INSTITUCIÓN EDUCATIVA MONSEÑOR GERARDO VALENCIA CANO FISICA Grado Décimo. Tercer periodo TEMAS: DINÁMICA- LEYES DE NEWTON – ESTÁTICA - CANTIDAD DE MOVIMIENTO. DESCRIPTORES DE DESEMPEÑO DEL PERIODO. Identifica y explica las leyes de Newton Plantea y resuelve problemas y situaciones relacionadas con la leyes de Newton Aplica las condiciones de equilibrio en el análisis de situaciones de la vida diaria. Aplica la ley de la conservación de la cantidad de movimiento a la solución de problemas. ¿Qué me pide el profesor al final de periodo? ¿Qué debo hacer? PRIMERA SESION Define fuerza desde el punto de vista físico Interpreta el movimiento de un cuerpo cuando sobre él no actúa ninguna fuerza. Describe el movimiento de un cuerpo cuando sobre él actúa una fuerza constante. Enuncie y compruebe experimentalmente las leyes de Newton Resuelve problemas relacionados con las leyes de Newton. Encuentre el centro de masa y de gravedad de algunos objetos homogéneos. Compruebe el principio de la conservación de la cantidad de movimiento. PROPÓSITO DE LA SESIÓN Identificar y aplicar las leyes de Newton en la solución de problemas ¿Qué me pide el profesor cuando domine esta enseñanza Al finalizar esta enseñanza estará en la capacidad de explicar las leyes de Newton, su aplicación mediante graficas y en la solución de problemas. Producto intelectual Introducción Esta unidad está dedicada a un tema de gran importancia en el estudio de la Física: la dinámica newtoniana. Isaac Newton (1642 – 1727) fue capaz de realizar a finales del s. XVII una revisión completa de la física. Como resultado de ella, los conceptos hasta entonces existentes (la física aristotélica), fueron reemplazados por otros que permitían una nueva explicación del universo y de los fenómenos cotidianos. Los dos siglos posteriores contemplaron como la aplicación de las leyes de Newton dieron un gigantesco impulso a la mecánica, la óptica, la electricidad o el magnetismo… pero en ciencia siempre es posible un paso más. En los primeros años del s. XX un joven empleado de la Oficina de Patentes de Berna (Suiza) llamado Albert Einstein, es capaz de intuir que conceptos hasta entonces considerados intocables por la comunidad científica, tales como el espacio y tiempo, deberían de ser revisados y, con ellos, el impecable edificio construido por Newton. La ciencia es esto, un esfuerzo comunitario por entender el mundo y sus leyes. Con este objetivo la investigación se asienta en trabajos anteriores que son cuestionados o perfeccionados para seguir avanzando. En palabras del propio Newton: “si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes". Tras la aparente simplicidad de las tres leyes de Newton se esconde una gran dificultad para lograr su correcta aplicación a nuestras experiencias cotidianas, siempre sometidas a interacciones como la gravedad o el rozamiento que, algunas veces, enmascaran los resultados llevando a conclusiones erróneas. 2 En esta guía se abordará la rama de la física llamada dinámica, que consiste en el estudio del movimiento de los cuerpos con razón de causa, es decir, qué lo produce. Para empezar debes entender el concepto de fuerza desde el punto de vista físico. Ésta se entiende como cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese cuerpo. Según su naturaleza existen las fuerzas de contacto y de acción: a. Fuerzas de contacto: Son aquellas que se presentan en los objetos que interactúan y que están físicamente en contacto b. Fuerzas de acción o distancia: Se presentan en los objetos no se encuentran físicamente en contacto. La unidad de medida de la fuerza en el sistema SI es el Newton (N) y en el sistema CGS es la Dina (d). Una definición más cercana a tu realidad del newton es la fuerza necesaria para que una masa de un kilogramo pueda acelerar un metro por segundo cada vez que transcurre un segundo. N = kg.m/s2. El estudio de la dinámica se sintetizo en el trabajo de Isaac Newton en las tres leyes fundamentales. PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE INERCIA La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, me dice que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza externa a él, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). SEGUNDA LEY DE NEWTON: La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Me dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera puedo expresar la relación de la siguiente manera: F=ma Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. TERCERA LEY DE NEWTON: ACCION Y REACCION La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción me dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. A continuación encuentras un cuadro con los diferentes partes de la dinámica. Dinámica Es la parte de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos teniendo en cuenta las causas que lo producen. Se explicará el por qué del movimiento uniforme, el movimiento uniformemente acelerado, el movimiento circular uniforme y el movimiento de planetas y satélites. CONCEPTO DE FUERZA PRIMERA LEY DE NEWTON Fuerza es toda acción capaz de modificar o cambiar el estado de un cuerpo. Luego para determinar las fuerzas actuantes debemos determinar las acciones y representar cada una de ellas por un vector. La unidad S. I. de fuerza es el newton (N) En ausencia de fuerzas externas un cuerpo permanece en reposo si su velocidad inicial es cero y se mueve con movimiento uniforme, con velocidad constante, si tiene velocidad inicial en el momento que observamos la ausencia de fuerzas. La inercia expresa la tendencia de un cuerpo a mantenerse en el estado en que está. Si está en reposo y no actúan fuerzas sobre él, continúa en reposo. Si no actúan fuerzas pero estaba en movimiento, continúa con movimiento uniforme. SEGUNDA LEY DE NEWTON 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. Cuando a un cuerpo de masa m se le aplica una fuerza F se produce una aceleración a. F = m.a Unidades: En el (SI), la aceleración a se mide en metros por segundo cuadrado, m/s2 TERCERA LEY DE NEWTON 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). 