TEMA 7 Y 8 : LAS FUERZAS

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Blanca Sandoval Valdéz
hace 6 años
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1 TEMA 7 Y 8 : LAS FUERZAS (Corresponde a contenidos de los temas 7 y 8 del libro) 1.- LAS FUERZAS Y SUS EQUILIBRIOS Definimos fuerza como toda acción capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de producir en ellos una deformación. La fuerza se representa como F y su unidad de medida en el SI es el Newton, N La fuerza es un vector y por ello se describe a partir de: Módulo: Valor numérico absoluto de la intensidad de la fuerza (siempre positivo) Dirección: Recta que contiene el vector fuerza. Sentido: Indicado por la punta de la flecha del vector Punto de aplicación. O : Punto sobre el cual se aplica la fuerza

La fuerza resultante o neta F neta, es aquella fuerza que produce sobre un cuerpo el mismo efecto que el sistema de todas las fuerzas que

2 1.2 Composición de fuerzas y equilibrio: En la mayoría de los casos sobre un cuerpo no actúa una fuerza, sino un conjunto de ellas. Este conjunto de fuerzas constituye un sistema de fuerzas, y es equivalente a una única fuerza que llamamos fuerza resultante. La fuerza resultante o neta F neta, es aquella fuerza que produce sobre un cuerpo el mismo efecto que el sistema de todas las fuerzas que actúan en él. Qué pasa si las fuerzas son perpendiculares? Decimos que un cuerpo está en equilibrio cuando la fuerza resultante de todas las fuerzas aplicadas sobre él es nula.

3 2.- EFECTOS DE LAS FUERZAS Como hemos visto los dos efectos de las fuerzas sobre los cuerpos son: deformación o cambio de movimiento. 2.1 Deformación: Las fuerzas pueden producir una deformación sobre el cuerpo en el que se aplican, dicha deformación se puede medir en el alargamiento de un muelle. La ley de Hooke nos muestra la relación entre la intensidad de la fuerza y el alargamiento producido. Fue enunciada por Robert Hooke en el año 1678 y dice: La deformación que sufre un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F= K Δl= K (l lo) Donde: -K es la constante elástica de cada muelle y representa la fuerza necesaria para alargar este en la unidad de longitud. La unidad de K en el SI es el newton por metro (N/m) - Δl es el alargamiento. Se mide en metros (m) (lo es la longitud inicial y l la longitud final) Existe un aparato para medir las fuerzas basados en la ley de Hooke, es el dinamómetro Alteración del estado de movimiento: No siempre que aplicamos una fuerza sobre un cuerpo producimos una deformación. En ocasiones lo que sucede es un cambio de movimiento. La dinámica es la rama de la física que estudia la relación entre fuerzas y estado de movimiento de un cuerpo. Se rige por tres leyes fundamentales enunciadas por Issac Newton en el siglo XVII, y se pueden resumir en: Primera ley de Newton: ley de la inercia Un cuerpo permanece en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no actúa ninguna fuerza sobre él, o bien si la resultante de las fuerzas que actúan es nula.

Segunda ley de newton: ley fundamental de la dinámica Si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, este adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada, donde la masa del

4 Segunda ley de newton: ley fundamental de la dinámica Si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, este adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada, donde la masa del cuerpo es la constante de proporcionalidad. F= m. a Donde F es la fuerza resultante (N), m es la masa (kg) y a es la aceleración (m/s2) Tercera ley de Newton: ley de acción y reacción Si un cuerpo ejerce una fuerza, que llamamos acción, sobre otro cuerpo, este a su vez, ejerce sobre el primero otra fuerza, que denominamos reacción, con el mismo módulo y la misma dirección, pero de sentido contrario. Las fuerzas de acción y reacción tienen las siguientes características: Se representan por parejas.son simultaneas. Siempre actúan sobre cuerpos diferentes y, por tanto, nunca se anulan entre sí. 3.- FUERZAS EN LA NATURALEZA: En la naturaleza se puede presentar fuerzas de diversas clases, algunos ejemplos son: Fuerza gravitatoria, como la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos situados alrededor Fuerza eléctrica, que se manifiesta entre cuerpos que tienen carga eléctrica.

