19.-_ESTATICA_Y_DCL.doc

INSTITUCION EDUCATIVA N°
113 “Daniel Alomía Robles
AREA: C.T.A
Profesor: José Rivera Aldave
Grado: 5to “A” “B” “C”
Fecha:
SESION DESARROLLADA DEL APRENDIZAJE
I.- TEMA:: ESTATICA
II.-CONTENIDOS BASICOS:
1. Estática.- Concepto
5. Fuerzas usadas en estática.
2. La Fuerza.- Propiedades, Unidad
6. Diagrama de Cuerpo Libre DCL
Medición
7. Condiciones de equilibrio.
3. Naturaleza de las fuerzas
8.- Centro de gravedad
4. Leyes de Newton
III.- OBJETIVOS.1. Analizan y calculan los efectos de las fuerzas sobre los cuerpos
IV.- MOTIVACIÓN. Los alumnos mediante un dinamómetro miden la intensidad de la
fuerza cualquiera. Luego realizan los diagramas del cuerpo libre de diferentes
sistemas de fuerzas, indicando las fuerzas internas y tipos de apoyo. Infieren las Leyes
de Newton
V.- ADQUISICIÓN Y RETENCIÓN
1.- ESTATICA.- Es la parte de la mecánica que estudia a las fuerzas, los cuerpos en
equilibrio y al centro de gravedad.
ESTATICA
FUERZA
EQUILIBRIO
CENTRO DE
GRAVEDAD
2.-LA FUERZA.- Es la interacción que se manifiesta entre dos cuerpos. Pueden ser
en contacto directo (acción y reacción) o a distancia,(gravedad o magnetismo) que
causan la deformación de un cuerpo o cambio de posición.
Ejemplos.
a).- Levantar.
d).- empujar
g).- Repulsión
b).- jalar
e).- presionar
c).- comprimir
f).- atracción
PROPIEDADES DE LA FUERZA.- Tiene la propiedad de una magnitud vectorial que
tiene origen, dirección, sentido, modulo y se representa mediante flechas o
vectores. Las fuerzas son vectores y por lo tanto se opera con ellas como cualquier
vector. Ya lo hemos tratado en el tema de los vectores y sus operaciones
UNIDAD DE LA FUERZA.-Según el Sistema Internacional de unidades (SI) la
unidad de la fuerza es el Newton (N), kilogramo fuerza (kg) o dina (din).
y su dimensión es MLT-2
F = m.a
Otras unidades que se emplean para la medición de las fuerzas son:
 Kg-f = Kilogramo fuerza
 g-f = Gramo fuerza
 lb-f= libra fuerza
MEDICION DE FUERZAS.- Las fuerzas en física se miden
mediante un instrumento llamado dinamómetro
El Dinamómetro.- Es un instrumento que se utiliza para
medir las fuerzas, es un simple muelle o resorte
que mide con una escala graduada, en el cual se
lee el valor determinado en el alargamiento
que sufre el muelle.
5,.- NATURALEZA DE LAS FUERZAS.- Las fuerzas que
gobiernan el Universo se agrupan en 4 tipos de fuerzas
a.- Fuerza gravitacional (gravedad y peso)
CLASES
b.- Fuerza ElectrIca
c).-Fuerza magnéticas
d.- Fuerzas nucleares( debil y fuerte)
a.- Fuerza Gravitacional.-Es la fuerza de atracción de los cuerpos debido a su
masa. Un cuerpo mayor atrae a un cuerpo menor. Esta fuerza es muy débil y
para sentir sus efectos es necesario que uno de los cuerpos tenga una masa
muy grande.
Ejemplos : “El sol atrae a los planetas”
“La tierra atrae a la luna debido a su fuerza gravitacional”
b).- Fuerza electromagnéticas.a).- Fuerza Eléctrica.- Es la fuerza de atracción o repulsión entre dos
cuerpos debido a que ambos poseen cargas eléctricas. Una carga
eléctrica (+) o (-) los polos opuesto se atraen y los polos iguales se
repelen.
b).- Fuerza Magnética.- Es una de las fuerzas adicional a la fuerza
eléctrica, cuando las cargas eléctricas están en movimiento. Ej. Los
imanes con polo (+)
c).- Fuerzas nucleares.- Son fuerzas que aparecen cuando la distancia entre
los cuerpos es menor que 10-15 m. y desaparecen cuando esta distancia
aumenta. Son fuerzas de corto rango. Estas fuerzas explican el porque de las
partículas de un núcleo de un átomo se mantienen unidas
- fuerza nuclear fuerte.- Este tiene lugar entre partículas
elementales llamadas hadrones (protones y neutrones) que
constituyen los núcleos atómicos Mantiene unidos a los núcleos.
Es de corto alcance. Ejemplo: la explosión nuclear
- Fuerza nuclear débil.- Es la responsable de la desintegración de
algunas partículas fundamentales, por ejemplo la desintegración
el partícula beta. Se produce entre hadrones, protones, electrones
y neutrones.