3 FUERZAS MECANICAS ESPECIALES NORMAL PESO Es la fuerza que ejerce Normal (N): Es la la gravedad sobre un fuerza que ejerce cuerpo. una superficie hacia P = m.g los objetos situados sobre ella. El peso se representa HERRAMIENTAS DE LA ENSEÑANZA. con un vector vertical N = Cos α.m.g dirigido hacia abajo. TENSIÓN Es la fuerza ejercida por una cuerda inextensible, de masa despreciable sobre un cuerpo que está ligado a ella. 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 A continuación les ilustramos los casos más conocidos para la determinación de la fuerza resultante de dos fuerzas aplicadas en un cuerpo. Caso 1 – Fuerzas con la misma dirección y sentido Caso 2 – Fuerzas perpendiculares 4 Caso 3 Caso – 4 Fuerzas – Caso con la misma General dirección – Ley y sentidos de los opuestos Cosenos LEYES DE NEWTON PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE INERCIA 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). En la ausencia de fuerzas exteriores, todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho estado. 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. Principio de inercia Frase con huecos Coloca la palabra apropiada en cada hueco y completa la frase. actúen en reposo fuerzas mientras Toda uniforme está no partícula o en movimiento rectilíneo sobre él. SEGUNDA LEY DE NEWTON: Esta Ley se refiere a los cambios en la velocidad que sufre un cuerpo cuando recibe una fuerza. Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuado en la unidad de tiempo, recibe el nombre de aceleración. Así, el efecto de una fuerza desequilibrada sobre un cuerpo produce una aceleración. Cuanto mayor sea la magnitud de la fuerza aplicada, mayor será la aceleración. Debemos recordar que aceleración también significa cambios en la dirección del objeto en movimiento, independientemente que la magnitud de la velocidad cambie o permanezca constante; tal es el caso cuando se hace girar un cuerpo atado al extremo de una cuerda, pues ésta aplica una fuerza al objeto y evita que salga disparado en línea recta acelerándolo hacia el centro de la circunferencia. Podemos observar claramente cómo varía la aceleración de un cuerpo al aplicarle una fuerza, realizando la siguiente actividad: Si a un coche de juguete le damos dos golpes diferentes, primero uno leve y después otro más fuerte, el resultado será una mayor aceleración del mismo a medida que aumenta la fuerza que recibe: a α F. 5 Por lo tanto, podemos decir que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada, y el cociente fuerza entre aceleración producida es igual a una constante: F1/a1=F2/a2=Fn/an= k constante. El valor de la constante k representa la propiedad del cuerpo que recibe el nombre de masa, por lo cual podemos escribir: F = m o bien: m= F/a a La relación F/a es un valor constante para cada cuerpo en particular y recibe el nombre de masa inercial, porque es una medida cuantitativa de la inercia. La masa de un cuerpo m, como ya señalamos representa una medida de la inercia de dicho cuerpo y su unidad fundamental en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg), mismo que resulta de sustituir las unidades correspondientes de fuerza y aceleración. Veamos: m = F/a = N/m/s2. = kg m/s2 = kg m/s2. En el sistema c.g.s. la unidad de masa es el gramo: 1 kg = 1000 g En ingeniería aún se utilizan mucho los sistemas Técnicos o gravitacionales. En el sistema Inglés la unidad de masa es el slug, compuesta o derivada de las siguientes unidades. m = F = lbf_____ = slug a pies/s2. El slug se define como la masa a la que una fuerza de l lbf le imprimirá una aceleración de 1 pie/s2. La segunda Ley de Newton también relaciona la aceleración con la masa de un cuerpo, pues señala claramente que una fuerza constante acelera más a un objeto ligero que a uno pesado. Compruebe lo anterior al empujar un carro de los que se usan en los supermercados y observará que al moverlo cuando está vacío exigirá menor esfuerzo que cuando está lleno. Comprenderemos la relación entre la aceleración y la masa del cuerpo, al realizar la siguiente actividad: A un carrito de 40 gramos le aplicamos una fuerza y observamos cuál fue su aceleración. Ahora le aplicamos la misma fuerza pero antes le agregamos una masa equivalente de 40 gramos, de tal manera que su masa se duplique: el valor de su aceleración será a/2. Al triplicar la masa del carrito, agregándole otros 40 gramos y al aplicarle la misma fuerza, la aceleración será a/3, si cuadruplicamos la masa será a/4. De lo anterior concluimos que cuando la fuerza aplicada es constante, la aceleración de un cuerpo es inversamente proporcional a su masa; en forma matemática puede escribirse como: a α 1/m Al observar y cuantificar los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los cuerpos se llega al enunciado de la Segunda Ley de Newton; “Toda fuerza resultante diferente de cero al ser aplicada a un cuerpo, le produce una aceleración en la misma dirección en que actúa. El valor de dicha aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera: a= F m donde a= valor de la aceleración en m/s2, cm/s2, pies/s2. F= valor de la fuerza aplicada en Newton (N), dinas o libras fuerza (lbf). m = masa del cuerpo en kilogramos (kg), gramos (gr) o slug. De esta ecuación podemos despejar a la fuerza, lo cual nos permitirá comprender con mayor facilidad el significado del newton como unidad de fuerza en el Sistema Internacional: 6 F = m.a Sustituyendo las unidades de masa y aceleración tenemos: F= kg m/s2= newton (N). Por definición, se aplica una fuerza de un Newton cuando a un cuerpo cuya masa es de un kilogramo se le imprime una aceleración de un metro por segundo cuadrado. La equivalencia entre newton y dinas es la siguiente: 1 N = 1 x105 dinas. Como el peso de un cuerpo representa la fuerza con que la tierra atrae a la masa de dicho cuerpo, entonces: P = mg. por lo tanto m= p/g. De donde la