INSTITUCION EDUCATIVA TECNICA OCCIDENTE C.N. FISICA

INSTITUCION EDUCATIVA TECNICA OCCIDENTE
C.N. FISICA – GRADO 10 – GUIA No. ____
ABRIL DE 2010
DINAMICA I – FUERZA – LEYES DE NEWTON
LOGRO: Comprender y aplicar las leyes descubiertas por
Newton en el estudio de cuerpos en movimiento y las
condiciones de equilibrio de traslación o rotación debida a las
fuerzas que actúan en cuerpos en equilibrio y la conservación
de la energía mecánica
En este capítulo incluimos la fuerza en los problemas
que se resolvieron en la cinemática.
¿Qué es la Dinámica? Es la rama de la mecánica que
estudia el movimiento de los cuerpos analizando la
causa que lo produce…. La fuerza.
¿Qué es fuerza? Es toda acción que es capaz de
producir movimiento o deformación de un cuerpo. La
fuerza es una cantidad vectorial porque tiene dirección y
sentido…es un vector!
El concepto que tenemos de fuerza es intuitivo asociado
aq una acción muscular: empujamos una carreta,
levantamos un objeto, nos suspendemos de una cuerda,
tensamos un arco, deformamos un resorte metálico o de
caucho.
La fuerza es vectorial: Analiza, aplicamos dos fuerzas
opuestas a un bloque de 4 y 6 unidades, ¿hacia dónde
crees que se moverá? ¿y si las fuerzas forman un
ángulo de 120°?
Observa el dibujo en que las fuerzas forman un ángulo
de Ø= 60°
El otro ángulo
F2
será Θ= 120°
R
F1
R
Recuerda que debes tener claro los conceptos
trigonométricos, para sumar dos vectores se coloca uno
a continuación del otro y obtienes R.
Teorema del coseno: en un triangulo, la medida de uno
de sus lados al cuadrado, es igual a la suma de los
cuadrados de los otros dos lados conocidos, menos el
doble producto de los lados conocidos, multiplicado por
el coseno del ángulo comprendido entre ellos:
|R|2= |F1 + F2 |2 = F12 + F22 – 2*F1*F2*cos Θ
Tenemos,
|R|2 = (4)2 + (6)2 – 2*4*6*cos 120° =16+36-(48)(-0.5)=
|R|2 = 52+24= 76
|R|2 = 76, de dónde,
|R| = Raiz(76) = 8.71
Y ésta sería la fuerza resultante de las dos aplicadas.
EJERCICIO:
1) Dos fuerzas de 8u y 6u actúan sobre un cuerpo
formando entre sí un ángulo de 150°. Calcular el valor
de la fuerza resultante.
2) Dos fuerzas de 4u y 5u, mutuamente
perpendiculares, actúan sobre un cuerpo. Hallar la
fuerza resultante.
LEYES DE NEWTON
PRIMERA - LEY DE INERCIA: Todo cuerpo conserva
su estado de reposo o movimiento rectilíneo
uniforme, a menos que se haga cambiar ese estado
mediante fuerzas externas aplicadas.
Analiza cuando subes a un bus, al arrancar sientes una
fuerza sobre tu cuerpo, después de un tiempo dejas de
sentirla cuando el bus estabiliza su velocidad y cuando
se detiene vuelves a sentir otra vez una fuerza sobre tu
cuerpo; podrías recrear tu mente dándole explicación a
¿por qué sucede esto? A esto se le llama INERCIA.
Contesta: 1) Si un cuerpo se encuentra en reposo,
¿puedes concluir que sobre él no actúa ninguna fuerza?
2) Si un cuerpo se mueve con M.R.U. ¿puedes llegar a
la conclusión que la fuerza que actúa sobre él es
constante?
3) Diga tres fenómenos relativos a la ley de la inercia.
SEGUNDA - LEY DEL MOVIMIENTO: La aceleración
que experimenta un cuerpo cuando sobre él actúa
una fuerza resultante, es directamente proporcional
a la fuerza, e inversamente proporcional a la masa y
dirigida a lo largo de la línea de acción de la fuerza.