5 4.- FUERZA GRAVITATORIA: Por qué los cuerpos no se caen al suelo? Qué mantiene a los planetas en órbitas girando alrededor del sol? La responsable es la fuerza gravitatoria El peso Todos los cuerpos que están en la tierra están sometidos a una fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre ellos. Se denomina peso, P, de un cuerpo a la fuerza gravitatoria que la tierra ejerce sobre él. Su expresión matemática es: P= m g Donde: P es el peso (N) m es la masa del cuerpo (kg) g es la aceleración de la gravedad, que en la superficie terrestre tiene un valor constante de 9,8 m/s Ley de la gravitación universal Fue enunciada por Newton en el año 1687 y dice: Dos cuerpos cualesquiera se atraen mutuamente con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa F = G! "! $ % $ Donde: F es la intensidad de la fuerza gravitatoria (N) G es la constante de gravitación universal, cuyo valor es de 6, N m 2 kg -2 m ' y m * son las masas respectivas de los cuerpos (kg) d es la distancia entre los cuerpos (m) 5.- LA FUERZA ELÉCTRICA: La electricidad está presente en nuestra vida, muchos aparatos se han convertido en imprescindibles en nuestra vida cotidiana. Para entender un poco mejor los fenómenos eléctricos debemos saber: 5.1. Naturaleza eléctrica de la materia. Tipos de carga La electricidad y los átomos Actualmente, los fenómenos eléctricos se explican a partir de la estructura atómica de la materia, todos los cuerpos están constituidos por átomos: En el núcleo, están los protones con carga positiva y los neutrones sin carga eléctrica

6 En la corteza están los electrones con carga eléctrica negativa. Como el número de electrones de un átomo es igual al número de protones, el átomo es eléctricamente neutro. Los átomos, sin embargo, pueden ganar o perder electrones. El cuerpo que adquiere electrones queda con exceso de cargas negativas. El cuerpo que ha perdido electrones queda con exceso de cargas positivas. Por tanto, existen dos tipos de cargas, positiva y negativa. Los cuerpos cargados con el mismo signo de carga se repelen, mientras que los cuerpos con cargas de signo opuesto atraen. En todo proceso, los electrones que pierde un cuerpo son ganados por otro, por ello se puede definir el principio de conservación de la carga eléctrica que dice: La carga eléctrica total de un sistema aislado permanece constante. La suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía La carga eléctrica y su medida Unidades de carga eléctrica Un cuerpo adquiere carga positiva cuando pierde electrones, y carga negativa cuando los gana. Cualquier carga eléctrica q se puede expresar como: q=±ne siendo n un número entero y e la carga del electrón. La carga del e- no es una unidad práctica porque su valor es muy pequeño. En el SI se ha fijado una unidad, el culombio. Un culombio es la carga eléctrica de 6,25 trillones de electrones: 1C 6, Un cuerpo neutro adquiere una carga de +1C cuando pierde esa cantidad de e- y adquiere una carga de -1C cuando los gana. 1e 1(e)6, =1, Como la carga de un culombio es muy grande para los fenómenos electroestáticos habituales, se utilizan múltiplos más pequeños. Los más habituales son el miliculombio y microculombio 1mC=10-3 C 1µC=10-6 C 5.3 Fuerzas eléctricas. Ley de Coulomb Coulomb realizó varios experimentos para medir la fuerza e interacción entre 2 cargas eléctricas en distintas condiciones. Comprobó que: 1. A mayor distancia entre dos cargas menor es la fuerza de interacción entre ellas. 2. A mayor valor de las cargas, mayor es también la fuerza entre ellas.

7 3. La fuerza eléctrica variará dependiendo del medio material en el que se encuentren las cargas. Después de sus experimentos en el años 1758 Coulomb anunció su ley en la que sintetizaba todas sus investigaciones y dice: La fuerza entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las fuerzas eléctricas serán de repulsión si las cargas tienen el mismo signo o de atracción si las cargas tienen signos compuestos. La ley de Coulomb puede expresarse matemáticamente como: F=K Donde: F es la intensidad de la fuerza eléctrica (N) +'.+* % $ K es la constante del medio material ( -.!$ ) Cada medio tiene una constante determinada,. $ en el vacío es ! $. $ q 1 /q 2 son las cargas d es la distancia que separa ambas cargas (m) Ejemplo: calcula con que fuerza se repelen dos cargas eléctricas de 5µ y 3µ situadas en el vacío a una distancia de 3mm. Datos: K = Nm C 2 q 1 =5µ= C q 2 =3µ= C r=3mm=0,003 m= m F=K +' +* /* = '123 4 '123 (4 '124 )* =1, N Ejemplos, apuntes de clase y ejercicios del libro 5.4. El campo eléctrico Una carga eléctrica perturba la región del espacio donde se encuentra. Por ello, se dice que una carga eléctrica crea un campo eléctrico a su alrededor. Un campo eléctrico es una región del espacio en la que toda carga eléctrica experimenta una fuerza. Intensidad del campo eléctrico La intensidad del campo eléctrico (E) en un punto del espacio es la fuerza que experimenta la unidad de carga: E=F/q La unidad de intensidad del campo eléctrico en el SI es de Newton partido Culombio (N/C).

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