Segunda Ley de Newton puede escribirse también como: F = P/g a Donde F= Valor de la fuerza aplicada al cuerpo en newton (N). P = Valor del peso del cuerpo en Newton (N). g = valor de la aceleración de la gravedad = 9.8 m/s2. a = valor de la aceleración de la gravedad en m/s2. Ordena las palabras colocándolas frente a la de significado equivalente. Relaciona la palabra o expresión situada en la columna de la derecha con la palabra correspondiente de la izquierda. Interacción Acción Fuerza Fuerza = 0 Movim. circular uniforme Dos fuerzas Velocidad constante Aceleración Reacción Velocidad variable Problemas de la Segunda Ley de Newton. OBSERVA COMO LO HACE EL PROFESOR Ejemplo1. Calcula la aceleración que produce una fuerza de 50 Newton a un cuerpo cuya masa es de 5000 gramos. Expresar el resultado en m/s2. Datos Fórmula a= F= 50 N m = 5000 g = 5 kg a = F/m Sustitución a = 50 kg m/s2. = 10 m/s2. 5 kg 2. Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza de 100 Newton le produce una aceleración de 200 cm/seg2. Exprese el resultado en kg. Datos Fórmula m= F = 100 kg m/s2. a = 200 cm/s2 = 2 m/s2. m = F/a Sustitución. m = 100 kg m/s2. 2 m/s2. m = 50 kg 3.- Determinar la fuerza que recibe un cuerpo de 30 kg, la cual le produce una aceleración de 3 m/s2. 7 Datos Fórmula F= m = 30 kg a = 3 m/s2. F = m.a Sustitución F = 30 kg x 3 m/s2. F = 90 kg m/s2. F = 90 Newton. 4.- Determinar el peso de un cuerpo cuya masa es de 60 kg. Datos Fórmula P= m = 60 kg g = 9.8 m/s2. P = mg Sustitución. P = 60 kg x 9.8 m/s2. P = 588 kg m/s2. P = 588 Newton. 5.- Calcular la masa de un cuerpo cuyo peso es de 980 Newton. Fórmula Datos m=? P = 980 kg m/s2. g = 9.8 m/s2. m = P/g Sustitución. m = 980 kg m/s2. 9.8 m/s2. m = 10 kg ¿Cuál fue el primer paso que se realizó para solucionar cada uno de los problemas? ¿Qué datos se encontraron en cada problema? ¿Qué ecuaciones utilizo el profesor? ¿Cuál fue el último paso que se realizó en cada problema? Re- presentación Problemas propuestos sobre la segunda ley de Newton. 1. Calcular la masa de un cuerpo que al recibir una fuerza de 20 N adquiere una aceleración de 5 m/s ². 2. Sobre un cuerpo de 8 kg de masa se ejercen fuerzas de 12 N Y 5 N que forman entre si un ángulo de 90º. Calcular la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo y la aceleración que experimenta 3. Si sobre un cuerpo actúa una fuerza de 54 N, éste se acelera a razón de 9 m/s2, ¿Cuánto se acelera si la fuerza aplicada fuera de 6 N? 4. Sobre un cuerpo de 6 kg de masa inicialmente en reposo. Actúa una fuerza de 24 N. Calcular la distancia recorrida por el cuerpo en 10 s. 5. Sobre un cuerpo de 4 kg de masa, inicialmente en reposo, actúa una fuerza de 32 N. ¿Qué velocidad llevará el cuerpo cuando ha recorrido 14 m? 6. En el sistema de la figura, la fuerza aplicada a la cuerda AB es de 40 N, el cuerpo pesa 50 N. Despreciando el rozamiento, determinar: a) El módulo de la fuerza de vínculo (reacción del plano). TERCERA LEY DE NEWTON: ACCION Y REACCION La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción me dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando doy un salto hacia arriba, empujo el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba. Cuando estoy en una piscina y empujo a alguien, me muevo en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre mi masa, aunque no haga el intento de empujarme. Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos. Tercera ley de Newton (acción y reacción) 8 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 cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta. 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. La tercera ley de Newton también implica la conservación del momento lineal, el producto de la masa por la velocidad. En un sistema aislado, sobre el que no actúan fuerzas externas, el momento debe ser constante. Principio de acción y reacción Frase con huecos Coloca la palabra apropiada en cada hueco y completa la frase. a la que cuerpos ejerce interaccionan primero Siempre que dos , la fuerza que el primero el el segundo ejerce sobre el es igual y opuesta segundo sobre . FUERZAS DE CONTACTO Peso (w): Es la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre toda materia sólida, liquida y gaseosa situada cerca de su superficie. (Vectorialmente su dirección va dirigida vertical hacia abajo) y se calcula con la expresión w = m.g Normal (N): Es la fuerza que ejerce una superficie hacia los objetos situados sobre ella. La normal no tiene una ecuación física determinada. (Vectorialmente su dirección va dirigida perpendicularmente a la superficie que sostiene el cuerpo). Fuerza de la tensión (T): Es la fuerza que ejerce una cuerda o un cable, cuando sobre el se suspende una masa. La tensión no tiene una ecuación física determinada. . (Vectorialmente su dirección parte de la masa en el sentido de la cuerda). Fuerza de la fricción o rozamiento (fr): Es la fuerza que se produce por el contacto entre dos superficies (Vectorialmente su dirección va en contra del movimiento). El tipo de material define esta fuerza mediante el coeficiente de rozamiento definido como µ (niu). La fuerza de fricción la calculo con la expresión f r = µN. Fuerza elástica: Una fuerza puede deformar un resorte, como alargarlo o acortarlo. Cuanto mayor sea la fuerza, mayor será la deformación del resorte (Δx), en muchos resortes, y dentro de un rango de fuerzas limitado, es proporcional a la fuerza: Fe = -k.Δx k: Constante que depende del material y dimensiones del resorte. Δx: Variación del resorte con respecto a su longitud normal. Fuerzas y acciones Responde las siguientes preguntas: ¿Qué es una fuerza? ¿Cuándo y cómo debo dibujar o representar una fuerza? ¿Qué efecto produce? ¿Durante cuánto tiempo actúa? 9 Las preguntas anteriores son de especial importancia ya que la determinación incorrecta de las fuerzas actuantes sobre un cuerpo es el origen de la mayor parte de los errores que se cometen en la resolución de ejercicios. Fuerza normal: Fuerza normal al plano e igual pero de sentido contrario a la componente normal al 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. 