En fórmula tenemos:
FR = m*a
Por tanto las unidades de fuerza son:
[ 1 N ] = [1 Kg][1m/s2] o [ 1 dina ] = [1g][1cm/s2]
TAREA:
¿Podrías comprobar que [ 1 N ] = 100 000 dinas?
Averigua las unidades de fuerza en el sistema inglés.
EJERCICIOS:
1) ¿En qué porcentaje varia la aceleración de un cuerpo
cuando su masa se incrementa en un 50% y la fuerza
permanece constante?
2) Sobre un cuerpo de masa m actúa una fuerza F,
produciendo en él una aceleración si:
a) la fuerza se triplica y la masa permanece constante.
b) la fuerza se duplica y la masa se reduce a la mitad.
c) la fuerza permanece constante y la masa se triplica.
PROBLEMAS DE APLICACIÓN
3) ¿Que aceleración experimenta un cuerpo de 10 Kg
de masa, si sobre él actúa una fuerza resultante de 24
N?
4) Al aplicar una fuerza de 100 N sobre un cuerpo se
acelera a razón de 12 m/s2 , ¿Cuál es su masa?
5) Sobre un cuerpo de 8 Kg de masa se ejercen fuerzas
de 12 N y 5 N que forman entre sí un ángulo de 90°.
Calcular la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo y
la aceleración que experimenta.
6) Si sobre un cuerpo actúa una fuerza de 54 N, éste se
acelera a razón de 9 m/s2 , ¿Cuánto se acelerará si la
fuerza aplicada fuera 6 N?
7) Dos personas halan de un cuerpo de 20 Kg con
fuerzas de 100 N y 200 N. Calcular la aceleración de la
masa si:
a) Las fuerzas se ejercen horizontalmente en la misma
dirección
b) Las fuerzas se ejercen horizontalmente en sentido
contrario.
c) Las fuerzas forman entre sí un ángulo de 60°.
TERCERA – LEY DE ACCIÓN-REACCIÓN: “A toda
acción se opone siempre una reacción igual y de
sentido contrario”, o también,
“si un cuerpo A ejerce una fuerza (acción) sobre un
cuerpo B, entonces, simultáneamente el cuerpo B ejerce
una fuerza (reacción) sobre el cuerpo A, con la misma
magnitud pero sentido contrario.”
En fórmula:
(vectores):
FBA = - FAB
Ejemplos de esta ley tenemos: el martillo ejerce fuerza
sobre la puntilla y esta ejerce la misma fuerza en sentido
contrario sobre el martillo; un cuerpo suspendido
(colgando) de una cuerda ejerce fuerza sobre ella y la
cuerda ejerce la misma fuerza sobre el cuerpo; los
gases que expulsa un cohete ejercen fuerza sobre él
haciendo que se impulse en sentido contrario; el
funcionamiento de las hélices de un avión o de un barco
son ejemplos de acción y reacción. ¿Qué otros ejemplos
puedes dar?
EJERCICIO: Estudiantes halando de una cuerda
FUERZAS MECANICAS ESPECIALES
EL PESO (P): Es la fuerza que ejerce la tierra o
planetas sobre los cuerpos, debida a la atracción
gravedad.
Fórmula:
P = m*g
Es una fuerza que está dirigida siempre hacia el centro
de la tierra y sus unidades son : Newton, dinas, etc…
- Sobre un cuerpo que cae libremente solo actúa su
peso mg.
- Cuerpo en plano horizontal y plano inclinado.
FUERZA NORMAL (N): Es la fuerza ejercida por la superficie
sobre un cuerpo apoyado en ella.
La fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie.
TENSIÓN (T): Es la fuerza ejercida por una cuerda,
considerada de masa despreciable, sobre un cuerpo
suspendido o ligado a ella.
B.G.C.
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ABRIL DE 2010
DINAMICA I – FUERZA – LEYES DE NEWTON
NATURALEZA DE LAS FUERZAS
Todas las interacciones conocidas están enmarcadas
por tres tipos de fuerzas: fuerzas gravitacionales,
fuerzas electromagnéticas y fuerzas nucleares.
