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Representación Gráfica
                                       de un Vector




                           dirección: obvio
                           magnitud: longitud
                           La localización es irrelevante


                     Estos son
                     idénticos
FLORENCIO PINELA - ESPOL              1                     05/02/2010
¿Por qué es importante la dirección de
           una cantidad vectorial?
La misma rapidez (escalar)
del viento, pero distinta
velocidad (vector)




¿Qué preguntaría el piloto a la torre de control, si de ésta le indican
que el viento sopla en el aeropuerto a 40 km/h?
FLORENCIO PINELA - ESPOL           2                             05/02/2010
Representación de un vector en
                 Coordenadas Rectangulares
  Cualquier vector A que se encuentre en el plano
  x-y es posible representarlo por medio de sus
  componentes rectangulares Ax y Ay
                             !Cuidado!                   A2    2
                                                                 Ax     2
                                                                       Ay
          A Ax             Ay   Ax   4                  
                                                        A    A    Ax2 Ay
                                                                       2
                                Ay 3
                                           
                                A Ax         Ay   7     Ax = A cos
                   A
 Ay                                                     Ay = A sen
                                                            Ay              1
                                                                                Ay
                                                  tan                 tan
                     Ax                                     Ax                  Ax
FLORENCIO PINELA - ESPOL                 3                                  05/02/2010
Representación de un vector en
             Coordenadas Polares
Algunas veces es más conveniente representar un punto en el plano
por sus coordenadas polares, (r, ) donde r es la distancia desde el
origen hasta el punto de coordenadas (x,y) y es el ángulo entre r y
un eje fijo, medido contrario a las manecillas del reloj.
        y                                                            y
                                   (x,y)             tan
                                                                     x
                  r                                              1   y
                                                           tan
                                                                     x

                                                 x               2           2
         o                                           r       x           y
     05/02/2010       FLORENCIO PINELA - ESPOL                       4
La dirección de un vector en 2-D
                                y
                                            Sea    = 130
                                            Sen 130 = 0,766
                                            Cos 130 = -0,643

                                        x
                           -α
                                                  α = - 230
                                            Sen(-230 )= 0,766
                                            Cos(-230 )=-0,643
• Positivo en “sentido” antihorario
• Negativo en “sentido” horario
FLORENCIO PINELA - ESPOL            5                    05/02/2010
Ejemplo: Encuentre el vector en coordenadas polares
si sus coordenadas en el plano x-y son (-2, -5)

                                                ¡Cuidado cuando use
                                                    tan = y/x !

                                                 '         1   5
                                                     tan               68, 2o
                                                               2
        -2
                                                ¡Línea de acción del
                                                       vector!
               r                                       o                o
                                                180            68, 2
                   -5
                                        r     ( 2)2 ( 5)2             29
   r : 29; 248, 2o
  05/02/2010        FLORENCIO PINELA - ESPOL                       6
El Método Gráfico para la Suma de Vectores

                   C                          Los vectores se unen
                                     B
                                              extremo con origen,
                           A+B                   conservando su
             A+B+C                            magnitud y dirección.
                                              El vector resultante
                                 A            parte del origen del
                                               primero al extremo
                                                   del último
  D
                 R
                           R = A + B +C + D
                                   
                           R     A B C D
 Florencio Pinela
FLORENCIO PINELA - ESPOL             7                      05/02/2010
EL VECTOR NEGATIVO
        LA MAGNITUD O MODULO DE UN VECTOR ES
           SIEMPRE UNA CANTIDAD POSITIVA.

 Un vector es negativo cuando
 apunta en dirección contraria a uno
 definido como positivo.
Cuando un vector NO está referido a un
sistema de coordenadas.


                           B            C
 A           -A                -B

                                        -C

FLORENCIO PINELA - ESPOL            8        05/02/2010
RESTA DE VECTORES
RESTARLE UN VECTOR A OTRO VECTOR ES
EQUIVALENTE A SUMARLE SU VECTOR NEGATIVO

                            A – B = A + (- B)

           A                         B

                                  Del extremo de B al
                                  extremo de A
                                                                 A-B
     A-B

    Polígono                             Unamos los vectores por su origen

FLORENCIO PINELA - ESPOL             9                             05/02/2010
Pregunta de concepto

 Para los vectores a, b y c, indicados en la
 figura. ¿Cuál de las siguientes alternativas es
 correcta?
       
  1) a c b
                               a
 2) a b    c
                                       c
 3) c b a
 4) Todas son correctas         b



FLORENCIO PINELA - ESPOL   10                  05/02/2010
LA LEY DEL COSENO
   • Sean los vectores a y b

      Sea el menor ángulo formado entre los vectores
      unidos por su origen
       Sea el ángulo formado entre los vectores unidos
       extremo con origen

                  b
                                                   b

                           a          a
FLORENCIO PINELA - ESPOL       11                      05/02/2010
Sea R el vector resultante de sumar el vector a con el vector
b, esto es R = a + b, y el angulo formado entre a y b
unidos por su origen.

                            R                    b sen
                                     b

                     a
                                     b cos

               R2 = (a + b cos )2 + (b sen )2
           R2 = a2+ b2cos2 + 2abcos + b2 sen2

             R2 = a2 + b2 + 2ab cos
La ley del coseno en función del ángulo α


                   R
                             b

             a
          R2 = a2 + b2 + 2ab Cos
                 = 180 -
       cos = cos (180 - ) = - cos

     R2 = a2 + b2 - 2ab Cos
Sea P el vector resultante de la diferencia
entre los vector a y b, y sea R la resultante
de la suma entre a y b.
                                            R
                           b
                                        P
                                                P=a-b
                               a                R=a+b

                   R2 = a2 + b2 + 2ab Cos
                   P2 = a2 + b2 - 2ab Cos
Recuerde que la magnitud del vector a –b es igual
a la magnitud del vector b – a
FLORENCIO PINELA - ESPOL           14             05/02/2010
Vectores Unitarios:
 Un Vector Unitario es un vector
  que tiene magnitud 1 y no tiene
  unidades                                                U
 Es usado para especificar una
  dirección                                       û

 Un vector unitario u apunta en la
                                              y
  dirección de U
   A menudo denotado con un                      j
     “sombrero”: u = û
                                                              x
 Ejemplos útiles son los vectores        k           i
                                      z
  unitarios cartesianos [ i, j, k ]
    apuntando en las direcciones
     de los ejes x, y y z
LOS VECTORES UNITARIOS i, j y k
 Un vector unitario es la relación entre el vector
 y su magnitud             
                                       U
                                   ˆ
                                   u
                                       U
                                                               
                     y
                                                A    Ax    Ay     Az
                                            
                           j                A          ˆ
                                                    Ax i   Ay ˆ
                                                              j       ˆ
                                                                   Az k
                k              i                x

   z
FLORENCIO PINELA - ESPOL               16                              05/02/2010
Suma de Vectores usando
                componentes:
   Considere C = A + B.

     (a)   C = (Ax i + Ay j) + (Bx i + By j) = (Ax + Bx)i + (Ay + By)j
     (b)   C = (Cx i + Cy j)

   Comparando las componentes de (a) y (b):

     Cx = Ax + Bx                                           C           By
                                                                     B
     Cy = Ay + By
                                                                 A Ay Bx
                                                             Ax
Cualquier vector puede ser expresado en
   término de vectores unitarios.

                           A = Ax i + Ay j + Az k
                      Se pueden sumar, restar y multiplicar

              Sean los vectores A= 2i – 4j + 6k y B= 4i + 2j – 3k
                       
                      A B                     = 6i – 2j + 3k
                        
                      A B                    = - 2i – 6j + 9k
                         
                      A 2B                        = 10i
FLORENCIO PINELA - ESPOL                18                          05/02/2010
B
                     A




                                                        C




Exprese los vectores de la figura en función de vectores unitarios
        05/02/2010       FLORENCIO PINELA - ESPOL
                                                            19
B
                  A




                                                       C


Para los vectores de la figura realice la siguiente operación:
                       A + B – 2C
                                     20                          05/02/2010
                      FLORENCIO PINELA - ESPOL
Proyeción de un Vector en Tres
           Dimensiones
 Cualquier vector en tres
  dimensiones puede ser
  proyectado sobre el plano x-y.
                                       z
 La proyección del vector forma
                                                  
  un ángulo con el eje de las x.           a       a
 Ahora proyecte el vector sobre
  el eje de las z.
 El vector original forma un
  ángulo con el eje z.                         y

                                   x
Una Nota sobre la regla de la mano derecha
      en el sistema de coordenadas
 Un sistema de
  coordenadas en tres               z
  dimensiones debe
  obedecer la reglas de la
  mano derecha.
 Doble los dedos de su
  MANO DERECHA de tal                               y
  forma que vayan desde x
  hasta y. Su pulgar            x
  apuntará en la dirección z.