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. ME ENTRENO CON LA ENSEÑANZA Resolver en forma grupal los siguientes problemas sobre fuerzas mecánicas especiales: 1- Un objeto de 100 kg, se encuentra sobre un plano horizontal. Si tiramos de él con una fuerza de 300 N y el coeficiente de rozamiento es 0,1, ¿con qué aceleración se moverá? Haz un dibujo indicando todas las fuerzas que actúan. 2- Sobre un cuerpo de masa 30 kg, que se mueve inicialmente con una velocidad de 8 m/s, actúa una fuerza constante de 24 N en la dirección del movimiento. Supuesto que no hay rozamiento, calcula su velocidad al cabo de 15 segundos, si el sentido de la fuerza es: El de la velocidad inicial. Contrario al de la velocidad inicial. 3- Se ejercen dos fuerzas de 25 y 50 N, sobre un cuerpo de 5 kg de masa, que descansa sobre un plano horizontal. El coeficiente de rozamiento es 0,1. Calcula la aceleración que adquiere cuando: Las dos fuerzas actúan en el mismo sentido. Las dos fuerzas actúan en sentidos opuestos. 4- Sobre un cuerpo de 2500 g, inicialmente en reposo, actúa una fuerza de 20 N, durante 4 s, dejando de actuar en ese momento. Supuesto que no hay rozamiento, ¿Qué velocidad tiene a los 4 s? ¿Qué velocidad tiene a los 10 s? Explícalo. 5- Un objeto de 20 kg se encuentra sobre una superficie plana horizontal. La fuerza de rozamiento es 15 N. Dibuja todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. 10 ¿Qué fuerza hay que aplicar para que adquiera una velocidad de 36 km/h en 5 s? ¿Qué fuerza hay que aplicar, una vez que ha alcanzado la velocidad de 36 km/h, para que esa velocidad se mantenga constante? 6- Un carrito de 40 kg se encuentra sobre una superficie plana horizontal. La fuerza de rozamiento es 15 N. ¿Con qué fuerza se le debe empujar para que adquiera una aceleración de 0,8 m/s2? ¿Qué fuerza se le ha de aplicar para que siga con movimiento rectilíneo y uniforme, una vez que ha alcanzado una velocidad de 2 m/s? ¿Cuál será la aceleración si, cuando está moviéndose con una velocidad de 2 m/s, se le empuja con una fuerza de 17 N? PROBLEMAS SOBRE CONSTANTE DE ELASTICIDAD 1. La constante de elasticidad de un resorte es 4 N/cm y de él se suspende una masa de 10 kg. Determina: a. El valor de las fuerzas que actúan sobre la masa. b. La constante de elasticidad del resorte. 2. Un resorte se estira 4 cm cuando sobre él se ejerce una fuerza de 9 N. ¿Cuánta fuerza hay que ejercer sobre el resorte para estirarlo 6 cm? 3. La constante de elasticidad de un resorte es de 6 N/cm y de él se suspende una masa de 14 kg. Determina la deformación del resorte. 4. Una masa de 5 kg descansa sobre un plano inclinado 30° respecto a la horizontal, sin rozamiento, suspendido de un resorte. Si el resorte se ha alargado 8 cm, calcula la constante de elasticidad del resorte. 5. Encuentra la elongación equivalente de un resorte que sustituya dos resortes en paralelo, los cuales tienen constante de elasticidad de 0.5 N/m el izquierdo y de 0.3 N/m el derecho y de ellos se suspende un peso de 22 N. 6. Un cuerpo de masa 30 Kg se encuentra suspendido de dos resortes en serie cuyas constantes de elasticidad son respectivamente 32 N/m y 45 N/m. Determina la constante de elasticidad del sistema y la elongación. PROBLEMAS SOBRE FUERZA DE ROZAMIENTO. 1. Un bloque de 10 Kg se desliza sobre un plano inclinado que forma un ángulo de 42º con la horizontal. Calcula la aceleración del bloque si el coeficiente de rozamiento cinético entre el bloque y la superficie es 0.2. 2. Un bloque de 20 Kg es arrastrado hacia arriba por un plano inclinado que forma un ángulo de 38º con la horizontal y la fuerza aplicada es de 200 N. Calcula la aceleración del bloque, la velocidad del bloque después de haber recorrido 10 m si parte del reposo, la fuerza normal ejercida por el plano. 3. Dos bloques cuyas masas son 20 Kg y 40 Kg están ligados por una cuerda y se deslizan por un plano inclinado que forma un ángulo de 30º con la horizontal. Si μc = 0.25 para el bloque de 20 Kg y μc = 0.5 para el bloque de 40 Kg. Calcular la aceleración de los bloques y la tensión de la cuerda. ¿Cuáles fueron los ejercicios que más se facilitaron al realizar? ¿Cuáles fueron los ejercicios que más se dificultaron al realizarlos? ¿Qué aspectos de la enseñanza requiere de más estudio? Me entreno con la enseñanza Taller de física-Segunda ley de Newton. En una experiencia de laboratorio se haló un carro dinámico, con una fuerza F ejercida por una banda de caucho estirada cierta longitud. Luego se duplicó la fuerza, después se triplicó y finalmente se cuadruplicó (F, 2F, 3F, 4F respectivamente). Se calculó la velocidad del carro cada segundo y sus valores se consideraron en la tabla siguiente: F F 2F 3F 4F 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 7.2 8.4 2.4 4.8 7.2 9.6 12.0 14.4 16.8 3.6 7.2 10.8 14.4 18.0 21.6 25.2 4.8 9.6 14.4 19.2 24.0 28.8 33.6 t(s) 1 2 3 4 5 6 7 11 1. Realiza un gráfico de v contra t, cuando sobre el carro actúa una fuerza constante F. 2. Encuentra la aceleración del carro del carro, calculando la pendiente de la curva. 3. Realiza la gráfica de v contra t, para las fuerzas 2F, 3F, y 4F. 4. Calcula en cada caso la aceleración. 5. Con los valores de la aceleración encontradas en los numerales 2 y 4, realiza un gráfico de aceleración contra fuerza. 6. Escribe la relación matemática que liga a la aceleración en función de la fuerza. 7. Expresa esta relación verbalmente. La experiencia con el carro dinámico continuó de la siguiente forma: se mantuvo la fuerza constante 2F y luego se fue incrementando la masa del carro hasta los valores 2m, 3m y 4m. Se calculó la velocidad del móvil cada segundo y se consideraron los datos en la tabla siguiente: m t(s) 1 2 3 4 5 6 7 m 2m 3m 4m 2.4 4.8 7.2 9.6 12.0 14.4 16.8 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 7.2 8.4 0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 4.2 8. Realiza un gráfico de v contra t para la masa m. 9. Calcula la pendiente y compara este valor con la primera aceleración encontrada en el numeral 4. 