Fuerza de rozamiento

COLEGIO MONTEBELLO IED
GUÍA DE NIVELACIÓN Y REFUERZO ACADÉMICO
TERCER PERIODO – GRADO DECIMO
GUÍA DE TRABAJO DE FÍSICA
ESTUDIANTE:
PROFESOR: SEÚL SÁENZ BRAVO
CURSO:
Fecha:
Dinámica.
Segunda ley de Newton (masa)
Estudia el movimiento de los objetos y de su
respuesta a las fuerzas. Las descripciones del
movimiento comienzan con una definición
cuidadosa
de
magnitudes
como
el
desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la
aceleración, la masa y la fuerza.
Newton demostró que la velocidad de los objetos
que caen aumenta continuamente durante su
caída. Esta aceleración es la misma para objetos
pesados o ligeros, siempre que no se tenga en
cuenta la resistencia del aire (rozamiento).
Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y
la masa, y relacionarlas con la aceleración.
Para los objetos que se desplazan a velocidades
próximas a la velocidad de la luz, las leyes de
Newton han sido sustituidas por la teoría de la
relatividad de Einstein. Para las partículas
atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han
sido sustituidas por la teoría cuántica. Pero para
los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del
movimiento de Newton siguen siendo la piedra
angular de la dinámica (el estudio de las causas
del cambio en el movimiento).
Para entender cómo y por qué se aceleran los
objetos, hay que definir la fuerza y la masa. Una
fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará,
es decir, cambiará su velocidad. La aceleración
será proporcional a la magnitud de la fuerza total
y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La
constante de proporcionalidad es la masa m del
objeto. La masa es la medida de la cantidad de
sustancia de un cuerpo y es universal.
Cuando a un cuerpo de masa m se le aplica una
fuerza F se produce una aceleración a.
F = m.a [ N ] [ Kgr ]
Unidades: En el Sistema Internacional de
unidades (SI), la aceleración a se mide en metros
por segundo cuadrado, la masa m se mide en
kilogramos, y la fuerza F en Newton.
Las leyes del movimiento de Newton
Con la formulación de las tres leyes del
movimiento, Isaac Newton estableció las bases
de la dinámica.
Primera ley de Newton (Equilibrio)
Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento
rectilíneo uniforme (M.R.U. = velocidad
constante) si la fuerza resultante es nula (ver
condición de equilibrio).
El que la fuerza ejercida sobre un objeto sea cero
no significa necesariamente que su velocidad sea
cero. Si no está sometido a ninguna fuerza
(incluido el rozamiento), un objeto en
movimiento seguirá desplazándose a velocidad
constante.
Se define por el efecto que produce la
aceleración en la fuerza a la cual se aplica. Un
newton se define como la fuerza necesaria para
suministrar a una masa de 1 kg una aceleración
de 1 metro por segundo cada segundo.
Un objeto con más masa requerirá una fuerza
mayor para una aceleración dada que uno con
menos masa. Lo asombroso es que la masa, que
mide la inercia de un objeto (su resistencia a
cambiar la velocidad), también mide la atracción
gravitacional que ejerce sobre otros objetos.
Resulta sorprendente, y tiene consecuencias
profundas, que la propiedad inercial y la
propiedad gravitacional estén determinadas por
una misma cosa. Este fenómeno supone que es
imposible distinguir si un punto determinado está
en un campo gravitatorio o en un sistema de
referencia acelerado. Einstein hizo de esto una de
las piedras angulares de su teoría general de la
relatividad, que es la teoría de la gravitación
actualmente aceptada.
Fe = -k. x
k: Constante que depende del material y
dimensiones del resorte.
Dx: Variación del resorte con respecto a su
longitud normal.
Fuerza normal:
Fuerza normal al plano e igual pero de
sentido contrario a la componente normal al
Se deduce que:
1 kgr = 9,81 N
En particular para la fuerza peso:
P = m.g
Tercera ley de Newton (acción y
reacción)
Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza
(acción o reacción), este devuelve una fuerza de
igual magnitud, igual dirección y de sentido
contrario (reacción o acción).
Por ejemplo, en una pista de patinaje sobre hielo,
si un adulto empuja suavemente a un niño, no
sólo existe la fuerza que el adulto ejerce sobre el
niño, sino que el niño ejerce una fuerza igual pero
de sentido opuesto sobre el adulto. Sin embargo,
como la masa del adulto es mayor, su aceleración
será menor.
plano, de la fuerza peso.
N = cos α .m.g
Fuerza de rozamiento:
Fuerza aplicada y contraria al movimiento y que
depende de la calidad de la superficie del cuerpo
y de la superficie sobre la cual se desliza.
Fr = µ.N
µ: Coeficiente de rozamiento.
Fuerza de rozamiento estática: fuerza mínima a
vencer para poner en movimiento un cuerpo.
Cuarta ley de Newton (gravitación)
Fg = G.m1.m2 / r2
La fuerza entre dos partículas de masas m1
y m2 y, que están separadas por una
distancia r, es una atracción que actúa a lo
largo de la línea que une las partículas, en
donde G es la constante universal que tiene
el mismo valor para todos los pares de
partículas.