                                        September 5, 2007
Right Handed Coordinate Systems
     Which of these coordinate
     systems obey the right-hand    I.                II.
     rule?
                                          y           y
A.   I and II.
B.   II and III.                              x                 z
C.   I, II, and III.
                                     z            x
D.   I and IV.
                                          x           x
E.   IV only.                      III.                         IV.
                                              y                 z
                                     z            y


                                                            September 5, 2007
Las componentes ortogonales del vector A
 en tres dimensiones (3D).
                                  y


                                  Ayj
                                        A


                                             Ax i
                                                            x
                           Az k

               
     z         A         ˆ    j    ˆ
                       Axi Ay ˆ Az k                A   2
                                                        A
                                                        x   A   2
                                                                y       A  2
                                                                           z

FLORENCIO PINELA - ESPOL                    24                      05/02/2010
Exprese el vector indicado en la figura en
    función de sus componentes rectangulares
    i, j k.                     A = 10 i – 8 j + 4 k
                          y              10 i
                                                      ¿Cuál sería la magnitud
                                                      del vector A?
                                                       
                                    A               8 A A        102 82 42

                                                    -8j


                                                4              x
                               10       4k
z
    FLORENCIO PINELA - ESPOL            25                            05/02/2010
Determine la magnitud de los vectores A, B y C


                2        2            C
A          5        8
                                                  8

            2        2                    A   B
B         8         6
              2         2    2
C          5        6        8                6
                                      5



FLORENCIO PINELA - ESPOL         26               05/02/2010
Para el paralelepípedo de la figura, determine el ángulo
 formado entre los vectores a y b.


                                   y
a) 45,0º
b) 48,2º                                    6

                               a
c) 50,2º                                        x
                                   b
                                        4
d) 53,8º
                           z       5
e) 55,2º




FLORENCIO PINELA - ESPOL           27                 05/02/2010
Solución:

                                                       y

    R      a b            b a                                    R
                                                                         6
                                                        a
                                                                             x
    2        2        2                                      b
R        a        b       2ab cos                                    4
                                                    z       5
                 a 2 b2 R 2
Cos                                                a        42 62
                     2ab
                          o                        b        52 6 2
                 50, 2
                                                   R2       52 4 2

    05/02/2010                FLORENCIO PINELA - ESPOL                           28
y      Otra solución
                           a = 6j – 4k =>              a2 = 62 +42   => a = = 7,21
                           6       b = 5i + 6j =>       b2 = 52 + 62 => b = = 7,81
     a
            b
                               x    Llamamos c al vector (a + b) = 5i + 12j – 4k
                      4

z          5
                                                     c = 13,60
a)       45,0º                              Utilizando la ley del coseno
b) 48,2º                                     C2 = a2 + b2 + 2ab cos
c)       50,2º                     Despejando el coseno de y reemplazando los
d) 53,8º                                  módulos de los vectores a,b y c
e)       55,2º                             Cos      = (185-52-61)/112,62
                                                     Cos   = 0,64

                                        Por tanto       es igual a 50,2
FLORENCIO PINELA - ESPOL                     29                            05/02/2010
LA LEY DEL SENO
                                PQ
                         Sen
    c                            a
                b               PQ
                         Sen
a                                b
                    R            RS
                          Sen
        P                         c
                                RS
                         Sen
                    S            b
            Q

                        Sen     Sen
PQ                        RS
Sen                      Sen
       a   aSen   bSen           c
                                      cSen         bSen
      PQ                        RS
Sen                      Sen
       b                         b

           Sen    sen                Sen     Sen
             b      a                  b       c


                  Sen     Sen        Sen
                    a       b          c
                    a       b          c
                  Sen     Sen        Sen
LA LEY DEL SENO

                                      c
                                                b
                                 a

                           Sen       Sen       Sen
                             a         b         c
                             a         b         c
                           Sen       Sen       Sen
FLORENCIO PINELA - ESPOL                  32         05/02/2010
Utilice la ley del seno para determinar los valores
de las tensiones de cada una de las cuerdas.


                                                         T1
                            40                T2




 20



                    100 N                          T3

       05/02/2010       FLORENCIO PINELA - ESPOL
                                                        33
T2
                                                                70
                                                 T1                        70
                      40
                                                           T3
                           T2                                              T1
                                                                40


20


                                                        T3             T1
             100 N                                    sen70o         sen70o
                                 T3=100 N

  T3       T2                     sen40o
                                                      T3   T1 100 N
                      T2    100 N
sen70o   sen40o                   sen70o
         05/02/2010   FLORENCIO PINELA - ESPOL
                                                                      34
El Método Analítico para
      la Suma de Vectores
• El método geométrico de suma de vectores NO es el
procedimiento recomendado en situaciones donde se requiere alta
precisión o en problemas tridimensionales.

En esta sección se describe un método para sumar vectores que
hacen uso de las proyecciones de un vector a lo largo de los ejes de
un sistema de coordenadas rectangular.

A estas proyecciones se las llama componentes del vector.
 Cualquier vector se puede describir completamente por sus
componentes.

FLORENCIO PINELA - ESPOL         35                           05/02/2010
SUMA DE VECTORES: COMPONENTES ORTOGONALES



                           B
                                    A




                                        C




FLORENCIO PINELA - ESPOL       36           05/02/2010
Cy    By
                                           B             C


                                                    R
                                Ay    A
                Ry

                                           Ax
                                               Bx
                                                         Cx
                                                        Rx

                                                          
Rx          Ax         Bx Cx              Ry        Ay        By Cy
FLORENCIO PINELA - ESPOL             37                         05/02/2010
DETERMINACIÓN DE LA MAGNITUD Y DIRECCIÓN
                     DEL VECTOR R
            Rx = Ax + B x + Cx (suma vectorial)
                           Ry = Ay + B y + Cy         (suma vectorial)

                                  R
    Ry

                                                 Rx



                                                                   2          2
     Magnitud del vector R                             R         R x      R   y

      Línea de acción del                                          1
                                                                         Ry
      vector R
                                                             tan
                                                                         Rx
FLORENCIO PINELA - ESPOL                        38                                05/02/2010
Determine el vector que al sumarse a los
 vectores a y b den una resultante nula.

 a) i – 10j + 3k                y
 b) 2i – 5j + 6k
                                    b   a
 c) 5j + 6k
                                                5
 d) 10j – 3k
                                                    x
 e) –10j + 3k                               3
                                    7
                           z




FLORENCIO PINELA - ESPOL   39                           05/02/2010
y         Solución:                                      a) i – 10j + 3k
                                               a        7i 5 j       b) 2i – 5j + 6k
               b           a                                        c) 5j + 6k
                                                                     d) 10j – 3k
                                   5       b            7i 5 j 3k    e) –10j + 3k
                                       x
                                             
               7
                               3           a b c                 0
 z

   Si un vector determinado vale cero, sus
componentes ortogonales valdrán cero también.

ax + bx + cx = 0 → cx = 0

ay + by + cy = 0 → cy = - 10 j
                                                          C = 0 i – 10 j + 3 k
Az + bz + cz = 0 → cz = 3 k
FLORENCIO PINELA - ESPOL                           40                        05/02/2010
VECTOR EN 3-D Y LOS COSENOS DIRECTORES