10. Realiza los gráficos de v contra t para las masas (2m, 3m y 4m). 11. Encuentra las aceleraciones para cada caso. 12. Con los valores de las aceleraciones encontradas en los numerales 9 y 11, realiza un gráfico de a contra m. 13. ¿Qué tipo de curva obtuviste? ¿Qué puedes inferir sobre la relación entre la aceleración y la masa? 14. Escribe la relación matemática que liga a la aceleración con la masa. 15. Expresa esta última relación verbalmente. 16. Formula la segunda ley de Newton a partir de los enunciados dados en los numerales 7 y 15. SEGUNDA SESION PROPÓSITO DE LA SESIÓN Aplicar las condiciones de equilibrio en el análisis de situaciones problema de la vida cotidiana. ¿Qué me pide el profesor cuando domine esta enseñanza Producto intelectual Establecer cuando un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación y/o rotación si sobre él actúa una fuerza. Encontrar el centro de gravedad y el centro de masa de algunos objetos homogéneos. ESTÁTICA En este tema considero una extensión de la ley de Newton, me permite establecer las condiciones de equilibrio para un sistema de cuerpos. 1. EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS APOYADOS Y SUSPENDIDOS. Un cuerpo ya sea apoyado o suspendido puede encontrarse en tres condiciones de equilibrio: Equilibrio estable.- Cuando al separar el cuerpo de su posición de equilibrio, vuelve a recuperarla por sí mismo. Equilibrio inestable.- Cuando al separar el cuerpo de su posición de equilibrio, la pierde definitivamente. 12 Equilibrio indiferente.- Cuando al separar el cuerpo de su posición de equilibrio cualquier posición que adquiera, sigue conservando el que antes tenía. La condición para que un cuerpo apoyado esté en equilibrio estable, es que la vertical que pasa por el centro de gravedad (c.g) caiga dentro de la base de sustentación que es la parte sobre la cual descansa el cuerpo. La condición para que un cuerpo suspendido esté en equilibrio es que la vertical que pasa por el punto de suspensión debe pasar por el centro de gravedad del cuerpo. Centro de gravedad de un cuerpo. El centro de gravedad de un cuerpo es el punto donde se considera aplicado el peso. El centro de gravedad para cuerpos homogéneos y de forma geométrica definida, se encuentra en el centro de simetría del cuerpo. Así para el centro de gravedad para cuerpos de forma circular, esférica, cilíndrica, entre otros se encontrará en el centro geométrico de cuerpo. Centro de masa de un cuerpo. El centro de masa de un cuerpo es el punto en el cual al aplicar fuerzas se produce una traslación pura. Para cuerpos regulares el centro de masa coincide con el centro de gravedad. A continuación vas a encontrar el centro de gravedad y el centro de masa de algunos objetos homogéneos. PALANCAS Es una máquina simple formada por una barra rígida que puede girar alrededor de un punto de apoyo. Hay varios tipos de palancas, pero en todas ellas hay un punto donde se coloca el cuerpo que se quiere mover, llamaremos a ese cuerpo carga o resistencia, y otro punto donde se aplicará la fuerza para mover a la carga, a esa fuerza la llamaremos potencia. A las distancias entre el punto de apoyo y los puntos de aplicación de carga y potencia se les llama brazo. En el esquema siguiente, el balde que se intenta levantar es la carga, la fuerza ejercida por la persona es la potencia. A las distancias entre el punto de apoyo y la carga se les llama brazo de carga, y entre el punto de apoyo y donde aplicamos la fuerza las llamaremos brazos de potencia. La finalidad de una palanca es conseguir mover una carga grande a partir de una fuerza o potencia muy pequeña. 13 El momento de una fuerza se obtiene multiplicando la longitud del brazo por el valor de la fuerza. Ley de equilibrio de los momentos: Una palanca estará en equilibrio cuando el momento ejercido por la potencia sea igual al momento ejercido por la resistencia Ley de los momentos: Una palanca estará en equilibrio cuando el momento ejercido por la potencia sea igual al momento ejercido por la resistencia. Si los momentos no son iguales, el sistema gira, imponiendo el sistema de giro la fuerza que produce un momento mayor. Matemáticamente la ley de equilibrios se puede expresar como: Pxa=Rxb Donde P es la potencia, a la longitud de su brazo de palanca, R la resistencia y b la longitud de su brazo de palanca. Cuanto mayor sea a mayor será el peso que podamos mover. MOMENTO DE FUERZA O TORQUE (): El torque es una magnitud física que relaciona la fuerza aplicada a un objeto que puede rotar alrededor de un punto. Se usan de manera convencional con los signos horario y antihorario. Al aplicar una fuerza perpendicular a un cuerpo a cierta distancia del eje, este gira con un momento de fuerza o torque. = F perpendicular x ECUACIONES Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son F1, F2, …Fn, el cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si : Fr = F1 + F2 + …..Fn = 0 Si se utiliza un sistema de coordenadas cartesianas en cuyo origen colocamos el cuerpo y sobre los ejes proyectamos las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, tendremos: Fx = 0 y Fy = 0 SEGUNDA CONDICION DE EQUILIBRIO: (Equilibrio de rotación) Para que un cuerpo permanezca en equilibrio de rotación, la suma de los torques debe ser igual a cero. POLEAS Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. EL PLANO INCLINADO El plano inclinado es una de las máquinas más simples que se han utilizado. En el plano permite subir un barril desde el suelo hasta una cierta altura, más fácilmente que si tuviéramos que levantarlo. A medida que es menor la pendiente del plano inclinado, nos es más fácil mover el objeto a lo largo de él. Dos planos inclinados colocados respaldo a respaldo forman una cuña, dentro de éstas tenemos los cuchillos, también los que forman el paso de un tornillo. ME ENTRENO CON LA ENSEÑANZA Analiza y resuelve las siguientes situaciones: 1. Un objeto se encuentra sobre una mesa Representa mediante un diagrama las fuerzas que actúan sobre el objeto. Explica si el cuerpo está o no en equilibrio. 