FÍSICA. Centro Educativo de Nivel Secundario Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional. Dirección de Capacitación No Docente.

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1 Centro Educativo de Nivel Secundario Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional Dirección de Capacitación No Docente Dirección General de Cultura y Educación Provincia de Buenos Aires FÍSICA Segundo Año Unidad IV LIBROS BACHILLER 2011 Forato digital PDF Publicación de edutecne Editorial de la U. T. N. Sariento 440 (C1041AAJ) Ciudad Autónoa de Buenos Aires Argentina edutecne@utn.edu.ar Universidad Tecnológica Nacional U.T.N. Argentina. La Editorial de la U.T.N. recuerda que las obras publicadas en su sitio web son de libre acceso para fines acadéicos y coo un edio de difundir el conociiento generado por autores universitarios, pero que los isos y edutecne se reservan el derecho de autoría a todos los fines que correspondan.

2 CAPÍTULO IV TERCERA LEY DE NEWTON: PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN Siepre que un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, éste reacciona con una fuerza igual y opuesta, aplicada sobre el priero. Este es el tercer principio de la dináica y su validez es absolutaente general, se trate de sólidos, líquidos o gases. Veaos unos ejeplos concretos del principio de acción y reacción: Si parados en un bote haceos fuerza con un reo sobre la orilla, el bote se aleja de la isa coo si lo epujaran desde ella. Dos botes de aproxiadaente la isa asa, flotan en el río. Desde uno de ellos, con un reo se epuja al otro (acción). El bote epujado se desplaza pero tabién lo hace el otro bote con sentido contrario (reacción) Si ahora estaos en un bote y desde allí haceos fuerza con nuestro reo (acción) sobre un transatlántico, nuestro bote retrocede visibleente, ientras que el barco ni se ueve, es decir que la reacción del barco pasa desapercibida, pero esto no significa que no exista. Lo que sucede es que son dos fuerzas iguales (acción y reacción) aplicadas a cuerpos de asas uy diferentes, de odo que las aceleraciones que provocan son tabién uy distintas y la del cuerpo de ayor asa pasa inadvertida por ser uy pequeña. Veaos el ejeplo anterior expresado nuéricaente: Supongaos que la fuerza ejercida sobre el barco es de 1000 N, la asa del bote es de 300 kg y la asa del barco es de kg. Calculeos ahora las aceleraciones de uno y otro cuerpo: Recordaos que la fórula general es : Haceos un pasaje de térinos F =. a Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 103

3 F =. a F = a (haceos un pasaje de térinos) Para el barco la aceleración es: Para el bote la aceleración es: a 1000 kg /seg 2 = = 0,003 /s kg a 1000 kg /seg 2 = = 300 kg 3,33 /s 2 Coo observaos la aceleración del barco es ucho enor que la del bote. Otro caso: En el olinete para el riego del jardín el agua, al salir a presión, produce la acción y el olinete reacciona girando. La tercera Ley de Newton describe una propiedad iportante de las fuerzas que siepre se presentan de a pares; por ejeplo, si un patinador ejerce una fuerza contra una pared, este retrocede coo si la pared lo hubiera epujado a él. Si una oneda cae hacia la tierra es porque la isa ejerce una fuerza gravitatoria, haciendo que acelere hacia la isa. La oneda a su vez ejerce una fuerza sobre la tierra de ódulo igual pero de sentido opuesto, debido a la gran asa de la tierra, esta contribución a su aceleración total es despreciable e iperceptible. La tercera Ley de Newton habla de fuerzas de acción y reacción, por lo tanto si la fuerza ejercida sobre un cuerpo c se denoina la acción de b sobre c, entonces la fuerza que el cuerpo b ejerce sobre el c se denoina reacción de c sobre b. No es iportante deterinar qué fuerza se denoina acción y reacción, lo que sí es iportante es que las fuerzas siepre se presentan cooacción- Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 104

4 reacción y que una es igual a la otra en cuanto a ódulo (por ejeplo 4 kg ) y dirección, pero con sentidos opuestos. A pesar de esto las fuerzas de acción-reacción nunca pueden equilibrarse entre sí, debido a que actúan sobre objetos diferentes. Veaos un ejeplo aclaratorio: observaos libros que descansan sobre un escritorio. N N w w La fuerza w es el peso de los libros debido a la atracción gravitatoria. Una fuerza igual y opuesta w es ejercida por los libros sobre la tierra. Estas dos fuerzas son parejas (acciónreacción). Adeás de estas dos fuerzas existen otras dos fuerzas que foran otra pareja acción-reacción. El escritorio en contacto con los libros ejerce una fuerza N hacia arriba sobre los libros, esta fuerza equilibra el peso de los isos; los libros a su vez ejercen una fuerza sobre la esa N, dirigida hacia abajo. Las fuerzas N y N son parejas (acción-reacción). Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 105

