Universidad de Atacama. Física 1. Dr. David Jones. 12 Mayo 2014

Transcripción

1 Universidad de Atacama Física 1 Dr. David Jones 12 Mayo 2014

2 Fuerzas La fuerza se puede definir como una magnitud vectorial capaz de deformar los cuerpos (efecto estático) y modificar su velocidad (o ponerlos en movimiento). Frecuentemente hablamos de la fuerza aplicada sobre un objeto, sin tener en cuenta al otro objeto con el que está interaccionando. Se clasifican en dos grandes grupos: Fuerzas de contacto y Fuerzas a distancia o de campos

3 de contacto o de campos? Gravedad Golpear un balón Roce Magnetismo Repulsión entre dos electrones Viento en una bandera Interacciones nucleares (fuerte y débil) Fuerza manteniendo una cuerda estirada

4 Leyes de Newton Sir Isaac Newton Físico, matemático, teólogo y alquimista inglés. Ley de gravitación universal Leyes de mecánica clásica Cálculo matemático Teorema del binomio Espectro electromagnético visible Naturaleza de la luz como partícula Ley de convección térmica

5 Leyes de Newton Sir Isaac Newton Dedicó mucho esfuerzo a la alquimia Desconfiaba en la medicina oficial Sus remedios venenosos le produjeron crisis nerviosas Profundamente religioso Buscaba patrones secretos en la Biblia

6 Leyes de Newton Primera ley (ley de inercia) Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectiĺıneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

7 Leyes de Newton Segunda ley (ley de fuerza) El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la ĺınea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. F = d p dt F = dm v dt F = m a

8 Leyes de Newton Segunda ley (ley de fuerza)

9 Leyes de Newton Tercera ley (principio de acción y reacción) Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

10 Leyes de Newton Tercera ley (principio de acción y reacción)

11 Leyes de Newton Ley de gravitación m 1 m 2 F = G u r 2 G Nm 2 kg 2

12 Leyes de Newton Ley de gravitación peso masa masa inercial = fuerza de la gravedad que actúa en una masa = cantidad de materia = masa gravitacional

13 Leyes de Newton Ley de gravitación F = G m 1m 2 r 2 F = m a = mg g = G m r 2 ( = T ierra)

14 Leyes de Newton Ley de gravitación - Ejemplo Cuál es la aceleración de la gravedad en la cumbre del Monte Everest? m = kg r = 6371 km h Everest = 8850 m m g = G (r + h Everest ) 2 g = 9.79 ms 2 (c.f. g = 9.81 ms 2 en r ) En realidad, es aún menor porque la Tierra no es esférica!

15 Normal Según la tercera ley de Newton, cuando algún cuerpo queda en reposo sobre una superficie (con su peso apoyado en este superficie) experimenta una fuerza desde la superficie con magnitud igual y dirección opuesta a la de su peso. Esta fuerza se llama la normal, F N o N.

16 Normal Cuando el cuerpo se apoya sobre una superficie inclinada, la magnitud de la normal no es igual a la de su peso, pero sigue siendo perpendicular a la superficie. F N = mg cos α

17 Roce Cuando un cuerpo es arrojado sobre una superficie común o cuando un objeto se mueve través de un medio viscoso como agua o aire, después de cierto tiempo se detiene, porque experimenta una resistencia a su movimiento debido a la interacción del cuerpo con el medio que lo rodea. Una fuerza de resistencia de esa naturaleza se llama fuerza de roce o fuerza de fricción, F R.

18 Roce La fuerza de roce es paralela a la superficie en el punto de contacto entre dos cuerpos y tiene dirección opuesta al movimiento. Las evidencias experimentales indican que esta fuerza se produce por la irregularidad de las superficies.

19 Roce Si se tiene un cajón en reposo sobre una superficie horizontal y se aplica una fuerza pequeña, es probable que no se mueva, en tal situación la fuerza de roce equilibra la fuerza aplicada. Esta fuerza se llama fuerza de roce estática, F S

20 Roce Cuando el cajón está a punto de moverse, la fuerza de roce est tica es máxima. Al aumentar la fuerza aplicada, comienza a mover. Cuando está en movimiento, la fuerza de roce es menor que este valor máximo, y en este caso se llama fuerza de roce cinética, F K. F S max > F k

21 Roce Las magnitudes de esas fuerzas son directamente proporcionales a la magnitud de la normal, y cuyos coeficientes de proporcionalidad son los coeficientes de roce estática y cinética, µ S y µ K F s max = µ S N F K = µ K N µ S > µ K µ madera 5 µ hielo

22 Roce Cuando el objeto está en reposo sobre una superficie inclinada, el componente de su peso que no está cancelado por la normal está cancelado por la fuerza de roce estática. F S = mg sen α