2. Un cuerpo se encuentra sobre un plano inclinado. Haz un diagrama y dibuja las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Explica por qué el cuerpo se encuentra en equilibrio. 3. Un cuadro pende de una pared mediante dos hilos. Haz un diagrama y explica la configuración que deben tener los hilos para que se hallen sometidos a una tensión mínima. 14 4. Un automóvil se mueve con velocidad constante sobre una carretera recta y plana. Representa mediante un diagrama las fuerzas que actúan sobre el automóvil. Explica si el cuerpo se halla en equilibrio de traslación. 5. Para cada una de las figuras siguientes realiza un diagrama de las fuerzas que actúan sobre la tabla. Determina si los cuerpos se hallan o no en equilibrio. TERCERA SESION PROPÓSITO DE LA SESIÓN Identificar y aplicar la ley de la conservación de la cantidad de movimiento en la solución de problemas. ¿Qué me pide el profesor cuando domine esta enseñanza Al finalizar esta enseñanza estaré en la capacidad de explicar la ley de conservación de la cantidad de movimiento, su aplicación mediante gráficas de choques elásticos e inelásticos en la solución de problemas. Producto intelectual CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL CONTENIDO 1. IMPULSO 2. COLISIONES O CHOQUES 3. PROBLEMAS PROPUESTOS Constantemente escuchamos y vemos choques de autos y motos, nosotros algunas veces desprevenidos chocamos con otra persona. En todo caso es más fácil detener a un cuerpo cuya masa sea menor que uno de mayor masa, siempre que se muevan con la misma rapidez. Resulta difícil detener a un auto que a una motocicleta, por lo que se dice que la motocicleta posee menor cantidad de movimiento que el auto: La cantidad de movimiento está relacionada con la inercia, es decir con la masa y además con la velocidad: Cantidad de Movimiento = Masa x Velocidad, P=mxV También podemos encontrar el nombre como Momentum Lineal De acuerdo con la expresión anterior, un cuerpo puede tener gran cantidad de movimiento si posee una gran masa, una gran velocidad o ambas cosas. 1. IMPULSO Si la cantidad de movimiento de un cuerpo cambia, también cambia su velocidad, claro suponiendo que la masa se conserve. Si existe una variación en la velocidad, quiere decir que hay aceleración, pero ¿qué produce esta aceleración?: recuerda que Newton afirmó que una fuerza, y debe actuar sobre el cuerpo en un instante determinado; cuanto mayor sea la fuerza más intensa sería la variación en la cantidad de movimiento que el cuerpo experimenta. Existe otro factor que permite variar la cantidad de movimiento y es el tiempo que tarda en actuar esa fuerza sobre el cuerpo. Si dos hombres intentan empujar un auto, aplicando una fuerza en un instante de tiempo muy pequeño, es muy posible que no lo muevan, en cambio si la misma fuerza es aplicada por un lapso de tiempo mayor, posiblemente lograrían mover. El producto de esta fuerza por el tiempo que tarda en actuar sobre un cuerpo dado se le conoce como impulso. En ningún caso puede cambiar la cantidad de movimiento de un cuerpo si no actúan fuerzas externas sobre él. La cantidad de movimiento de un sistema tiene antes y después de una interacción la misma variación, es decir no cambia, es el mismo: Impulso = Fuerza Tiempo, I=Fxt 15 En ningún caso puede cambiar la cantidad de movimiento de un cuerpo si no actúan fuerzas externas sobre él. La cantidad de movimiento de un sistema tiene antes y después de una interacción la misma variación, es decir no cambia, es el mismo: Po = Pf 2. CHOQUES O COLISIONES Cuando dos o más cuerpos interactúan mutuamente y como consecuencia su velocidad final cambia de magnitud y dirección, se dice que ocurre un choque. La grafica representa una colisión o choque inelástico, grafica #1 ya que: Los cuerpos quedan unidos después del choque. Se conserva el momento lineal, pero su energía cinética no se conserva, es decir se trasforma en otra clase de energía calor. Gráfica #1 La gráfica representa un choque elástico, gráfica #2 ya que: Los cuerpos quedan separados después del choque. Se conserva el momento lineal y su energía cinética. Gráfica # 2 El siguiente ejercicio, representa el principio de conservación de la cantidad de movimiento de un cuerpo. Recuerda que este principio físico, se relaciona entre el producto de la masa y la velocidad de dos o más cuerpos, cuando estos interactúan o chocan. La ecuación que expresa esta situación se representa de la forma: Pₒ = Pfinal m1.vₒ1 + m2.vₒ2 = m1.v1 + m2.v2 Ejemplo: Dos cuerpo de masa m1= 45kg y m2= 60kg, se encuentran sobre una superficie sin rozamiento. La velocidad del cuerpo 1 es de 30m/s, mientras que el cuerpo 2 se encuentra en reposo. En el momento del choque de los dos cuerpos, estos quedan unidos y se desplazan con velocidad constante. Como se muestra en la gráfica. Calcular la velocidad final del sistema. OBSERVA COMO LO HACE EL PROFESOR Aplicando el método de solución de problemas, se tiene Ecuación Datos M1= 45kg M2= 60kg V1= 30m/s V2= 0 solución Pₒ = m1.vₒ1 + m2.vₒ2 = + m2.v2 Vfinal= ? Pfinal m1.v1 Pₒ = Pfinal m1.vₒ1 + m2.vₒ2 = m1.v1 + m2.v2 (45kg). (30m/s) + (60kg). 0 = (m1 + m2). Vfinal Nota: Después del choque, los dos cuerpos quedan unidos, por lo tanto la masa del conjunto es la suma de las masas de los cuerpos y su velocidad final es una sola para el sistema. Siguiendo con el proceso se tiene 1350 (105kg). Vfinal kg.m/s = 16 Recuerda que este resultado, es el producto del primer término, ya que el segundo término su producto es cero. 1350 kg.m/s = Vfinal (105kg) 12, 86 m/s= Vfinal Conclusión: la velocidad final del sistema, después del choque es de 12,86 m/s ¿Cuál es el primer paso que se realizo para desarrollar el problema ¿Qué datos se encontraron el problema? ¿Qué ecuación utilizo el profesor? 