Subido por fernando condori

vectores

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Vectores
Definición
Marcos de referencia y componentes
Operaciones con vectores
Vectores
Definición
Un vector es:
Un ente matemático que representa una magnitud Física
Se representa gráficamente por una flecha
Contiene 3 datos de la información completa de la magnitud:
El largo de la flecha indica su módulo o intensidad
La recta que lo sustenta su dirección
La orientación su sentido de aplicación
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Vectores
Definición
Marcos de referencia y componentes
Operaciones con vectores
Primero: Asignar un marco de referencia y un sistema
de ejes coordenados
Vectores
Utilizar una forma de representación matemática del
vector en ese sistema de referencia.
Puntos cartesianos: P(x,y,z)
Suma vectorial: P = xi + yj + zk
Formalismo matricial:
Componente x del vector
Es la proyección del vector P sobre el eje x
i es el versor o vector unitario en la dirección del eje x:
1
𝒊= 0
0
𝑥
𝑷= 𝑦
𝑧
Y de la misma forma:
0
𝒋= 1
0
0
𝒊= 0
1
Vectores
Cálculo de Componentes de un vector
Si se conoce los valores de su magnitud y dirección q
𝒚
asociamos a un sistema de referencia:
𝒑
Se dibujan las componentes proyectando
el vector P sobre los ejes x,y
y
q
x
𝒙
Se podría haber elegido
otro sistema de referencia
𝒙
𝒚
cos(q) = x/P
x=P.cos(q)
seno(q) = y/P
y=P.seno(q)
q= 0
x = P.cos(0°) = P.1 = P
y = P.seno(0°) = P.0 = 0
Vectores
Cálculo de Componentes de un vector en 3
dimensiones
Si se conoce los valores de su magnitud y cosenos directores
Como cada componente es la proyección del vector
sobre cada uno de los ejes coordenados
Cada componente es:
X = P. cos(q1) ; y = P. cos(q2); z = P. cos(q3)
Si se conoce los valores de su magnitud y ángulos polares
Cada componente es:
z = r. cos(q)
x = r. seno(q) . cos(f)
y = r. seno(q) . seno(f)
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Vectores
Definición
Marcos de referencia y componentes
Operaciones con vectores
Vectores
Operaciones con vectores: Suma (y resta)
Si se debe sumar o restar 2 vectores en 3 dimensiones:
𝑎𝑥
𝑏𝑥
a = 𝑎𝑦 𝑦 𝒃 = 𝑏𝑦
𝑎𝑧
𝑏𝑧
𝑎𝑥
𝑎𝑥 + 𝑏𝑥
𝑏𝑥
c = a + b= 𝑎𝑦 + 𝑏𝑦 = 𝑎𝑦 + 𝑏𝑦
𝑎𝑧
𝑎𝑧 + 𝑏𝑧
𝑏𝑧
𝑎𝑥
𝑏𝑥
𝑎𝑥 − 𝑏𝑥
c = a - b= 𝑎𝑦 − 𝑏𝑦 = 𝑎𝑦 − 𝑏𝑦
𝑎𝑧
𝑏𝑧
𝑎𝑧 − 𝑏𝑧
Ejemplo:
2
3
5
c = a + b= −3 + 4 = 1
4
−2
2
−1
2
3
c = a - b= −3 − 4 = −7
6
4
−2
Vectores
Operaciones con vectores: Multiplicación
Existen 3 tipos de operaciones de multiplicación en que intervienen vectores
Producto de un escalar a por un vector b:
Resultado = un vector = ab.
Producto escalar de 2 vectores a.b:
Resultado = un escalar.
Producto vectorial de 2 vectores axb:
Resultado = un vector.
Vectores
Multiplicación : Producto de un escalar por un vector
Si se desea multiplicar un vector v por un escalar a
vector v
𝑣𝑥
v = 𝑣𝑦
𝑣𝑧
escalar a es < 1 => a.v
Se contrae a veces
𝑣𝑥
a𝑣𝑥
a v = 𝑣𝑦 = a𝑣𝑦
𝑣𝑧
a𝑣𝑧
escalar a es > 1 => a.v
Se expande a veces
Se multiplica cada
componente del
vector por el escalar
a
¿Qué ocurre si el valor del escalar es negativo?
