜽 = 𝟕𝟎°
|�⃗⃗�| =?
|𝐴| = 10 𝑢
|�⃗⃗�| = 8 𝑢
Solución analítica:
Datos:
𝜶 =?
Para determinar el módulo del vector resultante
aplicar LEY DE COSENOS.
|𝑹 ⃗⃗⃗⃗ | = √|𝑨 ⃗⃗⃗⃗ |𝟐+ |𝑩 ⃗⃗ ⃗⃗ |
𝟐− 𝟐|𝑨 ⃗⃗⃗⃗ |
𝟐|𝑩 ⃗⃗ ⃗⃗ |
𝟐𝐜𝐨𝐬 𝜽
Aplicar la LEY DE SENOS para
determinar la dirección del vector resultante.
𝒔𝒆𝒏 𝜶
|𝑨 ⃗⃗⃗⃗ |=
𝒔𝒆𝒏 𝜷
|𝑩 ⃗⃗ ⃗⃗ |=𝒔𝒆𝒏 𝜽
|𝑹 ⃗⃗⃗⃗ |
=
b) Calcular el módulo del vector.
|𝑅 ⃗⃗⃗⃗ | = √|𝐴 ⃗⃗⃗⃗ |2+ |𝐵 ⃗⃗⃗⃗ |
2− 2|𝐴 ⃗⃗⃗⃗ |
2|𝐵 ⃗⃗⃗⃗ |
2cos𝜃
|𝑅 ⃗⃗⃗⃗ | = √|10|2 + |8|2 − 2 ∗ 10 ∗ 8 ∗ cos 70°
|𝑹 ⃗⃗⃗⃗ | = 𝟏𝟎 . 𝟒𝟓 [𝒖]
Módulo de la resultante.
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Construya tu aprendizaje
a) Unir el origen del primer vector
con el final del segundo vector.
c) Cálculo de la dirección del vector
resultante con respecto al vector 𝐴
𝒔𝒆𝒏 𝜶
|�⃗⃗⃗�|=
𝒔𝒆𝒏 𝜽
|�⃗⃗⃗�|
𝑠𝑒𝑛 𝛼
8=
𝑠𝑒𝑛 70°
10.45
𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 8 ∗ 𝑠𝑒𝑛 70°
10.45
𝛼 = 𝑠𝑒𝑛−1 (8 ∗ 𝑠𝑒𝑛 70°
10.45)
𝜶 = 𝟒𝟔°
Despejar " 𝜶 “
2. Los vectores �⃗⃗⃗� 𝒚 �⃗⃗⃗� , trazados uno a continuación del otro, forman un ángulo de 80°,
calcular el módulo del vector resultante, sabiendo que sus módulos son de 10 y 15
unidades.
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Pon en práctica tu aprendizaje
Método de los senos y cosenos
Ley de Cosenos
1. Dalila desea sacar el clavo de una mesa mediante la acción de dos fuerzas de 50 [𝑁] y 90 [𝑁],
trazando los vectores uno a continuación de otro se forma un ángulo de 170°. Calcular el vector
resultante, la dirección con respecto al vector más chico.
2. Se realizó las medidas de la vivienda que se observa en el imagen son:|𝐴| = 8[𝑚] , |�⃗⃗�| = 3 [𝑚] .
Determinar la dirección y la resultante.
La ley de cosenos y la ley de senos se emplean para determinar la
magnitud y dirección del vector resultante de dos vectores concurrentes,
cuando el ángulo entre ellos es diferente de 90°.
Pero también se puede aplicar este método cuando el ángulo es de 90°.
La magnitud del vector
resultante �⃗⃗� se puede
determinar por la ley de
cosenos, al cual establece:
“El cuadrado de un lado es igual a la suma de los
cuadrados de los otros dos, menos el doble del
producto de dichos lados por el coseno del ángulo
opuesto al de el primer lado.”