                           y
                                                            Ax
                                                  Cos
                                                            A
                               Ay
                                                            Ay
                                                  Cos
                                    A                       A
                                                        x
                                             Ax
                 Az
                                                            Az
                                                  Cos
                                                            A
        z
FLORENCIO PINELA - ESPOL                41                   05/02/2010
NOTAS IMPORTANTES SOBRE LA
                 DIRECCIÓN DE UN VECTOR
 Si el vector se encuentra en el plano (2-D), la
 dirección del vector será indicada a través del valor
 del ángulo que forma el vector con el eje positivo de
 las “x”.
 Si el vector se encuentra en el espacio (3-D), la
 dirección del vector será indicada por los ángulos
 que forma el vector con cada una de las direcciones
 positivas de los ejes de coordenadas.
FLORENCIO PINELA - ESPOL    42                     05/02/2010
RELACIÓN ENTRE LOS COSENOS DIRECTORES
                      Ax                        Ay                     Az
         Cos                        Cos                      Cos
                      A                         A                      A    Teorema de
                                 A2                                         Pitágoras en
                                         2       2
                                        Ax      Ay   Az2

                A2         ( ACos ) 2     ( ACos ) 2         ( ACos ) 2          3-D

                   A2        A2 Cos 2        A2 Cos 2        A2Cos 2

                      A2      A2 (Cos 2          Cos 2       Cos 2 )
                            Cos 2       Cos 2        Cos 2     1

  Con esta expresión, si conocemos dos de los
    tres ángulos podemos hallar el tercero.

FLORENCIO PINELA - ESPOL                        43                               05/02/2010
y
A = 10 i – 8 j + 4 k                                             10 i


¿Cuál es la dirección
   del vector A?                                       A                        8

                                                                                -8j
A       102 82 42
                                                                                                  x
                                                                        4
                       z                        10               4k
         Ax                1    10
Cos                  cos                41,8o
         A                     13, 41

         Ay                1      8                         Az                    4
Cos                  cos                126,6o        Cos             cos   1
                                                                                          72,6o
          A                    13, 41                       A                   13, 41


FLORENCIO PINELA - ESPOL                         44                                      05/02/2010
El vector mostrado en la figura tiene una
         magnitud de 20 unidades. El ángulo que
         forma el vector con el eje y es:
                                    y
       a) 30,0º

       b) 60,0º
                                            x
                                        6
       c) 72,5º                     8
                           z
       d) 41,1º

       e) 35,2º


FLORENCIO PINELA - ESPOL       45               05/02/2010
y      Solución:                         Ay
                                           Cos
                                                       A
                                 x
                                           ¿Cuánto vale Ay?
                            6
              8
z                                          2     2       2         2
                                       A        Ax     A y     A   z


                           Ay    202 82 62       17,32

                            Ay             1   17,32
         Cos                         cos                     30o
                            A                   20


FLORENCIO PINELA - ESPOL              46                               05/02/2010
EL PRODUCTO ESCALAR DE VECTORES
 Sean A y B dos vectores y sea el menor ángulo formado
 entre los vectores unidos por su origen

                                A
                                             B


                           A • B = A B Cos
  De acuerdo a la definición, A • B es un número
  que puede ser positivo, negativo o cero, todo
  depende del valor del ángulo entre los
  vectores.
FLORENCIO PINELA - ESPOL            47              05/02/2010
Proyección de un Vector: Producto Punto
 El producto punto nos dice
  acerca de cuán paralelo son dos
  vectores.
 El producto puntos (producto
  escalar) de dos vectores puede
  ser pensado como la proyección
  de uno de los vectores sobre el
                                                                                      
  otro.                                                                               B
           
          A B       AB cos              ( A cos ) B                                   
                                                                                      A
 Componentes
                                                      A(B cos )
          
         A B    Ax Bx   Ay By   Az Bz



                                                                  September 5, 2007
Proyección de un Vector: Producto Punto
 El producto punto nos dice
  acerca de cuán paralelo
  son dos vectores.
 El producto puntos (producto
  escalar) de dos vectores puede
  ser pensado como la proyección
  de uno de los vectores sobre el                                     
  otro.                                 Projection is zero            B
           
          A B       AB cos
 Componentes
                                                                    
         A B    Ax Bx   Ay By   Az Bz                                 A




                                                  September 5, 2007
A


                                            A•B=0
                               B
           A
                                            A•B <0
                                    B


                           A
                                            A•B >0
                                        B


FLORENCIO PINELA - ESPOL       50                    05/02/2010
Dados los vectores A y B. En cuál de los siguientes casos
el valor de A•B tiene el mayor valor




               1
  A                            2                3
                      B    A            B      A


                                                        B




FLORENCIO PINELA - ESPOL           51               05/02/2010
EL PRODUCTO ESCALAR EN COORDENADAS CARTESIANAS

SEAN LOS VECTORES:                  A = Ax i + Ay j + Az k y B = Bx i + By j + Bz k

                  A • B = (Ax i + Ay j + Az k) • (Bx i + By j + Bz k)

 A • B = (Ax i) • (Bx i + By j + Bz k) + Ay j • (Bx i + By j + Bz k) + Az k •(Bx i + By j + Bz k)


       El producto escalar entre vectores respectivamente
                 perpendiculares es igual a cero
                  A • B = Ax i • (Bx i) + Ay j • (By j) + Az k •(Bz k)

                  A • B = Ax Bx + Ay By + Az Bz
FLORENCIO PINELA - ESPOL                      52                                       05/02/2010
A = Ax i + Ay j + Az k               y           B = Bx i + By j + Bz k

  A•B=             Suma de los productos de sus respectivas componentes

                A • B = Ax Bx + Ay By + Az Bz

¡TENGA CUIDADO CON LOS SIGNOS DE LAS
COMPONENTES DE LOS VECTORES!

                               A•B=B•A
                   EL PRODUCTO ESCALAR ES
                        CONMUTATIVO
FLORENCIO PINELA - ESPOL               53                           05/02/2010
INTERPRETACIÓN GEOMÉTRICA DEL PRODUCTO ESCALAR

             A
                                  Acos es la proyección del vector A
                           B         sobre el vector B, esto es AB


                                  El área del rectángulo que tiene
                                  por lados A Cos y B, es AB Cos


                           AB Cos     es por definición el resultado de
                           multiplicar escalarmente dos vectores de
                           magnitudes A y B que forman un ángulo .



  A • B =ABB = BAA = AB Cos             = Ax Bx + Ay By + Az Bz

FLORENCIO PINELA - ESPOL         54                            05/02/2010
Dado el siguiente gráfico:


                            P
                                                   S
                                   Q


                       Entonces:       S•P = S•Q

 a) Verdad
 b) Falso
 c) Faltan los ángulos de los vectores
FLORENCIO PINELA - ESPOL               55              05/02/2010
Para que los vectores: a = 6 i – 3 j + 6 k
      y b = i – 2 j + 3 k sean ortogonales,
        debe tomar el valor de


      a) –4
      b) 4
      c) –6
      d) 6
      e) –8                α=-4

FLORENCIO PINELA - ESPOL    56            05/02/2010
Sean lo vectores: a = 5i - 2j + 3k y
           b = 2i + 5j + 6k. La proyección del
           vector a sobre el vector b es.

       a) 4.6
       b) 3.2
       c) 2.8
       d) 2.2
       e) 1.2
                                (5)(2) ( 2)(5) (3)(6)
                           ab                                 2, 23
                                          2       2       2
                                      2       5       6

FLORENCIO PINELA - ESPOL             57                               05/02/2010
Conociendo que |A| = 10 u y |B| = 15 u,
      el ángulo formado entre los vectores
      A y B es
                                    y
      a) 90,0º
      b) 86,4º                              b
      c) 80,4
      d) 76,4º                                  5   x
                                        a
      e) 70,4º
                           z




FLORENCIO PINELA - ESPOL       58                       05/02/2010
Solución:                        |A| = 10 u y |B| = 15 u
       y
                   B               A • B = AB Cos = Ax Bx + Ay By + Az Bz

                           5   x     Ax = 5         Ay = 0     Az = ?
             A

z
                                     Bx = 5         By = ?      Bz = 0

                    A • B = AB Cos = (5)(5) + 0( By) + (Az)0

                               (10)(15) Cos = (5)(5)

                                         1     25
                                   cos              80, 4o
                                              150

FLORENCIO PINELA - ESPOL                     59                    05/02/2010
EL PRODUCTO CRUZ DE VECTORES
   Sean A y B dos vectores y sea el menor ángulo formado entre
   los vectores unidos por su origen.