6.-LEYES DE NEWTON. Sir Isaac Newton, físico matemático inglés, uno de los más
brillantes de la historia, antes de cumplir 30 años formulo las leyes de la mecánica
en el año de 1672:
1ra Ley .- “Ley de la Inercia”.- “Todo cuerpo continua en su estado de
REPOSO o de movimiento a velocidad CONSTANTE en línea recta
mientras que sobre el cuerpo no actué ninguna fuerza resultante
externa que lo obliguen a cambiar de velocidad”
Inercia.- Es la tendencia que tienen los cuerpos de mantener
su estado de reposo o de movimiento a velocidad constante.
Interpretación de la ley de la inercia
 Ejemplo 1.- Cuando el bus arranca, sentimos que somos
movidos hacia atrás. Esto se debe a que por
inercia los cuerpos tienden a mantener su estado
de reposo.
2da Ley.- “Ley de la aceleración”.- “Todo cuerpo material sometido a la
acción de una fuerza resultante diferente de cero adquiere
una aceleración en la misma dirección y sentido de las
fuerzas resultantes
Esto se sintetiza en la siguiente formula:
Aceleración = Fuerza resultante = a = F
Masa
m
3ra Ley “Acción y reacción.- “Cuando dos cuerpos A y B
interactúan, la acción de A se opone una reacción B en la
misma dirección con el mismo valor, pero de sentido
contrario”
7.- FUERZAS USADAS EN ESTATICA.-
FUERZAS
EN ESTATICA
1).- Fuerza (F)
2).- Peso (W)
3).- Tensión (T)
4).- Comprensión (C)
5).- Normal (N)
6).- Elástica (Fe)
a).- Fuerza (F).- Es la acción que se ejerce sobre un cuerpo para modificar su estado
b).- Peso (W).- Es una fuerza de origen gravitacional y se genera por la interacción
entre la tierra y los cuerpos. Es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos.
w= peso del cuerpo
m = masa del cuerpo
W = m.g
g = gravedad (aceleración de la gravedad (9.8 m/s2 )
 Es siempre vertical y apunta hacia a bajo y se ubica en el C G (Centro de
gravedad ( centro de la tierra)
c.-Tensión (T).- Es fuerza de origen electromagnética se
manifiesta cuando un cuerpo esta ligado a un hilo o cuerda y se
trata de estirarla. Esta fuerza se opone al alejamiento del
cuerpo ligado del punto de suspensión del hijo o cuerda.
F
+
F
-
+
+T
-T
Nota.- Al hacer un corte imaginario en C aparecen las tensiones internas ( -T y
+T)
b).- Para contrarrestar esta separación molecular aparecen una fuerza de
restitución llamada tensión (T) la cual se opone a la fuerza exterior (F)
d).-Comprensión.- Es la fuerza que aparece en el interior de un cuerpo rígido (viga,
barra) motivado por fuerzas externas que tratan de comprimirlo. Ejemplo La barra de
tiza sometido a fuerzas de comprensión (T+ y –T)
+
F
F -
+
-
-T
+T
 Al hacer un corte imaginario en C, aparecen las fuerzas internas (-T y +T)
d.- Fuerza Normal (N).- Es una fuerza de origen electromagnética
en una superficie lisa, esta impide al cuerpo desplazarse en la
dirección en la perpendicular común a las superficies de los
cuerpos en contacto. La normal se grafica en la dirección opuesta
a la dirección en que la superficie impide su desplazamiento
e).- Fuerza elástica(Fe).- Es una
fuerza de origen
electromagnética. Es una fuerza interna que se manifiestan cuando se deforman
cuerpos elásticos como resortes o ligas
Se grafica en dirección del resorte o cuero elástico. Se opone a la acción realzada
sobre el cuerpo elástico.
Nota.- Robert Hooke fue el primero en establecer esta relación mediante su
invento resorte compensador para un reloj.
La ley de Hooke se escribe como
L
X
Fe = K X
F
Es proporcional a la fuerza exterior que provoca la deformación.
F. externa = F externa
Donde:
Fe = Fuerza elástica
K = Constante de rigidez (depende del tipo de material)
X = elongación
SISTEMA DE FUERZAS.- Se denomina así a un conjunto de
fuerzas aplicadas a un mismo cuerpo (componentes de un
sistema). Puede sen fuerzas concurrentes o fuerzas
paralelas.
CARACTERISTICAS DE UN SISTEMA DE FUERZAS.- Para
efectuar un análisis correcto de un sistema de fuerzas debemos considerar tres
aspectos fundamentales
a).- fuerzas internas (tensión y comprensión)
b).-Tipos de apoyo (fijo, móvil y conexiones)
c).- Diagrama del cuerpo Libre (DCL)
DIAGRAMA DEL CUERPO LIBRE (D.C.L).CONCEPTO-.-Se denomina así a la representación grafica de las fuerzas que actúan
sobre un cuerpo para la cual se aísla al campo del todo el sistema, luego las fuerzas
se representan según su tipo por flechas con orientación y sentido determinados.
Hacer el DCL es representar gráficamente las fuerzas que actúan sobre el.