�⃗⃗⃗�𝟐 = �⃗⃗⃗�𝟐 + �⃗⃗�𝟐 − 𝟐�⃗⃗⃗��⃗⃗� ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜷
�⃗⃗⃗�𝟐 = �⃗⃗⃗�𝟐 + �⃗⃗�𝟐 − 𝟐�⃗⃗⃗��⃗⃗� ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜶
�⃗⃗�𝟐 = �⃗⃗⃗�𝟐 + �⃗⃗⃗�𝟐 − 𝟐�⃗⃗⃗��⃗⃗⃗� ∗ 𝒄𝒐𝒔𝜽
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Ley de Senos
“En todo triángulo los lados son
directamente proporcionales a los senos
de los ángulos opuestos.” La dirección del vector
resultante se puede
determinar mediante la ley
de senos, la cual establece:
�⃗⃗⃗�
𝒔𝒆𝒏 𝜷=
�⃗⃗⃗�
𝒔𝒆𝒏 𝜶=
�⃗⃗�
𝒔𝒆𝒏 𝜽
1. Aplicando la Ley de senos, calcular
el valor de cada variable.
𝜽 + 𝟔𝟎° + 𝟒𝟎° = 𝟏𝟖𝟎°
𝜽 + 𝟏𝟖𝟎° − 𝟔𝟎° − 𝟒𝟎° = 𝟖𝟎°
𝟏𝟎 𝒎
𝒔𝒆𝒏 𝟒𝟎°=
𝒃
𝒔𝒆𝒏 𝟔𝟎°=
𝒄
𝒔𝒆𝒏 𝟖𝟎°
Solución:
a) Analizando los ángulos
internos tenemos:
b) Aplicando el teorema de los
senos tenemos:
𝒃
𝒔𝒆𝒏 𝟔𝟎°=
𝟏𝟎 𝒎
𝒔𝒆𝒏 𝟒𝟎°
𝒃 = 𝟏𝟎 𝒎 ∗ 𝒔𝒆𝒏 𝟔𝟎°
𝒔𝒆𝒏 𝟒𝟎 → 𝒃 = 𝟏𝟑. 𝟒𝟕 [𝒎]
𝒄
𝒔𝒆𝒏 𝟖𝟎°=
𝟏𝟎 𝒎
𝒔𝒆𝒏 𝟒𝟎°
𝒄 = 𝟏𝟎 𝒎 ∗ 𝒔𝒆𝒏 𝟖𝟎°
𝒔𝒆𝒏 𝟒𝟎 → 𝒄 = 𝟏𝟓. 𝟑𝟐 [𝒎]
c) Considerando solo dos miembros:
d) Para determinar “c”
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Construye tu aprendizaje
2. Aplicando la Ley de Cosenos,
calcular el valor de cada variable.
𝑥2 = (6 𝑚)2 + (8 𝑚)2 − 2 ∗ 6𝑚 ∗ 8𝑚 ∗ 𝑐𝑜𝑠27°
𝒙 = 𝟑. 𝟖𝟎 [𝒎]
(8𝑚)2 = (6 𝑚)2 + (3.80 𝑚)2 − 2 ∗ 6𝑚 ∗ 3.80𝑚 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃
Solución:
a) Aplicando la ley de cosenos tenemos:
𝑥2 = 36 𝑚2 + 64 𝑚2 − 96 𝑚2 ∗ 𝑐𝑜𝑠27° 𝑥 = √100 𝑚2 − 96 𝑚2 ∗ 𝑐𝑜𝑠27°
b) Teniendo el valor de “x”, nuevamente aplicar el teorema:
64 𝑚2 = 36 𝑚2 + 14.44 𝑚2 − 45.6 𝑚2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃
45.6 𝑚2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 50.44 𝑚2 − 64 𝑚2
𝑐𝑜𝑠𝜃 = −9.56 𝑚2
45.6 𝑚2
𝑐𝑜𝑠𝜃 = −0.21
𝜃 = 𝑐𝑜𝑠−1 (−0.21) → 𝜽 = 𝟏𝟎𝟐 °
𝛼 + 27° + 102° = 180° → 𝛼 = 180° − 27° − 102° = 51°
1. Aplicando la Ley de Senos, calcular el valor de cada variable.
Solución:
a) Analizando los ángulos internos tenemos:
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Método por descomposición en sus componentes en un eje de
Tú guía de aprendizaje.