                                      A
         C             AxB                              B


Se define el producto A x B como otro vector, llamemos C a
este vector. Por definición C es un vector perpendicular al
plano formado por los vectores A y B y su dirección está de
acuerdo a la regla de la “mano derecha”, la magnitud del
vector C es por definición:
                           
                           C   C        AB Sen
FLORENCIO PINELA - ESPOL           60                            05/02/2010
La regla de la mano derecha y la
            dirección del vector C

                                Cruce el vector A con el
                                vector B “barriendo” el
                                menor ángulo. El pulgar
                                   extendido le da la
                                 dirección del vector C




FLORENCIO PINELA - ESPOL   61                        05/02/2010
La Regla de la Mano Derecha




FLORENCIO PINELA - ESPOL   62          05/02/2010 23:47
C               DIRECCIÓN DEL VECTOR C


                                           AxB=C
                               B

                           A
                                          BxA=-C
                               B

                           A              AxB=-BxA
                               El producto vectorial
                               no es conmutativo!!!
            -C
FLORENCIO PINELA - ESPOL             63                05/02/2010
INTERPRETACIÓN GEOMÉTRICA DEL
          PRODUCTO VECTORIAL


                             A
                                  A Sen

                                      B
                                 
                           A x B = C = AB sen

     C = AB Sen                  =>       Área del paralelogramo formado
                                          por los vectores A y B
FLORENCIO PINELA - ESPOL                  64                      05/02/2010
Para la operación entre vectores C = AxB
 indique si cada enunciado es correcto o no
1. (A x B) x C = 0                         V             F

2. C (A x B) = C2                         V              F
3. La proyección del vector A sobre        V             F
el vector C es cero
4. La proyección del vector C sobre       V              F
el vector B es diferente de cero

5. La magnitud del vector C                   V          F
corresponde al área del paralelogramo formado de A y B
                                   65                        05/02/2010
Producto Cruz
 El producto cruz de dos
                                                   Recall angular momentum
  vectores nos dice acerca de                                        
  cuán perpendiculares ellos son.                               L    r p
  Usted los encontrará en el                       Torque
                                                                     
  contexto de rotación o torque.                                     r F
              
             A B       AB sin
                                                                                
                                                                                 B
 Dirección perpendicular tanto a                                   B sin
  A y B (regla de la mano-
             
  derecha) A B B A                                                                   
                                                                                       A
              ˆ    ˆ     ˆ                                                           
             i     j    k                                                            A sin
        
       A B   Ax   Ay    Az
             Bx   By    Bz      ( Ay Bz          ˆ
                                          Az By )i ( Az Bx   Ax Bz ) ˆ ( Ax By
                                                                     j                  ˆ
                                                                                 Ay Bx )k
EL PRODUCTO VECTORIAL EN COORDENADAS CARTESIANAS

 SEAN LOS VECTORES:                  A = Ax i + Ay j + Az k y B = Bx i + By j + Bz k

                   A x B = (Ax i + Ay j + Az k) x (Bx i + By j + Bz k)

A x B = (Ax i) x (Bx i + By j + Bz k) + (Ay j) x (Bx i + By j + Bz k) + (Az k) x (Bx i + By j + Bz k)


  El producto cruz de vectores que tienen la misma dirección vale cero!!

    A x B = (Ax i) x (By j + Bz k) + Ay j x (Bx i + Bz k) + Az k x (Bx i + By j)

A x B = AxBy i x j + AxBz i x k + AyBx j x i + AyBz j x k + AzBx k x i + AzBy k x j

 FLORENCIO PINELA - ESPOL                        67                                      05/02/2010
A x B = AxBy i x j + AxBz i x k + AyBx j x i + AyBz j x k + AzBx k x i + AzBy k x j
                 i                                                   j
                                          ixj=k                              -k
                                          jxk=i
                                                                                  i
                                          kxi=j
    k                      j              i x k = -j           k      -j
                                          j x i = -k

A x B = AxBy k + AxBz (-j) + AyBx (-k) + AyBz i + AzBx j + AzBy (-i)
                     Agrupemos los términos i, j y k

   A x B = (AyBz – AzBy)i + (AzBx – AxBz)j + (AxBy – AyBx)k
FLORENCIO PINELA - ESPOL                68                                 05/02/2010
A x B = (AyBz – AzBy)i + (AzBx – AxBz)j + (AxBy – AyBx)k

          i   j    k
                         Ay Az             Ax Az      Ax Ay
AxB=      Ax Ay Az     = By Bz i -         Bx Bz   j + Bx By k
          Bx By Bz

 
 C                     ˆ                 j                 ˆ
       ( Ay Bz Az By ) i ( Ax Bz Az Bx ) ˆ ( Ax By Ay Bx ) k
        
                                   
                                                     
              Cx                   Cy                Cz




 05/02/2010            FLORENCIO PINELA - ESPOL               69
Sean los vectores A y B no paralelos que se encuentran en un
mismo plano, se define C = AxB, entonces podemos afirmar que:



a) El modulo del vector C representa el área del triangulo formado
   por A y B
b) La proyección vectorial de A sobre B es ( A.B ) / |B|
c) La proyección escalar de A sobre B es ( A.B )|B|
d) La proyección escalar de C sobre A es 0
e) No se puede realizar lo operación AxB




FLORENCIO PINELA - ESPOL        70                          05/02/2010
C = AxB                      En el grafico se indica que el vector C
  F = ExD            A         es el resultado del producto vectorial
                               entre A y B y el vector F es el
   F                       B   resultado del producto vectorial entre
                               E y D.

                   E
Cuál de las siguientes opciones representa mejor la dirección de
un vector que sumado al vector (D x C) da una resultante nula.




            A                  B               C               D
FLORENCIO PINELA - ESPOL            71                           05/02/2010
Sean los vectores A = 3 i – j + 2 k y B = -2 i – 2 j – 4 k, el
     vector unitario perpendicular al plano formado por los
     vectores A y B es
                   8          8
     a )0i
                  128
                      j
                             128
                                 k
                                         Si logramos determinar un
           8         8         8
                                         vector perpendicular al plano
    b)
          192
              i
                    192
                        j
                              192
                                  k      formado entre los vectores A y
                                         B. Podemos determinar el
   c)
            1
               i
                     11
                         j
                                 8
                                    k    vector unitario dividiendo éste
           186       186        186
                                         vector para su magnitud.
          8     8               8
    e)        i     j               k
          384   384             384

           8          16         8
     e)        i          j          k
           384        384        384


FLORENCIO PINELA - ESPOL                     72                      05/02/2010
Solución:                    A = 3 i – j + 2 k y B = -2 i – 2 j – 4 k

              i      j      k
                                       -1         2       3     2       3    -1
AxB=          3     -1       2       = -2        -4 i -   -2   -4   j + -2   -2 k
              -2    -2      -4

A x B = [(-1)(-4) - (-2)(2)] i – [(3)(-4) - (-2)(2)] j + [(3)(-2)-(-2)(-1)] k

                                 C =Ax B = 8 i+ 8 j– 8 k
                                          
                                     ˆ    C      8i 8 j 8k
                                     C
                                          C       82 82 82

                                 ˆ       8            8        8
                                 C           i            j        k
                                         192          192      192
 FLORENCIO PINELA - ESPOL                        73                           05/02/2010
¿Cuál de las siguientes alternativas representa un
       vector perpendicular al plano sombreado de la
       figura?.                               y


                                          6
       a) 24i + 20j + 30k
       b) –5i + 6j + 8k                                      x
       c) –12i – 10j + 15k                              5
       d) 12i – 10j –15k
       e) 24i + 20j+ 15k            4
                               z




FLORENCIO PINELA - ESPOL       74                       05/02/2010
Solución:
                  6                               Un vector perpendicular al
                                                  plano sombreado, es también
            A                               x     perpendicular al plano formado
                                        5         por los vectores A y B
                           B
       4
z                                   A=6j–4k                  B=5i–4k
              i       j        k
                                       6        -4       0   -4      0    6
    AxB=      0       6        -4    = 0        -4 i -   5   -4   j+ 5    0 k
              5       0        -4


