Guía de auto-aprendizaje Nº 2 Fuerza. Nombre:………………………………………………………………………………………………………………………… Curso:………………………………………… fecha:……………………………………….. Objetivo: Conocer y describir los efectos de las fuerzas sobre distintos cuerpos utilizando vectores y diagramas de cuerpo libre. FUERZA: Es una interacción entre dos o más cuerpos que puede producir movimiento o reposo de un cuerpo. Para expresar una fuerza se utiliza una denotación especial llamada vector, la cual indica la intensidad o módulo de la fuerza, la dirección y el sentido en la cual se aplica. Las fuerzas nunca actúan solas, lo más común es que sobre un cuerpo actúen varias fuerzas a la vez, las que sumadas determinaran la fuerza neta total y por lo tanto, el movimiento o reposo de un cuerpo. La unidad para medir las fuerzas en el sistema internacional de medidas es el Newton en honor al físico que estudio el fenómeno y estableció las leyes de la dinámica. Veamos un ejemplo. 1. Si sobre una caja de 2 [kg] de masa, apoyada sobre una superficie lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como indica la figura, ¿Cuánto vale la fuerza neta y hacia qué lado se mueve la caja? Al observar la situación podemos ver que hay dos fuerzas actuando, una de 12 N hacia la derecha y por lo tanto positiva y otra de 4 N actuando hacia la izquierda y por tanto negativa, al realizar la suma algebraica respetando los signos de la cada fuerza podremos obtener la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo y el sentido del movimiento. Finalmente el cuerpo se moverá hacia la derecha. Ejercicios 1: 1. En las siguientes situaciones determine la fuerza neta y hacia qué lado se moverá la caja. Si se sabe que F1 = 12 N y F2 = 5 N A B 2. La persona de la figura aplica una fuerza aproximada de 80 N para levantar un balde cuyo peso aproximado es de 65 N determine el valor de la fuerza neta y hacia donde se mueve la balde. Caso especial: en algunas ocasiones las fuerzas aplicadas actúan tanto en el eje x como en el eje y, en ese caso se calcula la fuerza neta de cada eje y se aplica el teorema de Pitágoras para obtener la fuerza neta total. Para determinar la fuerza neta total que se aplica sobre un cuerpo se pueden utilizan los diagramas de cuerpo libre (DCL), siendo una herramienta útil al momento de desarrollar problemas. Ejemplo: Sobre la caja de la figura se aplican dos fuerzas F3 = 4 N y F4 = 3 N determine el valor de la fuerza neta total y hacia donde se mueve la caja. Solución. Como se aplican fuerzas en ambos ejes de manera simultánea la fuerza neta se calcula a través del teorema de Pitágoras donde F3 y F4 representan a los catetos y FN la hipotenusa: Finalmente la caja se mueve con una fuerza resultante de 5 N hacia arriba y hacia la derecha, es decir de manera oblicua. Ejercicios 2: En todos los casos determine la fuerza neta resultante y hacia donde se mueven los cuerpos. 1. Sobre un cuerpo de masa m se aplican tres fuerzas F1 = 18 N; F2 = 5 N; y F3 = 20 N tal como lo indica la figura. 2. Los vectores F1 = 4 N; F2 = 5 N; y F3 = 10 N se aplica sobre un cuerpo de masa m tal como lo indica la figura. 3. En un plano cartesiano dibuja dos fuerzas de 6 y 8 Newton y determina la magnitud y el sentido de la fuerza neta. 4. Un trabajador aplica una fuerza vertical a una caja de 12 N para levantarla desde el suelo y luego camina con ella realizando una fuerza horizontal de 16 N. Realice un DCL de la situación descrita y determine el valor de la fuerza neta total aplicada por el trabajador en el proceso. 5. Se aplica una fuerza horizontal de 12 N hacia la izquierda del origen del sistema de referencia de un plano cartesiano y otra fuerza vertical de 5 N hacia abajo del origen del sistema, determine: A) El módulo y el sentido de la fuerza resultante. B) ¿Qué signo tiene el vector resultante? ¿Qué significa el signo del vector? Solucionario: Ejercicios 1: 1. A) 17 N hacia la derecha. B) – 7 N hacia la izquierda. 2. 15 N hacia arriba. Ejercicios 2: 1. 2. 3. 4. 5. 3 N hacia la derecha. – 1 N hacia la izquierda. 10 N oblicuo en el primer cuadrante. 20 N A) 13 N oblicuo en el tercer cuadrante. B) el vector fuerza neta tiene signo negativo lo que significa que está actuando en contra del sentido elegido como positivo.