1. Sumar los siguientes vectores por el método de componente rectangular.
2. Aplicando la Ley de cosenos,
calcular el valor de cada variable.
Solución:
a) Aplicando la ley de cosenos tenemos:
Un vector puede descomponerse en una suma de dos vectores que forman
entre si un ángulo de 90°. Esta operación se denomina descomposición
rectangular del vector, para determinar las componentes del vector se
utilizan el método gráfico y el analítico.
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a) Calcular cada componente, aplicando la trigonometría.
𝐴𝑥 = 7 𝑁 𝐶𝑜𝑠 37° = 5.59 𝑁
𝐴𝑦 = 7𝑁 𝑆𝑒𝑛 37° = 4.21 𝑁
𝐵𝑥 = −9 𝑁 𝐶𝑜𝑠 60° = − 4.5 𝑁 𝐵𝑦 = 9 𝑁 𝑆𝑒𝑛 60° = 7. 79 𝑁
𝐶𝑥 = 10 𝑁 𝐶𝑜𝑠 25° = 9. 06 𝑁
𝐶𝑦 = −10 𝑁 𝑆𝑒𝑛 25° = −4. 23 𝑁
b) Sumar las fuerzas
𝐹𝑥 = 𝐴𝑥 + 𝐵𝑥 + 𝐶𝑥
𝐹𝑥 = 5. 59 𝑁 + ( − 4.5 𝑁 ) + 9. 06 𝑁
𝑭𝒙 = 𝟏𝟎. 𝟎𝟗 [𝑵]
c) Calcular la resultante por TEOREMA DE PITÁGORAS.
Construye tu aprendizaje
𝐹𝑦 = 𝐴𝑦 + 𝐵𝑦 + 𝐶𝑦
𝐹𝑦 = 4. 21 𝑁 + 7. 79 𝑁
+ ( − 4. 23 𝑁 )
𝑭 = 𝟕. 𝟕𝟕 [𝑵]
𝑅 = (𝑅𝑥)2 + (𝑅𝑦)
2
𝑅 = (10. 09 𝑁) 2 + (7.77 𝑁)2
𝑹 = 𝟏𝟐. 𝟕𝟒 [𝑵]
𝑡𝑎𝑛 𝛽 = 7. 7710. 0
𝛽 = 𝑡𝑎𝑛−1 7. 7710. 0
d) Calcular la dirección:
𝜷 = 𝟑𝟕. 𝟔𝟎 °
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Analiza para resolver los siguientes problemas: 1. Tres vectores ejercen una fuerza determinada (como se observa en el esquema), calcular la
fuerza resultante y la dirección.
2. Cuatro vectores ejercen una fuerza determinada
(como se observa en el esquema), calcular la fuerza
resultante y la dirección.
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Vectores unitarios
2. Sumar los siguientes vectores. Calcular la fuerza resultante y la dirección.
Son vectores que tienen de módulo la unidad. Para un sistema de
coordenadas, ya sea en el plano o en el espacio, definimos un vector unitario
en cada eje, cuyas direcciones y sentidos coinciden con las direcciones y
sentidos del lado positivo de cada eje.
A los vectores unitarios se los denota por: 𝑖 . 𝑗,𝑘
Un vector unitario se
denota por 𝒖.
El modo de obtener un
vector unitario es
dividiendo el vector entre
su módulo.
𝐮𝐚 = �⃗⃗�
�⃗⃗�
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a) Un vector en el espacio:
El giro a la derecha indica sentido
positivo.
𝒆𝒋𝒆 𝒙 → 𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 𝒊 𝒆𝒋𝒆 𝒚 → 𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 𝒋 𝒆𝒋𝒆 𝒛 → 𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 𝒌
Versar = Vector unitario
Expresión de vectores en función de
versores:
a) Un VECTOR en el plano.
