Guía de física

Acá tenés todo lo que necesitas saber (posiblemente más) para realizar todos tus cálculos físicos en space engineers

Magnitudes

Espacio: Metro
Tiempo: Segundo
Masa: Kilogramo
Fuerza: Newton

Conversiones básicas

Esto es si no le vas a preguntar a google:




Cálculo de la fuerza

Para calcular la fuerza, el concepto es simple: Masa por aceleración

Pero...

¿Qué es la aceleración?

-> Eso va en Cinemática más adelante

Asi que...

Masa (kg) x Aceleracion (m/s²)

A lo que 1 Newton equivale a = 1 kg*m/s²

La aceleración en este caso se lo usará como referencia de la fuerza de empuje de los motores
O de la gravedad (habitualmente referido como 1g, pero para simplificar los cálculos estimaremos que la aceleración gravitatoria será de 10m/s²)

Siendo la fuerza peso: Masa * 10m/s²

Cinemática

Temas a ver:

• Posición
  
• Velocidad
  
• Aceleración
  
• Tiro Vertical / Caida Libre
  
• Tiro Horizontal / Oblicuo

Posición

La posición no tiene mucha ciencia, se mide en Metros (M)

Las funciones que mas vamos a utilizar son:

Posición en función del tiempo -> X(t) / Y(t)

Velocidad

La velocidad es la diferencia de posición con respecto del tiempo
(Cuanto tardé en moverme de un punto A a un punto B)
por lo tanto se lo simplifica calculando metros / segundos

Se puede llegar a ella realizando la derivada de la posición en función del tiempo
que por consecuente hace que integrar la función de velocidad en función del tiempo
obtengamos la posición nuevamente

Tal que (Considerando Delta minúscula como diferencial)

Aceleración

La aceleración es un paso mas allá que la velocidad, siendo esta
La diferencia de Velocidad (En vez de posición) con respecto al tiempo
Siendo Velocidad / Tiempo ([Metro/Segundo] / Segundo)
Quedando así: Metro/Segundo²

Tal que su formula sería:



Las formulas que vienen adelante, son simplificaciones partidas de las diferenciales

Posicion (X) en función del tiempo

Sean:

• X(t) = Posición en función del tiempo (x)
  
• X0 = Posición inicial (x)
  
• V0x = Velocidad inicial (x)
  
• dt = Diferencia de tiempo (Osea la diferencia entre el Tiempo Final y Tiempo inicial del experimento)
  
• a = Aceleración

Velocidad en funcion del tiempo

Sean:

• V(t) = Velocidad en función del tiempo
  
• V0 = Velocidad inicial
  
• a = Aceleración
  
• t = Tiempo (Diferencia de tiempo)

Con estas fórmulas (rellenando los datos correspondientes) vamos a poder calcular la aceleración de nuestro móvil, Cuanto tardaríamos en llegar de un punto A a un punto B, Cuanto tardaría en llegar a dicha velocidad, o en frenar...

A continuación mostrare los ejemplos en el Eje Y para casos de Tiro vertical o Caída libre

Tiro vertical / Caída libre

El Tiro Vertical es el movimiento provocado a un cuerpo en el que éste se va a desplazar en línea recta, de manera vertical, ya sea para arriba o para abajo.

En este caso nos referiremos que al ser para arriba sea Tiro vertical
Y al ser para abajo Caída libre (Siempre y cuando nosotros no le demos ningún impulso)

Para ambos casos se tomará en cuenta la misma fórmula:


Lo que sucede acá es (Considerando que lo rojo se aplica solo para los casos de tiro vertical)
(De lo contrario se anula)

Consideramos Y en función del tiempo cuando
A partir de una Altura inicial, anexamos una velocidad inicial (Que variara con el tiempo ya que es afectada por la gravedad) -> (Por ejemplo si arrojamos algo hacia arriba, recibe una velocidad inicial de nuestro lanzamiento, que se ira anulando hasta invertirse por efecto de la gravedad que es una aceleración hacia abajo)
Y la parte de la gravedad es restar la mitad de la gravedad por la diferencia de tiempo al cuadrado

Esto nos servirá para averiguar tanto, el tiempo que tardaríamos en caer desde Y altura
Que pasaría si usáramos una fuerza contraria para contrarrestar el efecto en la caída.

Con respecto a la Velocidad de Y en función del tiempo es exactamente la funcion V(t) solo que cambiando a por g

Tiro Oblicuo

Imaginemos que queremos lanzar un proyectil, o usar una ráfaga pequeña de combustible para llegar (talvez no a salvo) a otro punto, y querés ser lo más eficiente posible usando las leyes de Newton a tu favor (Osea serías un rata porque no vale nada)

Entonces este segmento es para vos, también sirve para muchas otras cosas
pero esto es el complemento de todo lo visto antes.

El tiro oblicuo es la composición de la cinematica horizontal y vertical (considerandolos como 2 vectores), el tiro oblicuo es la suma de estos.