PASOS:.
a).- Se halla el cuerpo de todo el sistema
b).- Se representa el peso del cuerpo de todo el sistema mediante el vector,
dirigido siempre hacia el centro de la tierra.
c).- Si existen superficies en contacto se representa a la reacción mediante un
vector perpendicular a dicha superficie y empujando siempre al cuerpo.
d).- Si hubieran cuerdas y cables se representa a la Tensión mediante un
vector que esta siempre jalando al cuerpo, previo corte imaginario.
e).- Si existen barras comprimidas, se representa la comprensión mediante un
vector que siempre esta empujando al cuerpo. Previo corte imaginario.
Ejemplo 1.- Hacer el DCL del siguiente cuerpo.
T
y
cuerda
W
Peso
x
Ejemplo 2.- Hacer el DCL del siguiente cuerpo
T1
)30º
30º (
T2
W
Ejemplo 3.- En la figura se muestra un bloque de peso W
suspendido por dos cuerdas fijas al techo. Hallar las tensiones de estas dos cuerdas:
y
T1
T2
W
30º
W
30º
x
Solución. Por la primera ley de Newton:
Fx = T2 cos 30º - T1 sen 30º = 0 ……(1)
Fy = T2 cos 30º - W = 0
…..(2)
De la ecuación (1)
T1 = T2
Reemplazamos este resultado en la ecuación (2)
T1Sen 30ª = 0.5 .
T2 = W
T1 = T2 = W
2.- EL EQUILIBRIO
CONCEPTO.-Un cuerpos cualesquiera se encuentra en equilibrio cuando carece de
todo tipo de aceleración(a=0) es decir cuando se encuentra en reposo o en MRU
(Movimiento rectilíneo uniforme)
TIPOS DE EQUILIBRIO.- Existen dos:
a).- Equilibrio estático.- Cuando un cuerpo se encuentra en reposo es decir
carece de velocidad y aceleración (v=0) y (a=0)
b).- Equilibrio cinético.- Cuando el cuerpo se mueve en línea recta y a
velocidad constante.(MRU)
MRU
CONDICIONES DE EQUILIBRIO
a).- Primera condición de equilibrio.- “Si un cuerpo se encuentra en equilibrio
entonces las fuerzas resultantes que actúan sobre él es igual a cero”
Si sobre un cuerpo en equilibrio (m) actúan cuatro fuerzas estas deben
ser concurrentes, coplanares o paralelas cuando la resultante de todas la fuerzas sea
igual a cero.
∑F = 0
F1
f2
F3
F4
Condición Grafica.- Si la resultante de un sistema de vectores es nula el polígono
que se forma será cerrado.
F1
F3
F2
F4
F1 +F2+F3+F4 = 0
Condición algebraica.R = F1 +F2 +F3 + F4
Rx = 0
Ry = 0
Ejemplo 1.- Halla el valor de F3 necesario para que el bloque P de la figura se encuentre en
equilibrio (no existe rozamiento)
F1 = 6kg
F2 = 8 kg
P
F3 = 14 N
∑F = 0 = F3 – F1- F2 = 0 == F3 = F1 + F2
F3 = 6 N + 8 N = 14 N
CENTRO DE GRAVEDAD.Concepto.- Es el punto de aplicación del peso de un cuerpo. Al centro de la gravedad se le
llama también baricentro o centro de masa.
Cuando un cuerpo tiene forma geométrica regular generalmente coincide el centro de
gravedad con su centro geométrico.
PRINCIPALES CENTROS DE GRAVEDAD
1.- de una recta se encuentra en el punto Medio
cg
2.- De una circunferencia, de un círculo o de una esfera o de un polígono regular se encuentra
al centro.
3.- De un prisma o de un cilindro recto, se halla en la mitad de la recta que une los centros de
gravedad
4.- de un tetraedro o de un cono se encuentra a ¼ de su altura sobre la base
CUESTIONARIO
1) ¿Que estudia la estática?
2) ¿Que entiendes por fuerza?
3) ¿Cuales son las propiedades de la fuerza
4) ¿Que entiendes por fuerzas concurrentes?
5) ¿Que es el equilibrio??
6) Cuando se dice que un cuerpo esta en equilibrio
7) ¿Cuantas clases de equilibrio conoces?. ¿Cuáles son?
8) ¿A que se llama equilibrio estático?
9) ¿A que se llama equilibrio dinámico?
10) En que se basa la ley de Hooke
11) ¿Que es el principio de inercia?
12) ¿Como se explica el principio de aceleración?
13) ¿Cual es el principio de acción y reacción?
14) Todo cuerpo tiene un lugar donde se concentra todo su peso y este se llama
a. Punto de inercia
b. Centro de gravedad
c. Punto de equilibrio
d. Punto G
e. Punto de suspensión
12.- De la cinta del video de la vida de Isaac Newton realizar un resumen así como la lista de
leyes o principios que el promulgó hacerlo en no menos de una pagina.
Grados
30º
= 0.5
37ª
45º
3/5 = 0.6
60º
4/5 = 0.8
0.7
4/5 = 0.8
0.86
53ª
0.86
3/5 = 0.6
0.7
= 0.5