IES MACARENA FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO TEMA 3. LAS

IES MACARENA
FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
TEMA 3. LAS FUERZAS 2ª Parte. LEY DE HOOKE.
CUERPOS EN EQUILIBRIO. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.
1. LAS FUERZAS Y LAS DEFORMACIONES.
Las fuerzas pueden producir un cambio en el movimiento de los cuerpos como vimos en
la tercera parte del tema 1, pero también pueden producir deformaciones.
Los cuerpos se clasifican en rígidos (no se deforman por la acción de una fuerza, aunque
todos tienen un límite de rotura), elásticos (se deforman pero recuperan su forma cuando
deja de aplicarse la fuerza) y plásticos (no recuperan su forma original).
Los cuerpos elásticos tienen un límite de elasticidad a partir del cual ya no recuperan su
forma original.
2. LEY DE HOOKE.
La ley de Hooke dice que cuando se aplica una fuerza a un muelle, le provoca una
deformación directamente proporcional al valor de esa fuerza:
F = k·(lf – l0) = k·∆l
l0 y lf = longitud inicial y final respectivamente
La constante de proporcionalidad k se llama constante de elasticidad y es característica
del muelle. En el SI se mide en N/m.
Los muelles son cuerpos elásticos, y como tales tienen un límite de elasticidad. Por ello,
cuando manejamos un dinamómetro debemos tener en cuenta su rango (página 37).
EJERCICIOS Página 53 Actividades 25 y 26. Ejercicio resuelto 7.
Página 54 Actividades 27, 28, 29.
3. MOMENTO DE UNA FUERZA RESPECTO A UN PUNTO.
El momento M de una fuerza F respecto a un punto O se define como el producto de la
fuerza por la distancia r entre el punto O y el punto de aplicación A de la fuerza.
M = F·r
Si el vector que une O con A forma un ángulo α con F, se multiplica por el seno dicho
ángulo:
M = F·r·senα
4. SUMA DE FUERZAS PARALELAS NO CONCURRENTES. (Página 41)
A) Cuando se aplican dos fuerzas de la misma dirección y sentido en los extremos de
una barra, como por ejemplo cuando se cuelgan dos cuerpos de distinta masa, es útil
conocer el módulo de la fuerza resultante y su punto de aplicación P.A.
-
El módulo de la fuerza resultante es la suma de los módulos, R = F1 + F2
El punto de aplicación A se halla teniendo en cuenta lo siguiente: respecto a ese
punto, los momentos de ambas fuerzas son iguales, es decir:
M1 = M2 → F1·d1 = F2·d2.
Para resolverlo gráficamente, se dibuja una fuerza igual a F1 en el punto de aplicación de
F2, y una fuerza de sentido opuesto a F2 en el punto de aplicación de F1. El punto de
aplicación de R se obtiene al unir los extremos de las dos fuerzas dibujadas. (Página 41)
EJERCICIOS:
1. En los extremos de una barra de 12º cm se ejercen dos fuerzas verticales hacia
abajo; una de 12 N y otra de 36 N. Calcula cuánto vale su resultante y dónde se
aplica.
2. De los extremos de una barra de 2 m se cuelgan dos masas de 250 y 400 g. Calcula
el valor de la fuerza que hay que realizar y en qué punto de la barra hay que aplicarla
para sostenerla en equilibrio.
B) Si las dos fuerzas tienen la misma dirección pero sentido contrario, la fuerza
resultante tiene el sentido de la mayor y su módulo es la diferencia de los módulos:
R = F1 – F2.
Para resolverlo gráficamente, se
dibuja una fuerza igual a la mayor
(pero de sentido contrario) en el
punto de aplicación B de la menor.
Se dibuja una fuerza igual a la
menor en el punto de aplicación A
de la mayor. El punto se aplicación
O de R se obtiene al unir los
extremos de las dos fuerzas
dibujadas.
Se cumple: F1·OA = F2·OB
Cuando F1 y F2 tienen el mismo módulo, la fuerza resultante es 0, pero producen un
momento resultante que cambia la velocidad de giro en el cuerpo.
EJERCICIOS:
Página 41 y 42 Actividades 8, 9, 11, 12 y 13.
Página 55 Actividades 33 y 34.
5. EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: LA FUERZA DE EMPUJE EN LOS FLUIDOS.
Los cuerpos sumergidos en agua o en cualquier otro fluido experimentan una fuerza de
empuje hacia arriba que produce una disminución aparente del peso. Arquímedes (287- 212
a. C.) dedujo el valor de dicha fuerza y enunció el siguiente principio:
“Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al
peso del líquido desalojado”.
Si un cuerpo de volumen V está sumergido en un fluido, desaloja exactamente un volumen
V del fluido. Si la densidad del fluido es df, el peso del líquido desalojado (empuje) será:
E = mf·g = df·V·g
(1)
Si el cuerpo está sólo parcialmente sumergido, es decir, flota, tendremos que conocer la
parte sumergida del cuerpo para poder calcular el empuje. Si esta parte del volumen es Vs,
el empuje vendrá dado por:
E = mf·g = df·Vs·g
(2)
6. EQUILIBRIO DE SÓLIDOS EN FLUIDOS.
Un sólido completamente sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso
hacia abajo y la fuerza de empuje hacia arriba.
-
Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde.
Si el peso es igual al empuje (P = E), el cuerpo está en equilibrio en cualquier punto
del fluido, debido a que la fuerza resultante sobre él es cero.
Si el peso es menor que el empuje que sufre el cuerpo cuando está totalmente
sumergido (P < E), el cuerpo asciende a flote.
En un cuerpo que flota hay un equilibrio entre su peso y el empuje, que es el peso del
volumen de fluido desplazado por la parte sumergida del cuerpo (2).
EJERCICIOS:
Página 90 Actividades 1 y 2.
Página 99 Actividades 14, 15, 19 y 20.
Página 100 Actividades 21 a 29.
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