3. SOLUCIÓN DE PROBLEMAS ME ENTRENO CON LA ENSEÑANZA 1. Un automóvil tiene una masa de 3000 kg y arranca con una velocidad inicial de 40 m/s, al cabo de 10 s, presenta una velocidad final de 90 m/s. Calcula el momento inicial, el momento final, la fuerza que actuó sobre el automóvil y el impulso. 2. ¿Con qué velocidad retrocede un fusil de 600 g de masa cuando dispara una bala de 8 g con una velocidad de 900 m/s? 3. Un hombre tiene en una mano una piedra de 1 kg que arroja aplicándole una fuerza de 98 N, durante 0.5 s. Calcula la velocidad con que sale la piedra, la velocidad con que retrocede el hombre cuya masa es de 60 kg. 4. Un cañón que pesa 24500 kg dispara un proyectil que pesa 147 kg que adquiere a la salida de la boca del cañón una velocidad de 700 m/s. ¿Cuál es la velocidad de retroceso del cañón? 5. Una pelota de béisbol de 0.14 kg de masa se mueve a 35 m/s. a. Encuentre el momento de la pelota. b. Encuentre la velocidad a la cual una bola de bolos de 7.26 kg, tiene el mismo momento que la pelota de béisbol. Fórmulas: P = mv; v = p/m; I = ∆P= mv = Ft ; m 1v1 = m2v2 ; F = ma = mv/t ¿Cuáles fueron los ejercicios que más se facilitaron al realizar? ¿Cuáles fueron los ejercicios que más se dificultaron al realizarlos? ¿Qué aspectos de la enseñanza requiere de más estudio? MI TRABAJO EXPERIMENTAL: LABORATORIO Nº 1 Tema: Medición del coeficiente de fricción. Objetivo: Identificar el efecto de la fricción en el movimiento de los cuerpos. Analiza y responde las siguientes preguntas: 1. ¿Has notado que es más fácil deslizar una caja sobre baldosas que sobre el cemento? ¿A qué se debe? 2. ¿Por qué el hielo se desliza más suavemente que otros objetos sobre cualquier superficie? 3. Cuando te encuentras descalzo y te paras sobre una superficie seca la sensación no es muy agradable, pero si la superficie está húmeda te sientes más seguro, aun cuando esto pueda acarrearte un accidente. ¿Por qué sucede esto? Experiencia: medición del coeficiente de fricción. 17 Materiales 1 Bloque de fricción 5 Pesas de diferentes tamaños 1 Polea 1 Pedazo de cuerda o hilo grueso de 1 m de largo. 1 Lámina de vidrio o plástico u otro material diferente sobre una mesa. Procedimiento 1. Coloca el bloque de fricción sobre la mesa de manera que una de las caras quede en contacto con la superficie de la mesa. 2. Coloca la polea en el borde de la mesa, de manera que la cuerda pase por ella sin tropezar con la mesa. 3. Sujeta el bloque por uno de los extremos de la cuerda. 4. Coloca una de las pesas en el extremo suspendido de la cuerda. 5. Agrega poco a poco pesas hasta que empiece a moverse el bloque. 6. Escribe en la tabla el peso que colocaste, con el cual empieza a moverse el bloque. 7. Vuelve a poner el bloque en la posición inicial colocando pesas sobre él y también más pesas o una pesa de mayor masa en el extremo de la cuerda, hasta que comience a moverse. Registra los resultados en una tabla. 8. Repite la medición con cada una de las caras del bloque. 9. Elabora una gráfica de peso contra fuerza normal. 10. Coloca otra superficie sobre la mesa o cambia la mesa por una de otro material. 11. Repite el procedimiento anterior. Análisis de resultados ¿Por qué los coeficientes de fricción varían al cambiar el material o la superficie sobre la que se desliza el bloque? ¿Con qué superficie encontraste un mayor coeficiente de fricción? Plantea una hipótesis sobre la posible causa. ¿Qué factores pueden afectar tu resultados ocasionando posibles errores. ¿Cómo podrías disminuir sus efectos? Actividades 1. Observa un auto subiendo por una calle empinada. 2. Elabora el diagrama de fuerzas que actúan sobre el auto. 3. Ten presente la magnitud de la fuerza para dibujar los vectores. 4. Dale valores aproximados a tus vectores y calcula la suma de las fuerzas 5. ¿Qué componente de la fuerza es más significativo? ¿Por qué? LABORATORIOS: (Ver guía de laboratorios) PROYECTO DE FÍSICA. SITUACIÓN PROBLEMA Nº 1: *INTERACCIONES ENTRE CUERPOS *FUERZAS Y LEYES DE NEWTON GRADO: Décimo ÁREA: Ciencias Naturales - Física Nombre de los alumnos: __________________________________________________ ________________________________________ _____________________________ Nombre del grupo: ________________________________________ COMPETENCIA Considero las leyes de Newton en el reconocimiento de los fenómenos del mundo físico de mi entorno para darles una explicación científica que contribuya a ganar conciencia del mundo que nos rodea, no sólo por las interacciones de la materia sobre nuestros sentidos, sino desde el interés por conocer las causas que originan los fenómenos físicos relacionados con los estados de reposo o de movimiento. LOGROS • Identifico y explico las leyes de Newton. • Compruebo experimentalmente las leyes de Newton. • Explico las aplicaciones de las leyes de Newton en algunas fuerzas mecánicas especiales. • Resuelvo problemas que involucren las leyes de Newton, evaluando la pertinencia de las respuestas obtenidas en relación con los problemas dados. PALABRAS CLAVE Inercia, fuerza, acción, reacción PREGUNTA GENERADORA ¿Cómo caracterizar el comportamiento concreto de un cuerpo según las leyes de Newton? SITUACIÓN DE APRENDIZAJE Hemos estudiado cómo se describe el movimiento y su clasificación, pero no nos hemos preocupado mucho por preguntarnos el por qué del movimiento. Ahora podemos abordar una discusión fundamental sobre qué es lo que produce el movimiento y resolver múltiples preguntas tales como: ¿Qué es una fuerza?, ¿Qué efecto produce?, ¿Qué tipo de fuerzas existen?, ¿Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, entonces, el cuerpo está en reposo o puede estar en movimiento?, ¿Qué se necesita para que un cuerpo conserve su estado de reposo o de 18 movimiento?, ¿Qué es Inercia?, ¿La inercia se aplica a objetos en movimiento o en reposo?, ¿Qué se necesita para que un cuerpo modifique su estado de reposo o de movimiento?, ¿Cómo se puede