Ahora para calcular esto, debemos calcular a un movimiento dado un ángulo:
cada componente de dicho movimiento
Supongamos que tenemos un vector diagonal de velocidad
(Nos estamos moviendo diagonalmente)
Eso implica que nos estamos moviendo (En sumatoria) Hacia arriba (O abajo) y hacia delante
Eso se puede descomponer usando trigonometría
Debemos considerar un vector inclinado como la hipotenusa de un triángulo rectángulo
Siendo su eje X un c4teto (Me lo censura si no), y su eje Y el otro.

Dicho de otra forma podemos hacer uso de las funciones Seno Coseno Tangente para poder calcular el valor de cada uno de los lados
Tanto para fuerza en dinámica como Velocidad o Aceleración en cinemática

En otras palabras para calcular las componentes primero se realiza Seno o Coseno (dependiendo de cual corresponda) de dicho ángulo que tiene el desplazamiento
Nos dará un numero menor a 1 que implica la proporción que le corresponde a cada eje
Y eso lo multiplicamos al eje diagonal y nos dará cuanto vale dicho c4teto calculado

Lo siguiente es calcular proporcionalmente cuanto le corresponde a cada eje haciendo:



Hay que considerar 3 momentos en el tiro oblicuo

- El comienzo (Donde todo tiene lugar, Velocidades iniciales, T = 0s, etc)
- h (La altura máxima del lanzamiento, donde la velocidad vertical es nula)
- Xf (La distancia final recorrida que es determinada realmente por la Y, quien determina si el objeto llego a caer del todo y se frena, de lo contrario, seguiría su vector en X)

Y se lo puede ver de esta forma:

Fórmulas adicionales

Como mencione antes Se puede llegar a cada una de las variables realizando integración o derivación según corresponda sea:

Posición -> Derivada -> Velocidad -> Derivada -> Aceleración
Aceleración -> Integral -> Velocidad -> integral -> Posición

Para ser más gráficos: acá les dejo la formula visto desde una perspectiva de vectores en R³.

Considerando que r minuscula es vector posición (Representando X Y Z)

r -> Posición

v -> Velocidad (Y la integral que lleva a la posición)

a -> Aceleración (Y la integral que lleva a la velocidad)

Dinámica

Contenidos a ver

• Leyes de Newton
  
• Calcular fuerza
  
• Como deberías calcular propulsores

Primera ley de Newton

- Ley de inercia:
Todo cuerpo preserva su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Esto se revisa analíticamente como: La sumatoria de todas las fuerzas es igual a 0? Entonces la aceleración es 0.

Considerando Sigma mayúscula como símbolo universal de Sumatoria y <=> simbolizando: Sí y solo sí.

Segunda ley de Newton

- Ley del movimiento:
El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Representación gráfica:



Representación analítica:

Tercera ley de Newton

- Ley de acción y reacción:
Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto sobre el primero.

Representación gráfica:



Representación analítica:

Cómo calcular la fuerza

Es tan simple como obtener una partícula de masa pre-definida que ya sabemos (como una nave espacial de masa 5000Kg) y medir la aceleración que tiene hacia X sentido
Para ello podemos calcular cuanto tarda en llegar a X velocidad en 1 segundo, entonces podemos saber cuanto cambió su velocidad en ese segundo (En caso de ser mas tiempo, podemos promediar esos segundos para sacar una aceleración media que sea más precisa)

Multiplicar la masa por la aceleración nos dara la fuerza que nos impulsa, y poder así calcular
los propulsores.

* Recordá que al estar en un cuerpo con atracción gravitatoria hará que se sume una fuerza que es la fuerza peso, el cual es el producto de la aceleración que produce la gravedad y la masa de quien es acelerado, Debes considerarlo al hacer propulsores para despegar verticalmente.

Los propulsores deberían ser calculados dependiendo de la gravedad en la que se va a tratar, si estamos en ingravitez, nos vamos a encontrar que cualquier fuerza es suficiente para empujar una nave, solo que proporcionalmente se vera como afecta en la aceleración de dicha partícula.

* Recordá que siempre contas con un medidor de unidades de gravedad terrestre y una de velocidad, podes usarla como medición para tus cálculos.

Agradecimientos

A nadie porque lo hice solo, y estaba aburrido. Saludos.

Also: Fun-fact: Esto sirve realmente para Space Engineers, no subestimar.

(Y para Fisica del CBC)

[don5511]

PD: y mira que no explicaste cosas como torque

[don5511]

Y decían que nunca iba usar física

[LightningBlader133]

Amigo yo me compre el juego para hacer batallas de naves no tenia idea de lo complicado que es xd

[Ghost_UY]

Gracias por la guia bro, bastante completa esta

[Alex el timbeador lujan]

xd

[@operativamente]

merci :)

[ThePozzard]

Encantado rey, si queres puedo explicar espacios vectoriales la proxima para comprender mejor el tema de dinámica

[Gabolabo]

Se explica*

[Gabolabo]

Gracias. Me has ayudado para mi prueba de fisica

Pd:mi profe de explica horrible