el signo negativo invierte el
sentido del vector
Vectores
Multiplicación : Producto escalar entre 2 vectores
multiplicar dos vectores escalarmente a.b = escalar a
𝑎𝑥
𝑏𝑥
a = 𝑎𝑦 𝑦 𝒃 = 𝑏𝑦
𝑎𝑧
𝑏𝑧
Si se conocen las magnitudes y el ángulo
entre ellos q
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 = a
a.b =
Si se conocen las componentes de a y b
a.b =
a.b = 𝑎𝑥
𝑎𝑦
𝑏𝑥
𝑎𝑧 . 𝑏𝑦 = ax.bx + ay.by + az.bz = a
𝑏𝑧
Vectores
Multiplicación : Producto escalar entre 2 vectores
Ortogonalidad y perpendidularidad
a.b =
𝑎𝑥
𝑏𝑥
a = 𝑎𝑦 𝑦 𝒃 = 𝑏𝑦
𝑎𝑧
𝑏𝑧
q = 90°
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 = a
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠90° = 0
ayb son perpendiculares si a.b = 0
q = 0°
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠0° = a.b
ayb son paralelos si a.b = a.b
q = 180°
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠180° =
-a.b
ayb son anti paralelos si a.b = -ab
Vectores
Multiplicación : Producto escalar entre 2 vectores
Cosenos directores: Si uno de los vectores es un vector unitario en la
dirección de un eje coordenado
a.b =
𝐹𝑥
1
F = 𝐹𝑦 𝑦 𝒊 = 0
0
𝐹𝑧
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑐𝑜𝑠𝜃 = a
F.i = 𝐹 . 1 . 𝑐𝑜𝑠𝞱1 =𝐹𝑥
𝑐𝑜𝑠𝞱1=𝐹𝑥 / 𝐹
𝞱1= arcos(𝐹𝑥 / 𝐹 )
coseno director entre el vector a y el eje x
𝞱2 = arcos(𝐹𝑦 / 𝐹 )
𝞱3= arcos(𝐹𝑧 / 𝐹 )
Vectores
Multiplicación : Producto vectorial entre 2 vectores
multiplicar dos vectores escalarmente axb = vector c
axb =
axb = 𝑎 . 𝑏 . 𝑠𝑒𝑛𝑜𝜃 = c
Si a y b son perpendiculares
q = 90°
axb = 𝑎 . 𝑏 . 𝑠𝑒𝑛𝑜90° =
a.b
Si a y b son paralelos
q = 0°
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑠𝑒𝑛𝑜0° = 0
SI a y b son anti paralelos
q = 180°
a.b = 𝑎 . 𝑏 . 𝑠𝑒𝑛180° = 0
Vectores
Multiplicación : Producto vectorial entre 2 vectores
multiplicar dos vectores escalarmente uxv = vector c
uxv =
𝒊
𝑢𝑥
𝑣𝑥
𝒋
𝑢𝑦
𝑣𝑦
𝒌
𝑢𝑧 = 𝒊 𝑢𝑦 . 𝑣𝑧 − 𝑢𝑧 . 𝑣𝑦 + 𝒋 𝑣𝑥 . 𝑢𝑧 − 𝑢𝑥 . 𝑣𝑧 + 𝒌(𝑢𝑥 . 𝑣𝑦 − 𝑢𝑦 . 𝑣𝑥 )
𝑣𝑧
Importante : Propiedad Anticonmutativa
uxv = -vxu
Vectores
Multiplicación : Producto vectorial entre 2 vectores
Ejemplo:
𝟐
El vector posición de un cedro respecto de un observador es 𝒖 = −𝟑 m y un pino se encuentra en
𝟎, 𝟐
−𝟑
𝟏 m. El sistema de referencia de coordenadas cartesianas en 3 dimensiones se
la posición 𝒗 =
−𝟎, 𝟏
coloca con el origen coincidente con el observador.
a). Encuentre el vector w resultado del producto vectorial u x v de los vectores posición.
b). Pruebe que se cumple la propiedad anticonmutativa del producto vectorial.
c). Compruebe que el vector w es perpendicular a u y a v.
a). Por definición, se tiene que:
𝒊
𝒋
𝒌
𝒖𝒙𝒗 = 2 −3 0,2
−3 1 −0,1
= 𝒊 (−3). (−0,1) − 0,2.1 + 𝒋 (−3). 0,2 − 2. (−0,1) + 𝒌 2.1 − −3 . −3
= 0,1 m i – 0,4 m j – 6,99 m k.
Vectores
Multiplicación : Producto vectorial entre 2 vectores
Ejemplo:
𝟐
El vector posición de un cedro respecto de un observador es 𝒖 = −𝟑 m y un pino se encuentra en
𝟎, 𝟐
−𝟑
𝟏 m. El sistema de referencia de coordenadas cartesianas en 3 dimensiones se
la posición 𝒗 =
−𝟎, 𝟏
coloca con el origen coincidente con el observador.
a). Encuentre el vector w resultado del producto vectorial u x v de los vectores posición.
b). Pruebe que se cumple la propiedad anticonmutativa del producto vectorial.
c). Compruebe que el vector w es perpendicular a u y a v.
b) Calculando:
𝒊
𝒋
𝒌
𝒗𝒙𝒖 = 𝑣𝑥 𝑣𝑦 𝑣𝑧 = 𝒊 1.0,2 − (−3). (−0,1 + 𝒋 2. (−0,1) − 0,2. (.3) +
𝑢𝑥 𝑢𝑦 𝑢𝑧
𝒌((−3). (−3) − 1.2)
𝒗𝒙𝒖 = - 0,1 m i + 0,4 m j + 6,99 m k.
Si se compara este último resultado con el del punto a), claramente u x v = - v x u.
Vectores
Multiplicación : Producto vectorial entre 2 vectores
Ejemplo:
𝟐
El vector posición de un cedro respecto de un observador es 𝒖 = −𝟑 m y un pino se encuentra en
𝟎, 𝟐
−𝟑
𝟏 m. El sistema de referencia de coordenadas cartesianas en 3 dimensiones se
la posición 𝒗 =
−𝟎, 𝟏
coloca con el origen coincidente con el observador.
a). Encuentre el vector w resultado del producto vectorial u x v de los vectores posición.
b). Pruebe que se cumple la propiedad anticonmutativa del producto vectorial.
c). Compruebe que el vector w es perpendicular a u y a v.
c) Para comprobar la ortogonalidad entre el vector w con u y v, una forma sencilla es utilizar el producto
escalar, específicamente su propiedad que indica que su resultado es nulo si los vectores multiplicados
escalarmente son perpendiculares. Así entonces si w.v y w.u dan como resultado cero, ya que sus magnitudes
tienen valores diferentes a cero, la única posibilidad es que el ángulo entre ellos sea de p/2 radianes (90°). Se
calcularán estos productos escalares para comprobar si su resultado es nulo:
2
w.u = 0,1 −0,4 −6,99 . −3 = 0,2 + 1,2 -1.4 = 0. Comprobado.
0,2
−3
w.v = 0,1 −0,4 −6,99 . 1 = -0,3 -0,4 + 0,7 = 0. Comprobado
−0,1
… por su atención
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