Internado Nacional Barros Arana Dpto. de Física NIVEL: 2° MEDIO

Internado Nacional
Barros Arana
Dpto. de Física
NIVEL: 2° MEDIO
DINÁMICA
TEMAS
1. Leyes de Newton
2. Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Aprendizajes esperados:
1. Interpretar, a partir de los principios de Newton, las interacciones entre cuerpos en la naturaleza.
2. identificar y aplicar diferentes tipos de fuerzas mecánicas
1. Leyes de Newton
En 1586, Sir Isaac Newton formuló las tres leyes sobre la dinámica que permiten
determinar cómo será el movimiento a partir de las causas que lo originaron.
Primera Ley de Newton (Ley de Inercia)
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a
menos que un agente externo (fuerza neta sobre él) lo saque de ese estado.
De esto se desprende la condición de equilibrio de traslación: Si la suma de las
fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo es cero, el cuerpo está en
reposo o tiene movimiento uniforme y rectilíneo.
Matemáticamente se tiene:
Segunda Ley de Newton (Ley fundamental de la dinámica)
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, éste adquiere una aceleración que es
directamente proporcional a dicha fuerza neta e inversamente proporcional a su masa.
La fórmula que relaciona lo mencionado en la segunda ley de Newton se escribe de la
siguiente manera:
a= FN/ m

a = aceleración
FN = fuerza neta
M = masa
Las unidades más utilizadas para medir la Fuerza, según los sistemas de
unidades son los siguientes:

En el sistema internacional (S.I.) se utiliza: Newton = (kg ·m/s2)

En el sistema cegesimal (CGS) se utiliza: dina = (g ·cm/s2)
Los dos sistemas se relacionan mediante la siguiente equivalencia
1 Newton=105 dinas
Tercera Ley de Newton (Principio de acción y reacción)
Si un cuerpo A está ejerciendo una fuerza sobre un cuerpo B, entonces el
cuerpo B ejerce una fuerza de igual módulo y dirección; pero de sentido
opuesto sobre el cuerpo A.
Una de las fuerzas se llama de acción y la otra, de reacción. Ambas fuerzas son parte
de una sola interacción y ninguna de las dos existe sin la otra. Es decir, en toda
interacción las fuerzas se dan por pares. Por ejemplo, la hélice del bote interactúa con
el agua empujándola hacia atrás, y el agua impulsa la hélice (que está unida con el
bote) hacia adelante, con esto el bote se mueve en el agua.
Aunque ambas fuerzas tienen igual intensidad y son opuestas en sentido, no
se anulan debido a que se ejercen sobre cuerpos distintos.
2. Diagrama de cuerpo libre (DCL)
Corresponde a la representación gráfica de las fuerzas que
actúan sobre un cuerpo en estudio. Este diagrama es una
herramienta en la que se analiza el cuerpo como elemento
dinámicamente aislado.
Para resolver problemas utilizando DCL, se deben seguir los
siguientes pasos:
1. Se plantea una hipótesis de movimiento, es decir, verificar el tipo de movimiento del
cuerpo; si se mueve acelerando, con velocidad constante o está en reposo.
2. Dibujar las fuerzas sobre cada cuerpo (DCL), manteniendo su dirección y sentido
original.
3. Asignar el sistema de ejes coordenados. Se sugiere ubicar el eje x en el plano del
movimiento y obviamente el eje y perpendicular al eje x.
4. Plantear
para cada eje, es decir, se plantea la segunda Ley de
Newton tanto para las fuerzas verticales como para las fuerzas horizontales, por
separado. Resolver ecuaciones e interpretar resultados.
La fuerza peso
Es una fuerza dirigida hacia el centro de la Tierra, pues corresponde a la fuerza con
que ésta atrae a los cuerpos hacia su centro.
Se debe tener en cuenta la diferencia que existe entre masa y peso.
 La masa es la medida de cuánta materia hay en un
cuerpo.
 El peso es la medida de qué tanta fuerza ejerce la
gravedad sobre un cuerpo.
 La fuerza peso siempre está dirigida hacia el suelo, cuya
ecuación es
Descomposición de la fuerza peso
Si el cuerpo está en un plano inclinado, la fuerza peso se
descompone en:

= mg cos 
Px = mg sen
Py
Es decir, la fuerza peso, al encontrarse en un plano inclinado, le corresponde un poco
de peso al eje x y otro poco al eje y.
La fuerza normal
 La fuerza normal es una fuerza de reacción que ejerce una
superficie sobre un cuerpo al estar en contacto con dicha
superficie.
 La fuerza normal siempre es perpendicular a la superficie
de contacto y dirigida desde la superficie hacia el cuerpo.
Tensión

Es la fuerza transmitida a través de una cuerda
inextensible y de masa despreciable, ejercida por un
cuerpo ligada a ella.

Se representa por un vector dirigido a lo largo de
ella.
Fuerza de roce
Es una fuerza que se opone al movimiento. Depende de las superficies en contacto
(coeficiente de roce) y del peso del cuerpo. Dicho de otra manera, es una fuerza que
presenta el cuerpo que se desplaza o trata de desplazar, a través de una superficie que
presenta irregularidades en la zona de contacto.
Determinación de la fuerza de roce
El módulo de la fuerza de roce se determina con la siguiente fórmula.
F r=
· N
Donde:
: Coeficiente de roce
N: Fuerza normal
Las unidades más utilizadas para medir la fuerza de roce, según los sistemas de
unidades, son los siguientes:

En el sistema internacional (S.I.) se utiliza : Newton.

En el sistema cegesimal (CGS) se utiliza: DINA.
El roce puede ser

Estático: Actúa cuando el cuerpo está en reposo.

Cinético: Actúa cuando el cuerpo está en movimiento.
Fuerza de roce estático

La fuerza de roce estático es una fuerza variable que equilibra las fuerzas
que tienden a poner en movimiento al cuerpo.

El módulo de la fuerza de roce estático tiene un valor límite que está dado
por:
Fs =
s· N
Donde:
s = coeficiente de roce estático.
Fuerza de roce cinético

Cuando un cuerpo está en movimiento, en la zona de contacto entre el móvil y
la superficie, actúa la fuerza de roce cinético. Debido al movimiento y al roce se
produce desgaste de los materiales en contacto.

El módulo de la fuerza de roce cinético es:
Fk =
k· N
Donde:
k = coeficiente de roce
cinético.

Por lo general, a igualdad de condiciones, la fuerza máxima de roce estático, fs, es
mayor que la fuerza de roce cinético, fk, por lo que se obtiene que el coeficiente de
roce estático µs es mayor que el coeficiente de roce cinético, µk.
µs>µk
Fuerza elástica
Es la fuerza de reacción que presenta un medio elástico ante una
deformación.
Al tratar de deformar un medio elástico, éste presenta una oposición
natural, pues tratará de volver a su estado original (resortes,
elásticos).
Ley de Hooke
La fuerza necesaria para producir la deformación en un medio
elástico, es directamente proporcional, mientras la deformación no
sea excesiva. Es decir, a mayor fuerza, mayor deformación.
Fe=
-K ·
x
Donde
Fe = es el módulo de la fuerza que
presenta el medio elástico.
x = es la cantidad de deformación que
presenta el medio elástico.
k = Es la rigidez del medio elástico.
El signo "-"es la oposición que presenta el
medio elástico a la fuerza deformadora.