                           A x B = - 24 i – 20 j - 30 k
FLORENCIO PINELA - ESPOL                    75                           05/02/2010
DETERMINE EL VALOR DEL ÀREA DEL PLANO
 SOMBREADO DE LA FIGURA
                                                          y
Solución:
                                                  6
 C = A x B = - 24 i – 20 j - 30 k

La magnitud de C representa                   A                             x
el área del paralelogramo                                             5
El área sombreada                                         B
(rayada) corresponde a la                 4
                                 z            
mitad del área del                            C   C       242   202 302
paralelogramo.                                        
                                                      C       43,3
                           Area sombreada                            21,65 u 2
                                                      2        2
FLORENCIO PINELA - ESPOL             76                                   05/02/2010
Dos vectores A y B vienen expresados por:
     A = 3i + 4j + k ; B = 4i - 5j + 8k. Es verdad que A y
     B:

a)   Son paralelos y apuntan en la misma dirección.
b)    Son paralelos y apuntan en direcciones contrarias.
c)    Forman un ángulo de 45º entre sí.
d)    Son perpendiculares.
e)    Todas las alternativas anteriores son falsas.




 FLORENCIO PINELA - ESPOL         77                       05/02/2010
Solución:

       A = 3i + 4j + k                 y       B = 4i - 5j + 8k.

 Utilicemos la ley del coseno para determinar el ángulo
 formado entre los vectores.
                 
                A B            AB cos              Ax Bx         Ay By   Az Bz

                                      Ax Bx    Ay By           Az Bz
                            cos
                                                AB

                            1     12 20 8                  1       0
                      cos                            cos                  90o
                                   (26)(105)                      2730


FLORENCIO PINELA - ESPOL                       78                                 05/02/2010
Sean las rectas AB y AC las que se cruzan en el punto A de
      coordenadas (4,-5,6), y los puntos B y C de coordenadas
      (2,3,5) y (5,4,2) respectivamente. ¿Cuál de las siguientes
      alternativas representaría un vector perpendicular al plano
      formado por las rectas?.

a)   –23 i – 9 j – 26 k
b)     9 i – 14 j + 8 k
c)     9 i – 23 j + 26 k
d)     23 i – 9 j + 26 k
e)     –9 i + 14 j – 8 k
                            = (-9+32)i – (-1-8)j + (8+18)k
                                  = 23 i + 9 j +26 k
                                 = - 23 i - 9 j – 26 k
 FLORENCIO PINELA - ESPOL          79                       05/02/2010
Sean las rectas AB y AC las que se cruzan en el punto A de
  coordenadas (4,-5,6), y los puntos B y C de coordenadas (2,3,5) y
  (5,4,2) respectivamente.¿Cuál de las siguientes alternativas
  representaría un vector perpendicular al plano formado por las
  rectas?.
AC    (5 4)i [(4 ( 5)] j (2 6)k               C
AC    i 9 j 4k

AB   (2 4)i [3 ( 5)] j (5 6)k
AB    2i 8 j k


                                       B



                                                  A
 FLORENCIO PINELA - ESPOL         80                        05/02/2010

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VECTORES: Bachillerato y Nivel Cero B (ESPOL)