�⃗⃗⃗� = 𝑨𝒙 + 𝑨𝒚 (Expresión vectorial)
�⃗⃗⃗� = 𝑨𝒙𝒊 + 𝑨𝒚𝒋 (Expresión en versores)
𝑬𝒍 𝒎ó𝒅𝒖𝒍𝒐 𝒅𝒆𝒍 �⃗⃗⃗� 𝒆𝒔:
|𝐴 | = √(𝐴𝑥)2 + (𝐴𝑦)2
𝑫𝒊𝒓𝒆𝒔𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒚 𝒔𝒆𝒏𝒕𝒊𝒅𝒐:
𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝐴𝑦
𝐴𝑥)
�⃗⃗⃗� = 𝑪𝒙 + 𝑪𝒚 + 𝑪𝒛 (Vectorialmente)
�⃗⃗⃗� = 𝑪𝒙𝒊 + 𝑪𝒚𝒋 + 𝑪𝒛𝒌 (Versores en el espacio.)
𝑺𝒖 𝒎ó𝒅𝒖𝒍𝒐 𝒆𝒔:
|𝐶 | = √(𝐶𝑥)2 + (𝐶𝑦)
2 + (𝐶𝑧)2
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Tú guía aprendizaje.
Construye tu aprendizaje
1. De la siguiente figura determinar la magnitud del ( 𝑨 ⃗⃗⃗⃗ )
𝐴 ⃗⃗⃗⃗ = 𝐴𝑥𝑖 + 𝐴𝑦 𝑗
𝐴 ⃗⃗⃗⃗ = 3𝑖 + 4 𝑗
|𝐴 ⃗⃗⃗⃗ | = √32 + 42
|𝐴 ⃗⃗⃗⃗ | = √9 + 16
|𝐴 ⃗⃗⃗⃗ | = √25
|𝑨 ⃗⃗⃗⃗ | = 𝟓[𝒖]
Solución:
𝐴 ⃗⃗⃗⃗ = 3 𝑖 + 4 𝑗
𝐵 ⃗⃗⃗⃗ = 2 𝑖 + 16 𝑗
2. A partir de dos vectores unitarios, determinar el vector
resultante, la magnitud y la dirección.
𝑅 ⃗⃗⃗⃗ = ( 3 𝑖 + 4 𝑗 ) + ( 2 𝑖 − 16 𝑗 )
𝑹 ⃗⃗ ⃗⃗ = 𝟓 𝒊 + 𝟏𝟐 𝒋
|𝑅 ⃗⃗⃗⃗ | = √52 + (−12 )2
|𝑅 ⃗⃗⃗⃗ | = √25 + 144
|𝑹 ⃗⃗ ⃗⃗ | = 𝟏𝟑[𝒖]
𝜃 = 𝑇𝑎𝑛 −1 (−12
5)
𝜽 = −𝟔𝟕 .𝟑𝟖°
Solución:
a) Calcular 𝑹 ⃗⃗ ⃗⃗
b) Calcular la magnitud del vector 𝑹 ⃗⃗ ⃗⃗
Por Teorema de Pitágoras.
c) Calcular la dirección del vector 𝑹 ⃗⃗ ⃗⃗
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1. De la siguiente figura determinar la magnitud del ( 𝑨 ⃗⃗⃗⃗ )
2. A partir de dos vectores unitarios, determinar el vector resultante, la
magnitud y la dirección.
𝑨 ⃗⃗⃗⃗ = 𝟔 𝒊 + 𝟖 𝒋
𝑩 ⃗⃗ ⃗⃗ = 𝟒 𝒊 + 𝟐𝟎 𝒋
Contrasta tu aprendizaje
¿Qué importancia tiene el uso de los vectores en la vida cotidiana? Justifique su respuesta y
de un ejemplo
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……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
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¿En la construcción de una vivienda se utilizan los vectores? Justifique su respuesta y
de un ejemplo
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
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Problemas propuestos para su aplicación
2. Sumar los siguientes vectores y calcular la fuerza resultante y la dirección
1. Dos vectores 𝐴 ⃗⃗⃗⃗ 𝑦 𝐵 ⃗⃗⃗⃗ , forman entre si un ángulo de 60° , el vector 𝐴 ⃗⃗⃗⃗ = 80 [𝑢] 𝑦 𝑅 ⃗⃗⃗⃗ =
330[𝑢 ] , determinar el valor de 𝑠𝑒𝑛 𝛽.
Indique a que se le denomina vectores unitarios.
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