*Investiga los tres tipos de fuerza anteriores.
Es importante notar que estas diferentes fuerzas,
cualquiera que sea su naturaleza, se producen sin que
haya contacto entre los cuerpos, por esta razón se
denominan FUERZAS A DISTANCIA.
TENGA EN CUENTA LOS SIGUIENTES PASOS,
PARA RESOLVER LOS PROBLEMAS:
1) Leer bien el problema para interpretarlo
adecuadamente.
2) Escribir los datos y las incógnitas.
3) Hacer un esquema representando el fenómeno.
6. Un automóvil tiene una masa de 1.5 x102 Kg y su
velocidad inicial es de 60 Km/h. Cuando el conductor
aplica los frenos adquiere una desaceleración constante
y el auto se detiene en 1.2 minutos. Determine la fuerza
aplicada al automóvil por los frenos.
7. Una bala lleva una velocidad de 3.6 x104 cm/s, e
incide sobre un bloque de madera, penetrando a una
profundidad de 10 cm. La masa de la bala es de 1.8
gramos .¿Qué tiempo será necesario para que la bala
se detenga?
¿Cuál es la fuerza desaceleradora en dinas?
8. ¿Cuánto pesa en el sol un cuerpo de 100 Kg de
masa?
La gravedad del sol es de 274.4 m/s2.
9. Si la gravedad en la luna es de 1.67 m/s2 ¿Cuánto
pesaría el cuerpo anterior en ella?
1. La velocidad de un automóvil aumenta de 30 a 60 m/s
en 5 seg bajo la acción de una fuerza resultante de 1150
N ¿Cuál es la masa del auto?¡Cual es su peso?.
4) Escoger los ejes cartesianos.
5) Verificar si el problema es con rozamiento o si se
desprecia.
6) Indicar la dirección del movimiento con  y la letra
“a” encima, de aceleración.
7) Hacer sumatoria de fuerzas que estén en dirección de “X” ,
 F = F1x + F2x + F3x … = m*a
y sumatoria de fuerzas en dirección de “Y”,
 F = F1y + F2y + F3y … = m*a
11. Se aplica una fuerza constante de 10 N a un cuerpo
de 5 Kg durante 3 seg ¿Cuál es la aceleración del
cuerpo? ¿Qué distancia recorre?
12. Un objeto de masa 5 Kg tiene una aceleración de 8
m/s2 en la dirección X y una aceleración de 6 m/s 2 en la
dirección Y. Cuál es la fuerza total que actua sobre el.
13. Una fuerza de 6 N empuja un cuerpo de 3 Kg de
masa. Cuál es la aceleración del cuerpo? Que distancia
recorre el cuerpo en 10 seg si parte del reposo?.
8) la  F = m*a si el movimiento es en esa dirección.
y la  F = 0 si no hay movimiento en esa dirección.
9) En algunos problemas tendrá datos como m, X, t para
hallar F. Donde m=masa, X=distancia y t= tiempo.
La aceleración se halla con fórmulas del M.U.A. ya
estudiado.
10) En otros problemas le darán F, m, X, o t para hallar
t=? o X=?, en este caso halle la aceleración con F= m*a.
Exitos.
A trabajar:
EJERCICIOS Y PROBLEMAS
1. Resuelva los ejercicios de la guía que están en la
página anterior.
2. ¿Cuál es la masa de un cuerpo en el cual una fuerza
de 800 N le transmite una aceleración de 20 m/s2?
3. Sobre u cuerpo cuya masa es de 36 000 g, actúa una
fuerza de 72 N. ¿Qué aceleración experimenta?
4. Calcula la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1.2
x102 Kg que se encuentra en reposo, le hace recorrer
una distancia de 400 m en 10 segundos.
5. Una masa de 5 g esta inicialmente en reposo. Se le
aplica una fuerza constante y se observa que cuando la
masa se desplaza una distancia de 25 cm a partir de su
posición de reposo tiene una velocidad de 50 m/s
¿Cuál es el valor de la fuerza?
¿Cuánto tiempo tarda la masa en recorrer los 25 cm?
B.G.C.