  • 1. Representación Gráfica de un Vector dirección: obvio magnitud: longitud La localización es irrelevante Estos son idénticos FLORENCIO PINELA - ESPOL 1 05/02/2010
  • 2. ¿Por qué es importante la dirección de una cantidad vectorial? La misma rapidez (escalar) del viento, pero distinta velocidad (vector) ¿Qué preguntaría el piloto a la torre de control, si de ésta le indican que el viento sopla en el aeropuerto a 40 km/h? FLORENCIO PINELA - ESPOL 2 05/02/2010
  • 3. Representación de un vector en Coordenadas Rectangulares Cualquier vector A que se encuentre en el plano x-y es posible representarlo por medio de sus componentes rectangulares Ax y Ay    !Cuidado! A2 2 Ax 2 Ay A Ax Ay Ax 4  A A Ax2 Ay 2 Ay 3    A Ax Ay 7 Ax = A cos A Ay Ay = A sen Ay 1 Ay tan tan Ax Ax Ax FLORENCIO PINELA - ESPOL 3 05/02/2010
  • 4. Representación de un vector en Coordenadas Polares Algunas veces es más conveniente representar un punto en el plano por sus coordenadas polares, (r, ) donde r es la distancia desde el origen hasta el punto de coordenadas (x,y) y es el ángulo entre r y un eje fijo, medido contrario a las manecillas del reloj. y y (x,y) tan x r 1 y tan x x 2 2 o r x y 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 4
  • 5. La dirección de un vector en 2-D y Sea = 130 Sen 130 = 0,766 Cos 130 = -0,643 x -α α = - 230 Sen(-230 )= 0,766 Cos(-230 )=-0,643 • Positivo en “sentido” antihorario • Negativo en “sentido” horario FLORENCIO PINELA - ESPOL 5 05/02/2010
  • 6. Ejemplo: Encuentre el vector en coordenadas polares si sus coordenadas en el plano x-y son (-2, -5) ¡Cuidado cuando use tan = y/x ! ' 1 5 tan 68, 2o 2 -2 ¡Línea de acción del vector! r o o 180 68, 2 -5  r ( 2)2 ( 5)2 29 r : 29; 248, 2o 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 6
  • 7. El Método Gráfico para la Suma de Vectores C Los vectores se unen B extremo con origen, A+B conservando su A+B+C magnitud y dirección. El vector resultante A parte del origen del primero al extremo del último D R R = A + B +C + D      R A B C D Florencio Pinela FLORENCIO PINELA - ESPOL 7 05/02/2010
  • 8. EL VECTOR NEGATIVO LA MAGNITUD O MODULO DE UN VECTOR ES SIEMPRE UNA CANTIDAD POSITIVA. Un vector es negativo cuando apunta en dirección contraria a uno definido como positivo. Cuando un vector NO está referido a un sistema de coordenadas. B C A -A -B -C FLORENCIO PINELA - ESPOL 8 05/02/2010
  • 9. RESTA DE VECTORES RESTARLE UN VECTOR A OTRO VECTOR ES EQUIVALENTE A SUMARLE SU VECTOR NEGATIVO A – B = A + (- B) A B Del extremo de B al extremo de A A-B A-B Polígono Unamos los vectores por su origen FLORENCIO PINELA - ESPOL 9 05/02/2010
  • 10. Pregunta de concepto Para los vectores a, b y c, indicados en la figura. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta?    1) a c b    a 2) a b c    c 3) c b a 4) Todas son correctas b FLORENCIO PINELA - ESPOL 10 05/02/2010
  • 11. LA LEY DEL COSENO • Sean los vectores a y b Sea el menor ángulo formado entre los vectores unidos por su origen Sea el ángulo formado entre los vectores unidos extremo con origen b b a a FLORENCIO PINELA - ESPOL 11 05/02/2010
  • 12. Sea R el vector resultante de sumar el vector a con el vector b, esto es R = a + b, y el angulo formado entre a y b unidos por su origen. R b sen b a b cos R2 = (a + b cos )2 + (b sen )2 R2 = a2+ b2cos2 + 2abcos + b2 sen2 R2 = a2 + b2 + 2ab cos
  • 13. La ley del coseno en función del ángulo α R b a R2 = a2 + b2 + 2ab Cos = 180 - cos = cos (180 - ) = - cos R2 = a2 + b2 - 2ab Cos
  • 14. Sea P el vector resultante de la diferencia entre los vector a y b, y sea R la resultante de la suma entre a y b. R b P P=a-b a R=a+b R2 = a2 + b2 + 2ab Cos P2 = a2 + b2 - 2ab Cos Recuerde que la magnitud del vector a –b es igual a la magnitud del vector b – a FLORENCIO PINELA - ESPOL 14 05/02/2010
  • 15. Vectores Unitarios:  Un Vector Unitario es un vector que tiene magnitud 1 y no tiene unidades U  Es usado para especificar una dirección û  Un vector unitario u apunta en la y dirección de U A menudo denotado con un j “sombrero”: u = û x  Ejemplos útiles son los vectores k i z unitarios cartesianos [ i, j, k ]  apuntando en las direcciones de los ejes x, y y z
  • 16. LOS VECTORES UNITARIOS i, j y k Un vector unitario es la relación entre el vector y su magnitud  U ˆ u U     y A Ax Ay Az  j A ˆ Ax i Ay ˆ j ˆ Az k k i x z FLORENCIO PINELA - ESPOL 16 05/02/2010
  • 17. Suma de Vectores usando componentes:  Considere C = A + B. (a) C = (Ax i + Ay j) + (Bx i + By j) = (Ax + Bx)i + (Ay + By)j (b) C = (Cx i + Cy j)  Comparando las componentes de (a) y (b):  Cx = Ax + Bx C By B  Cy = Ay + By A Ay Bx Ax
  • 18. Cualquier vector puede ser expresado en término de vectores unitarios. A = Ax i + Ay j + Az k Se pueden sumar, restar y multiplicar Sean los vectores A= 2i – 4j + 6k y B= 4i + 2j – 3k   A B = 6i – 2j + 3k   A B = - 2i – 6j + 9k   A 2B = 10i FLORENCIO PINELA - ESPOL 18 05/02/2010
  • 19. B A C Exprese los vectores de la figura en función de vectores unitarios 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 19
  • 20. B A C Para los vectores de la figura realice la siguiente operación: A + B – 2C 20 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL
  • 21. Proyeción de un Vector en Tres Dimensiones  Cualquier vector en tres dimensiones puede ser proyectado sobre el plano x-y. z  La proyección del vector forma   un ángulo con el eje de las x. a a  Ahora proyecte el vector sobre el eje de las z.  El vector original forma un ángulo con el eje z. y x
  • 22. Una Nota sobre la regla de la mano derecha en el sistema de coordenadas  Un sistema de coordenadas en tres z dimensiones debe obedecer la reglas de la mano derecha.  Doble los dedos de su MANO DERECHA de tal y forma que vayan desde x hasta y. Su pulgar x apuntará en la dirección z. September 5, 2007
  • 23. Right Handed Coordinate Systems Which of these coordinate systems obey the right-hand I. II. rule? y y A. I and II. B. II and III. x z C. I, II, and III. z x D. I and IV. x x E. IV only. III. IV. y z z y September 5, 2007
  • 24. Las componentes ortogonales del vector A en tres dimensiones (3D). y Ayj A Ax i x Az k  z A ˆ j ˆ Axi Ay ˆ Az k A 2 A x A 2 y A 2 z FLORENCIO PINELA - ESPOL 24 05/02/2010
  • 25. Exprese el vector indicado en la figura en función de sus componentes rectangulares i, j k. A = 10 i – 8 j + 4 k y 10 i ¿Cuál sería la magnitud del vector A?  A 8 A A 102 82 42 -8j 4 x 10 4k z FLORENCIO PINELA - ESPOL 25 05/02/2010
  • 26. Determine la magnitud de los vectores A, B y C 2 2 C A 5 8 8 2 2 A B B 8 6 2 2 2 C 5 6 8 6 5 FLORENCIO PINELA - ESPOL 26 05/02/2010
  • 27. Para el paralelepípedo de la figura, determine el ángulo formado entre los vectores a y b. y a) 45,0º b) 48,2º 6 a c) 50,2º x b 4 d) 53,8º z 5 e) 55,2º FLORENCIO PINELA - ESPOL 27 05/02/2010
  • 28. Solución:      y R a b b a R 6 a x 2 2 2 b R a b 2ab cos 4 z 5 a 2 b2 R 2 Cos a 42 62 2ab o b 52 6 2 50, 2 R2 52 4 2 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 28
  • 29. y Otra solución a = 6j – 4k => a2 = 62 +42 => a = = 7,21 6 b = 5i + 6j => b2 = 52 + 62 => b = = 7,81 a b x Llamamos c al vector (a + b) = 5i + 12j – 4k 4 z 5 c = 13,60 a) 45,0º Utilizando la ley del coseno b) 48,2º C2 = a2 + b2 + 2ab cos c) 50,2º Despejando el coseno de y reemplazando los d) 53,8º módulos de los vectores a,b y c e) 55,2º Cos = (185-52-61)/112,62 Cos = 0,64 Por tanto es igual a 50,2 FLORENCIO PINELA - ESPOL 29 05/02/2010