variar la velocidad de un cuerpo?, ¿Cómo influye la masa en el movimiento de un cuerpo sometido a la acción de una fuerza?, ¿Qué relación hay entre la fuerza y la aceleración?, ¿y entre masa y aceleración?, Si un cuerpo no tiene aceleración, entonces, no hay fuerzas actuando sobre el mismo?, ¿Si para toda acción existe una reacción igual y contraria, por qué la evidencia de sus efectos es diferente?, ¿Puede actuar una fuerza sobre un cuerpo sin que modifique su velocidad?, ¿Si es posible, en que caso sería? Todas estas preguntas y muchas otras, plantean problemas relativos al movimiento, a partir de la causa que lo produce, que se explican y resuelven con las leyes de Newton aplicables a cuerpos que se mueven con velocidades observables a simple vista, es decir, que se mueven con respecto a un sistema de referencia inercial. Por lo tanto, el propósito de este trabajo es que, usted como estudiante de física de décimo, a partir de las actividades propuestas identifique, explique y aplique las leyes de Newton, dando respuesta a las preguntas planteadas. ACTIVIDADES A REALIZAR 1. Establezca las diferencias entre cinemática y dinámica, identifique el concepto de fuerza, sus elementos, su efecto producido y su incidencia sobre la velocidad. Realice un resumen, discuta y concluya sobre las siguientes situaciones: • ¿Qué se debe hacer para que un cuerpo se mueva con velocidad constante y con aceleración constante? • ¿Es necesario ejecutar alguna acción sobre el cuerpo para que éste continúe moviéndose?, ¿Si un cuerpo no tiene aceleración, entonces, no hay fuerzas actuando sobre el mismo? • Los griegos consideraban que: "Para que un cuerpo permanezca en movimiento es necesario que actúe sobre él una fuerza, y al cesar ésta el cuerpo vuelve a su estado natural: el reposo". ¿Es válido este argumento? Explique ¿Una fuerza puede aplicarse sobre un cuerpo sin que modifique su velocidad?, ¿En qué caso se daría? Un ejemplo para practicar Vamos a analizar ahora una situación problema con el fin de poner en prácticas los contenidos mencionados. Veamos entonces la actividad que dice: “Una persona que está haciendo régimen para bajar de peso, decide pesarse colocando una balanza hogareña encima de un ascensor. ¿Cómo tendrá que moverse el ascensor para que la persona “pese” menos: a) Subir con velocidad constante. b) Subir aceleradamente. c) Bajar a velocidad constante. d) Bajar aceleradamente. e) Bajar frenando. Explica tu elección” GLOSARIO Mecánica: rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos analizando las causas que lo producen. Fuerza: es la acción física que modifica el estado de reposo o movimiento de los cuerpos. Leyes de Newton. Primera ley. Ley de la inercia: todo cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas aplicadas sobre él. Segunda ley. Ley del movimiento: la aceleración que experimenta un cuerpo cuando sobre él actúa una fuerza resultante, es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa y dirigida a lo largo de la línea de acción de la fuerza. Tercera ley. Ley de acción y reacción: a toda acción se opone una reacción igual y contraria o también las acciones mutuas entre dos cuerpos son siempre iguales y dirigidas a partes contrarias. Peso: es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. P = m.g Normal: fuerza ejercida sobre un cuerpo por la superficie donde está apoyado. La fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie de contacto. Tensión: es la fuerza ejercida por una fuerza inestendible, de masa despreciable sobre un cuerpo que está apoyado en ella. Rozamiento: existen dos fuerzas de rozamiento: la estática y la cinética. 19 Fuerza de rozamiento estática: es la fuerza que actúa entre dos superficies en contacto cuando una fuerza externa trata de desplazarlos, tiene la misma magnitud que la fuerza externa y sentido contrario. Fuerza de rozamiento cinética: es la fuerza que actúa entre dos superficies en contacto cuando existe un movimiento relativo entre éstas. Fuerza elástica recuperadora: fuerza ejercida por un resorte o muelle que es deformado. Esta fuerza está dirigida en sentido contrario a la deformación y su magnitud depende de dicho alargamiento Fuerza centrípeta: es la componente radial de la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo que posee una trayectoria circular. Si el movimiento de la partícula es circular uniforme, la fuerza resultante que actúa sobre ésta es llamada fuerza centrípeta. Estática: estudia las condiciones de equilibrio de un cuerpo. Equilibrio de un cuerpo: un cuerpo está en equilibrio cuando su estado de reposo o movimiento no experimenta cambio alguno. Equilibrio de traslación: un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si la suma de las fuerzas que se ejercen sobre él es cero. Torque o momento de fuerza: es el producto de la fuerza perpendicular a la línea que une el eje de rotación con el punto de aplicación de la fuerza por la distancia entre el eje de rotación y el punto de aplicación de la fuerza. Equilibrio de rotación: un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación si la suma algebraicas de los torques de las fuerzas aplicadas al cuerpo, respecto a un punto cualquiera es cero. Equilibrio completo: un cuerpo se encuentra en equilibrio completo, si se encuentra en equilibrio de traslación y en equilibrio de rotación. Centro de gravedad: es el punto donde se considera aplicado el peso. Centro de masa: es el punto en el cual al aplicar fuerzas se produce una traslación pura. Máquina simple: es un dispositivo que se utiliza para transformar la magnitud o la dirección de una fuerza. Palanca: es una barra que puede rotar alrededor de un punto fijo llamado punto de apoyo. Polea: es una rueda acanalada en su periferia, puede girar alrededor de un eje fijo que pasa por su centro. Impulso: es la fuerza que actúa sobre un cuerpo en un intervalo de tiempo muy pequeño. Cantidad de movimiento: movimiento que adquiere un cuerpo después que actúa un impulso.