5 APLICACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON Las leyes de Newton nos periten deterinar la aceleración, velocidad y posición de un cuerpo, conociendo todas las fuerzas que actúan sobre él y viceversa; es decir, si se conoce la aceleración que adquiere un cuerpo, coo así tabién la velocidad y la posición, es posible deterinar las fuerzas que sobre él actúan. Veaos algunos ejeplos: Ejeplo 1: 1) Calcular la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1000 kg. que estaba en reposo le hace recorrer 500 en 10 segundos. Si quereos aplicar la ecuación fundaental de la dináica F =. a, observareos que nos falta la aceleración, pero, recordando las fórulas de cineática, sabeos que se trata de un oviiento uniforeente acelerado, cuya velocidad inicial es nula. Teneos coo datos, adeás del tiepo que eplea en recorrer una deterinada distancia, el valor de la isa. Datos v 0 = 0 1 x = v 0. t + a t 2 2 Reeplazando en la fórula anterior: t = 10 seg. x = 500 a =? Si la v 0 = 0 x = 1 2 a t 2 2 x t 2 = a = 2 a (10 seg) = 2 a 100 seg 2 de esta fórula despejaos la aceleración seg 2 = a a = 10 / seg 2 ya calculaos la aceleración Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 106

6 Ahora podeos entonces plantear la ecuación fundaental de la dináica: F =. a F = 1000 kg. 10 / seg 2 = N (Newton) Newton. Ejeplo 2: Recordeos que la unidad de fuerza en el sistea M.K.S. es el Sobre un cuerpo de 50 kg se aplica una fuerza de 5 N. Qué velocidad alcanza al cabo de 10 seg? DATOS = 50 kg (asa) F = 5 N (fuerza) t = 10 seg (tiepo) kg. seg 2 = Newton Coo poseeos los datos de asa y de fuerza, podeos aplicar la ecuación fundaental de la dináica F =. a para poder calcular la aceleración del cuerpo. F =. a 5 N = 50 kg. a De esta fórula podeos despejar la aceleración 5 N = a recordeos que 50kg N = kg. seg 2 5 kg. seg 2 = a a = 0,1 /seg 2 50 kg Ejeplo 3: Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 107

7 Qué aceleración adquiere un cuerpo de 10 kg por acción de una fuerza F = 5 N, si la fuerza anterior actúa durante 10 seg.?. Qué distancia recorre el cuerpo y qué velocidad final alcanza?. DATOS Masa: = 10 kg Fuerza: F = 5 N Tiepo: t = 10 seg INCÓGNITA Distancia: x Velocidad final: V f Coo teneos la asa y la fuerza coo datos, podeos aplicar la ecuación fundaental de la dináica. F =. a 5 N = 10 kg. a 5 kg. seg 2 = 10 kg. a 5 kg. seg 2 = a a = 0,5 /seg 2 10 kg Ahora podeos calcular la distancia que recorre: 1 x = v 0 t + 2 a t 2 0 v 0 = 0 1 x= 0,5. (10 seg) = 100 seg 2 2 = 50 = seg seg Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 108

8 Corte por la línea de puntos y envíe Ejercicio N 1 Supongaos tener dos cajas coo en la figura. Una de 10 Kg y otra de 20 Kg de asa, unidas una con otra por una soga A. Están sobre una superficie sin rozaiento y son arrastradas por una cuerda B, llegando a adquirir aceleración constante de 0,5 /s 2. Se pide calcular la tensión en la soga A y la tensión en la soga B. N 1 10Kg A B T A T A 20Kg Diagraa de fuerzas T A = tensión en soga A T B = tensión en soga B ; las fuerzas llaadas T A corresponden a una pareja de fuerzas de acción y reacción, y son de igual valor sobre cada bloque. Ejercicio N 2 Dos bloques de asas 1 y 2 son epujados por una fuerza F coo se ve en la figura. El coeficiente de fricción entre cada bloque y la esa es 0,40. Se pregunta: a) Cual será el valor de la fuerza F si los bloques han de tener una aceleración de 200 c/s 2? b) Que fuerza ejerce 1 sobre 2? Datos : 1 = 600g, 2 = 1000 g F fr F se define : coefic. de fricción = F fric./ F N ; F N =.g g= acelerac. de la gravedad. = 9,8 /s Kg.9,8 /s 2 10 N 2 20Kg.9,8/s 2 TB Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 109

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10 Corte por la línea de puntos y envíe 1) El coeficiente de fricción entre un container y la platafora de un caión es de 0,60. Se desea saber cual es la áxia aceleración que puede tener el caión sobre ruta horizontal si el container no debe resbalar. Sugerencia : F fric = (coefic. de fricción ).( peso del container) el container se desliza cuando F fric. =.a x a x = aceleración en la dirección horizontal = asa del container. 2) Se dispara una bala de 20 g contra un péndulo balístico de asa 5 Kg, según la figura: v M V Donde: M = asa del péndulo = asa de la bala v = velocidad de la bala V = velocidad del péndulo h=10 c El centro del péndulo se eleva 10 c luego del ipacto. Calcular la velocidad inicial de la bala. ( Choque inelástico) Aclaración : la bala se incrusta en el bloque y le hace adquirir una velocidad inicial a este, hasta que se eleva y en el punto ás alto la velocidad del bloque es cero. Entonces la energía cinética al principio se transforó en energía potencial y queda: (M+ ).g.h = ½ ( M + ).V 2 y esto conduce a V 2 = 2 g h una vez obtenido el valor de V, velocidad del péndulo balístico; se razona diciendo que la cantidad de oviiento del péndulo al inicio de la oscilación, es igual a la cantidad de oviiento de la bala al chocar contra el péndulo o sea M.V =.v, y de allí se despeja v = veloc. de la bala. 11 Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 111

11 Física CENS Nº 451 Anexo Universidad Tecnológica Nacional 112 Corte por la línea de puntos y envíe