  • 30. LA LEY DEL SENO PQ Sen c a b PQ Sen a b R RS Sen P c RS Sen S b Q Sen Sen
  • 31. PQ RS Sen Sen a aSen bSen c cSen bSen PQ RS Sen Sen b b Sen sen Sen Sen b a b c Sen Sen Sen a b c a b c Sen Sen Sen
  • 32. LA LEY DEL SENO c b a Sen Sen Sen a b c a b c Sen Sen Sen FLORENCIO PINELA - ESPOL 32 05/02/2010
  • 33. Utilice la ley del seno para determinar los valores de las tensiones de cada una de las cuerdas. T1 40 T2 20 100 N T3 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 33
  • 34. T2 70 T1 70 40 T3 T2 T1 40 20 T3 T1 100 N sen70o sen70o T3=100 N T3 T2 sen40o T3 T1 100 N T2 100 N sen70o sen40o sen70o 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 34
  • 35. El Método Analítico para la Suma de Vectores • El método geométrico de suma de vectores NO es el procedimiento recomendado en situaciones donde se requiere alta precisión o en problemas tridimensionales. En esta sección se describe un método para sumar vectores que hacen uso de las proyecciones de un vector a lo largo de los ejes de un sistema de coordenadas rectangular. A estas proyecciones se las llama componentes del vector. Cualquier vector se puede describir completamente por sus componentes. FLORENCIO PINELA - ESPOL 35 05/02/2010
  • 36. SUMA DE VECTORES: COMPONENTES ORTOGONALES B A C FLORENCIO PINELA - ESPOL 36 05/02/2010
  • 37. Cy By B C R Ay A Ry Ax Bx Cx Rx         Rx Ax Bx Cx Ry Ay By Cy FLORENCIO PINELA - ESPOL 37 05/02/2010
  • 38. DETERMINACIÓN DE LA MAGNITUD Y DIRECCIÓN DEL VECTOR R Rx = Ax + B x + Cx (suma vectorial) Ry = Ay + B y + Cy (suma vectorial) R Ry Rx 2 2 Magnitud del vector R R R x R y Línea de acción del 1 Ry vector R tan Rx FLORENCIO PINELA - ESPOL 38 05/02/2010
  • 39. Determine el vector que al sumarse a los vectores a y b den una resultante nula. a) i – 10j + 3k y b) 2i – 5j + 6k b a c) 5j + 6k 5 d) 10j – 3k x e) –10j + 3k 3 7 z FLORENCIO PINELA - ESPOL 39 05/02/2010
  • 40. y Solución:  a) i – 10j + 3k a 7i 5 j b) 2i – 5j + 6k b a  c) 5j + 6k d) 10j – 3k 5 b 7i 5 j 3k e) –10j + 3k x    7 3 a b c 0 z Si un vector determinado vale cero, sus componentes ortogonales valdrán cero también. ax + bx + cx = 0 → cx = 0 ay + by + cy = 0 → cy = - 10 j C = 0 i – 10 j + 3 k Az + bz + cz = 0 → cz = 3 k FLORENCIO PINELA - ESPOL 40 05/02/2010
  • 41. VECTOR EN 3-D Y LOS COSENOS DIRECTORES y Ax Cos A Ay Ay Cos A A x Ax Az Az Cos A z FLORENCIO PINELA - ESPOL 41 05/02/2010
  • 42. NOTAS IMPORTANTES SOBRE LA DIRECCIÓN DE UN VECTOR Si el vector se encuentra en el plano (2-D), la dirección del vector será indicada a través del valor del ángulo que forma el vector con el eje positivo de las “x”. Si el vector se encuentra en el espacio (3-D), la dirección del vector será indicada por los ángulos que forma el vector con cada una de las direcciones positivas de los ejes de coordenadas. FLORENCIO PINELA - ESPOL 42 05/02/2010
  • 43. RELACIÓN ENTRE LOS COSENOS DIRECTORES Ax Ay Az Cos Cos Cos A A A Teorema de A2 Pitágoras en 2 2 Ax Ay Az2 A2 ( ACos ) 2 ( ACos ) 2 ( ACos ) 2 3-D A2 A2 Cos 2 A2 Cos 2 A2Cos 2 A2 A2 (Cos 2 Cos 2 Cos 2 ) Cos 2 Cos 2 Cos 2 1 Con esta expresión, si conocemos dos de los tres ángulos podemos hallar el tercero. FLORENCIO PINELA - ESPOL 43 05/02/2010
  • 44. y A = 10 i – 8 j + 4 k 10 i ¿Cuál es la dirección del vector A? A 8 -8j A 102 82 42 x 4 z 10 4k Ax 1 10 Cos cos 41,8o A 13, 41 Ay 1 8 Az 4 Cos cos 126,6o Cos cos 1 72,6o A 13, 41 A 13, 41 FLORENCIO PINELA - ESPOL 44 05/02/2010
  • 45. El vector mostrado en la figura tiene una magnitud de 20 unidades. El ángulo que forma el vector con el eje y es: y a) 30,0º b) 60,0º x 6 c) 72,5º 8 z d) 41,1º e) 35,2º FLORENCIO PINELA - ESPOL 45 05/02/2010
  • 46. y Solución: Ay Cos A x ¿Cuánto vale Ay? 6 8 z 2 2 2 2 A Ax A y A z Ay 202 82 62 17,32 Ay 1 17,32 Cos cos 30o A 20 FLORENCIO PINELA - ESPOL 46 05/02/2010
  • 47. EL PRODUCTO ESCALAR DE VECTORES Sean A y B dos vectores y sea el menor ángulo formado entre los vectores unidos por su origen A B A • B = A B Cos De acuerdo a la definición, A • B es un número que puede ser positivo, negativo o cero, todo depende del valor del ángulo entre los vectores. FLORENCIO PINELA - ESPOL 47 05/02/2010
  • 48. Proyección de un Vector: Producto Punto  El producto punto nos dice acerca de cuán paralelo son dos vectores.  El producto puntos (producto escalar) de dos vectores puede ser pensado como la proyección de uno de los vectores sobre el  otro. B   A B AB cos ( A cos ) B  A  Componentes A(B cos )   A B Ax Bx Ay By Az Bz September 5, 2007
  • 49. Proyección de un Vector: Producto Punto  El producto punto nos dice acerca de cuán paralelo son dos vectores.  El producto puntos (producto escalar) de dos vectores puede ser pensado como la proyección de uno de los vectores sobre el  otro. Projection is zero B   A B AB cos  Componentes    A B Ax Bx Ay By Az Bz A September 5, 2007
  • 50. A A•B=0 B A A•B <0 B A A•B >0 B FLORENCIO PINELA - ESPOL 50 05/02/2010
  • 51. Dados los vectores A y B. En cuál de los siguientes casos el valor de A•B tiene el mayor valor 1 A 2 3 B A B A B FLORENCIO PINELA - ESPOL 51 05/02/2010
  • 52. EL PRODUCTO ESCALAR EN COORDENADAS CARTESIANAS SEAN LOS VECTORES: A = Ax i + Ay j + Az k y B = Bx i + By j + Bz k A • B = (Ax i + Ay j + Az k) • (Bx i + By j + Bz k) A • B = (Ax i) • (Bx i + By j + Bz k) + Ay j • (Bx i + By j + Bz k) + Az k •(Bx i + By j + Bz k) El producto escalar entre vectores respectivamente perpendiculares es igual a cero A • B = Ax i • (Bx i) + Ay j • (By j) + Az k •(Bz k) A • B = Ax Bx + Ay By + Az Bz FLORENCIO PINELA - ESPOL 52 05/02/2010
  • 53. A = Ax i + Ay j + Az k y B = Bx i + By j + Bz k A•B= Suma de los productos de sus respectivas componentes A • B = Ax Bx + Ay By + Az Bz ¡TENGA CUIDADO CON LOS SIGNOS DE LAS COMPONENTES DE LOS VECTORES! A•B=B•A EL PRODUCTO ESCALAR ES CONMUTATIVO FLORENCIO PINELA - ESPOL 53 05/02/2010
  • 54. INTERPRETACIÓN GEOMÉTRICA DEL PRODUCTO ESCALAR A Acos es la proyección del vector A B sobre el vector B, esto es AB El área del rectángulo que tiene por lados A Cos y B, es AB Cos AB Cos es por definición el resultado de multiplicar escalarmente dos vectores de magnitudes A y B que forman un ángulo . A • B =ABB = BAA = AB Cos = Ax Bx + Ay By + Az Bz FLORENCIO PINELA - ESPOL 54 05/02/2010
  • 55. Dado el siguiente gráfico: P S Q Entonces: S•P = S•Q a) Verdad b) Falso c) Faltan los ángulos de los vectores FLORENCIO PINELA - ESPOL 55 05/02/2010
  • 56. Para que los vectores: a = 6 i – 3 j + 6 k y b = i – 2 j + 3 k sean ortogonales, debe tomar el valor de a) –4 b) 4 c) –6 d) 6 e) –8 α=-4 FLORENCIO PINELA - ESPOL 56 05/02/2010
  • 57. Sean lo vectores: a = 5i - 2j + 3k y b = 2i + 5j + 6k. La proyección del vector a sobre el vector b es. a) 4.6 b) 3.2 c) 2.8 d) 2.2 e) 1.2 (5)(2) ( 2)(5) (3)(6) ab 2, 23 2 2 2 2 5 6 FLORENCIO PINELA - ESPOL 57 05/02/2010
  • 58. Conociendo que |A| = 10 u y |B| = 15 u, el ángulo formado entre los vectores A y B es y a) 90,0º b) 86,4º b c) 80,4 d) 76,4º 5 x a e) 70,4º z FLORENCIO PINELA - ESPOL 58 05/02/2010