Fuerza elástica:
Una fuerza puede deformar un resorte, como
alargarlo o acortarlo. Cuanto mayor sea la
fuerza, mayor será la deformación del resorte
(∆x), en muchos resortes, y dentro de un
rango de fuerzas limitado, es proporcional a
la fuerza:
Fuerza de rozamiento cinética: fuerza retardadora
que comienza junto con el movimiento de un
cuerpo.
En el caso de deslizamiento en seco, cuando no
existe lubricación, la fuerza de rozamiento es casi
independiente de la velocidad. La fuerza de
rozamiento tampoco depende del área aparente de
contacto entre un objeto y la superficie sobre la
cual se desliza. El área real de contacto (la
superficie en la que las rugosidades microscópicas
del objeto y de la superficie de deslizamiento se
tocan realmente) es relativamente pequeña.
Cuando un objeto se mueve por encima de la
superficie de deslizamiento, las minúsculas
rugosidades del objeto y la superficie chocan entre
sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan
moviendo. El área real de contacto depende de la
fuerza perpendicular entre el objeto y la superficie
de deslizamiento. Frecuentemente, esta fuerza no
es sino el peso del objeto que se desliza. Si se
empuja el objeto formando un ángulo con la
horizontal, la componente vertical de la fuerza
dirigida hacia abajo se sumará al peso del objeto.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la
fuerza perpendicular total.
Estudiantes a continuación encontraran una serie
de cuestionamientos y ejercicios relacionados
con el indicador de logro y las temáticas
desarrollas en clase.
Resuelva la guía en hojas cuadriculadas y
entréguela al finalizar la clase. Se puede
desarrollar en grupos pero se debe entregar de
forma individual.
m1
1. A partir de la lectura anterior elabore un mapa
conceptual.
2. Es posible tener movimiento en ausencia de
fuerza, es posible tener fuerza en ausencia de
movimiento?
3. ¿Existe alguna relación entre la fuerza neta que
actúa sobre un objeto y la dirección en la cual se
mueve el objeto?
3. Una pelota de béisbol de masa m se lanza hacia
arriba con cierta rapidez inicial. Sí se ignora la
resistencia del aire ¿Qué fuerzas están actuando
sobre la pelota cuando ésta alcanza la mitad de
su altura máxima y su altura máxima?
m2
si la masa de m1 es de 15.5 kg. y la masa m2 es de
22.5 kg. Hallar el valor de la fuerza de rozamiento
y la normal de la m1.
12. Sobre un bloque de 2 kg de masa,
colocado en una mesa de fricción
despreciable, se aplican dos fuerzas F1 y F2
como indica el dibujo
F1
F2
2kg
4. Si un insecto choca con el parabrisas de un
autobús ¿Cuál experimenta la mayor aceleración:
el insecto, el autobús o ambos experimentan la
misma aceleración?
5. Un pasajero sentado en la parte trasera de un
autobús afirma que se lastimó cuando el
conductor aplico los frenos, provocando que una
maleta saliera volando hacia él desde el frente
del vehículo. Si usted fuera juez de este caso,
¿Qué decisión tomaría? ¿Por qué?
6. La resultante de las fuerzas que actúan sobre un
cuerpo cuya masa es 4 kg, vale 20 N. ¿Cuál es el
valor de la aceleración que posee dicho cuerpo?.
7. Un automóvil se desplaza en línea recta con una
velocidad de 10 m/s. El conductor pisa el
acelerador durante 2 s, y la velocidad cambia
entonces a 15 m/s.
¿Cuál es el valor de la aceleración que se imprime
al auto? ¿Qué otro dato necesitaría conocer para
determinar el valor de la fuerza resultante de las
fuerzas que actúan sobre él?
F1 = 20N
F2 = 10N
Determine la magnitud y dirección valor de la
fuerza neta que actúa sobre el bloque y su
aceleración.
14. Se tienen dos bloques A y B con masas mA y
mB respectivamente, como lo muestra la figura.
Mediante la fuerza F aplicada sobre el bloque A
se logra que todo el conjunto se acelere hacia
abajo.
F
A
B
9. Un cuerpo de masa m, se deja deslizar sobre un
plano inclinado sin fricción. El ángulo de
inclinación del plano es θ. ¿Cuál es la aceleración
en el movimiento del cuerpo al descender por el
plano?
10. Para el cuerpo descrito en el problema 4
determine: la aceleración si la masa vale 10 kg y
el ángulo es de 30º.
a. labore el diagrama de cuerpo libre de las
fuerzas que actúan sobre el sistema.
b. Si el bloque A tiene una masa de 5 Kg. y el
bloque B una masa de 3 Kg. La fuerza que se
debe aplicar para que el sistema tenga una
aceleración de 8 m/s2
c.
11. Analizar el siguiente gráfico:
Si los bloques se colocan sobre una superficie
rugosa, ¿qué ocurre con la aceleración?
Justifique la respuesta.