  • 59. Solución: |A| = 10 u y |B| = 15 u y B A • B = AB Cos = Ax Bx + Ay By + Az Bz 5 x Ax = 5 Ay = 0 Az = ? A z Bx = 5 By = ? Bz = 0 A • B = AB Cos = (5)(5) + 0( By) + (Az)0 (10)(15) Cos = (5)(5) 1 25 cos 80, 4o 150 FLORENCIO PINELA - ESPOL 59 05/02/2010
  • 60. EL PRODUCTO CRUZ DE VECTORES Sean A y B dos vectores y sea el menor ángulo formado entre los vectores unidos por su origen.    A C AxB B Se define el producto A x B como otro vector, llamemos C a este vector. Por definición C es un vector perpendicular al plano formado por los vectores A y B y su dirección está de acuerdo a la regla de la “mano derecha”, la magnitud del vector C es por definición:  C C AB Sen FLORENCIO PINELA - ESPOL 60 05/02/2010
  • 61. La regla de la mano derecha y la dirección del vector C Cruce el vector A con el vector B “barriendo” el menor ángulo. El pulgar extendido le da la dirección del vector C FLORENCIO PINELA - ESPOL 61 05/02/2010
  • 62. La Regla de la Mano Derecha FLORENCIO PINELA - ESPOL 62 05/02/2010 23:47
  • 63. C DIRECCIÓN DEL VECTOR C AxB=C B A BxA=-C B A AxB=-BxA El producto vectorial no es conmutativo!!! -C FLORENCIO PINELA - ESPOL 63 05/02/2010
  • 64. INTERPRETACIÓN GEOMÉTRICA DEL PRODUCTO VECTORIAL A A Sen B    A x B = C = AB sen C = AB Sen => Área del paralelogramo formado por los vectores A y B FLORENCIO PINELA - ESPOL 64 05/02/2010
  • 65. Para la operación entre vectores C = AxB indique si cada enunciado es correcto o no 1. (A x B) x C = 0 V F 2. C (A x B) = C2 V F 3. La proyección del vector A sobre V F el vector C es cero 4. La proyección del vector C sobre V F el vector B es diferente de cero 5. La magnitud del vector C V F corresponde al área del paralelogramo formado de A y B 65 05/02/2010
  • 66. Producto Cruz  El producto cruz de dos  Recall angular momentum vectores nos dice acerca de    cuán perpendiculares ellos son. L r p Usted los encontrará en el  Torque    contexto de rotación o torque. r F   A B AB sin   B  Dirección perpendicular tanto a B sin A y B (regla de la mano-   derecha) A B B A    A ˆ ˆ ˆ  i j k A sin   A B Ax Ay Az Bx By Bz ( Ay Bz ˆ Az By )i ( Az Bx Ax Bz ) ˆ ( Ax By j ˆ Ay Bx )k
  • 67. EL PRODUCTO VECTORIAL EN COORDENADAS CARTESIANAS SEAN LOS VECTORES: A = Ax i + Ay j + Az k y B = Bx i + By j + Bz k A x B = (Ax i + Ay j + Az k) x (Bx i + By j + Bz k) A x B = (Ax i) x (Bx i + By j + Bz k) + (Ay j) x (Bx i + By j + Bz k) + (Az k) x (Bx i + By j + Bz k) El producto cruz de vectores que tienen la misma dirección vale cero!! A x B = (Ax i) x (By j + Bz k) + Ay j x (Bx i + Bz k) + Az k x (Bx i + By j) A x B = AxBy i x j + AxBz i x k + AyBx j x i + AyBz j x k + AzBx k x i + AzBy k x j FLORENCIO PINELA - ESPOL 67 05/02/2010
  • 68. A x B = AxBy i x j + AxBz i x k + AyBx j x i + AyBz j x k + AzBx k x i + AzBy k x j i j ixj=k -k jxk=i i kxi=j k j i x k = -j k -j j x i = -k A x B = AxBy k + AxBz (-j) + AyBx (-k) + AyBz i + AzBx j + AzBy (-i) Agrupemos los términos i, j y k A x B = (AyBz – AzBy)i + (AzBx – AxBz)j + (AxBy – AyBx)k FLORENCIO PINELA - ESPOL 68 05/02/2010
  • 69. A x B = (AyBz – AzBy)i + (AzBx – AxBz)j + (AxBy – AyBx)k i j k Ay Az Ax Az Ax Ay AxB= Ax Ay Az = By Bz i - Bx Bz j + Bx By k Bx By Bz  C ˆ j ˆ ( Ay Bz Az By ) i ( Ax Bz Az Bx ) ˆ ( Ax By Ay Bx ) k             Cx Cy Cz 05/02/2010 FLORENCIO PINELA - ESPOL 69
  • 70. Sean los vectores A y B no paralelos que se encuentran en un mismo plano, se define C = AxB, entonces podemos afirmar que: a) El modulo del vector C representa el área del triangulo formado por A y B b) La proyección vectorial de A sobre B es ( A.B ) / |B| c) La proyección escalar de A sobre B es ( A.B )|B| d) La proyección escalar de C sobre A es 0 e) No se puede realizar lo operación AxB FLORENCIO PINELA - ESPOL 70 05/02/2010
  • 71. C = AxB En el grafico se indica que el vector C F = ExD A es el resultado del producto vectorial entre A y B y el vector F es el F B resultado del producto vectorial entre E y D. E Cuál de las siguientes opciones representa mejor la dirección de un vector que sumado al vector (D x C) da una resultante nula. A B C D FLORENCIO PINELA - ESPOL 71 05/02/2010
  • 72. Sean los vectores A = 3 i – j + 2 k y B = -2 i – 2 j – 4 k, el vector unitario perpendicular al plano formado por los vectores A y B es 8 8 a )0i 128 j 128 k Si logramos determinar un 8 8 8 vector perpendicular al plano b) 192 i 192 j 192 k formado entre los vectores A y B. Podemos determinar el c) 1 i 11 j 8 k vector unitario dividiendo éste 186 186 186 vector para su magnitud. 8 8 8 e) i j k 384 384 384 8 16 8 e) i j k 384 384 384 FLORENCIO PINELA - ESPOL 72 05/02/2010
  • 73. Solución: A = 3 i – j + 2 k y B = -2 i – 2 j – 4 k i j k -1 2 3 2 3 -1 AxB= 3 -1 2 = -2 -4 i - -2 -4 j + -2 -2 k -2 -2 -4 A x B = [(-1)(-4) - (-2)(2)] i – [(3)(-4) - (-2)(2)] j + [(3)(-2)-(-2)(-1)] k C =Ax B = 8 i+ 8 j– 8 k  ˆ C 8i 8 j 8k C C 82 82 82 ˆ 8 8 8 C i j k 192 192 192 FLORENCIO PINELA - ESPOL 73 05/02/2010
  • 74. ¿Cuál de las siguientes alternativas representa un vector perpendicular al plano sombreado de la figura?. y 6 a) 24i + 20j + 30k b) –5i + 6j + 8k x c) –12i – 10j + 15k 5 d) 12i – 10j –15k e) 24i + 20j+ 15k 4 z FLORENCIO PINELA - ESPOL 74 05/02/2010
  • 75. Solución: 6 Un vector perpendicular al plano sombreado, es también A x perpendicular al plano formado 5 por los vectores A y B B 4 z A=6j–4k B=5i–4k i j k 6 -4 0 -4 0 6 AxB= 0 6 -4 = 0 -4 i - 5 -4 j+ 5 0 k 5 0 -4 A x B = - 24 i – 20 j - 30 k FLORENCIO PINELA - ESPOL 75 05/02/2010
  • 76. DETERMINE EL VALOR DEL ÀREA DEL PLANO SOMBREADO DE LA FIGURA y Solución: 6 C = A x B = - 24 i – 20 j - 30 k La magnitud de C representa A x el área del paralelogramo 5 El área sombreada B (rayada) corresponde a la 4 z  mitad del área del C C 242 202 302 paralelogramo.  C 43,3 Area sombreada 21,65 u 2 2 2 FLORENCIO PINELA - ESPOL 76 05/02/2010
  • 77. Dos vectores A y B vienen expresados por: A = 3i + 4j + k ; B = 4i - 5j + 8k. Es verdad que A y B: a) Son paralelos y apuntan en la misma dirección. b) Son paralelos y apuntan en direcciones contrarias. c) Forman un ángulo de 45º entre sí. d) Son perpendiculares. e) Todas las alternativas anteriores son falsas. FLORENCIO PINELA - ESPOL 77 05/02/2010
  • 78. Solución: A = 3i + 4j + k y B = 4i - 5j + 8k. Utilicemos la ley del coseno para determinar el ángulo formado entre los vectores.   A B AB cos Ax Bx Ay By Az Bz Ax Bx Ay By Az Bz cos AB 1 12 20 8 1 0 cos cos 90o (26)(105) 2730 FLORENCIO PINELA - ESPOL 78 05/02/2010
  • 79. Sean las rectas AB y AC las que se cruzan en el punto A de coordenadas (4,-5,6), y los puntos B y C de coordenadas (2,3,5) y (5,4,2) respectivamente. ¿Cuál de las siguientes alternativas representaría un vector perpendicular al plano formado por las rectas?. a) –23 i – 9 j – 26 k b) 9 i – 14 j + 8 k c) 9 i – 23 j + 26 k d) 23 i – 9 j + 26 k e) –9 i + 14 j – 8 k = (-9+32)i – (-1-8)j + (8+18)k = 23 i + 9 j +26 k = - 23 i - 9 j – 26 k FLORENCIO PINELA - ESPOL 79 05/02/2010
  • 80. Sean las rectas AB y AC las que se cruzan en el punto A de coordenadas (4,-5,6), y los puntos B y C de coordenadas (2,3,5) y (5,4,2) respectivamente.¿Cuál de las siguientes alternativas representaría un vector perpendicular al plano formado por las rectas?. AC (5 4)i [(4 ( 5)] j (2 6)k C AC i 9 j 4k AB (2 4)i [3 ( 5)] j (5 6)k AB 2i 8 j k B A FLORENCIO PINELA - ESPOL 80 05/02/2010