TIPO DE GUIA: NIVELACION PERIODO GRADO FECHA DURACION 3 10º A/B Julio 01/14 6 unidades INDICADORES DE DESEMPEÑO

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1 INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION NOMBRE ALUMNA: AREA : CIENCIAS NATURALES ASIGNATURA: FISICA DOCENTE: HUGO HERNAN BEDOYA TIPO DE GUIA: NIVELACION PERIODO GRADO FECHA DURACION 3 10º A/B Julio 01/14 6 uniddes INDICADORES DE DESEMPEÑO 1. Aplic ls leyes de Newton pr resolver problems de dinámic.. Comprende el funcionmiento de ls máquins simples pr dr l solución situciones plnteds. 3. Interpret l segund ley de Newton pr solucionr problems de equilibrio propuestos. 4. Se interes por desrrollr ls ctividdes propuests por el profesor DINAMICA Dinámic: Es l prte de l mecánic, que estudi el movimiento teniendo en cuent ls cuss que lo producen. Fuerz: Es tod cus cpz de deformr un cuerpo o de modificr su estdo de movimiento o de reposo. Propieddes de l fuerz: Un fuerz siempre es plicd entre objetos mteriles, es decir entre cuerpos con ms, bien se que se plique distnci o por contcto directo entre ellos. Un fuerz está determind por su módulo o mgnitud, su dirección y sentido. Siempre que un cuerpo ejerce un fuerz sobre otro, éste inmeditmente ejerce un fuerz de igul mgnitud y de sentido opuesto sobre el primer cuerpo. Si vris fuerzs se ejercen sobre un cuerpo su efecto totl o neto es igul l sum vectoril de un sol de ells. Leyes de l dinámic o leyes de Newton. Ests leyes ls formuló Newton finles del siglo XVI, y sirven pr describir el movimiento de todo cuerpo, grcis l cción de diferentes fuerzs. 1. Primer Ley de Newton o ley de l Inerci Si vijmos en un uto y éste fren bruscmente, tendemos movernos hci delnte, y que trtmos de permnecer en el estdo inicil, lgo similr ocurre cundo el uto rrnc; entonces decimos que nos movemos por inerci. L ley de l inerci se enunci sí: Cundo un cuerpo está en reposo o se mueve con velocidd uniforme, entonces éste continurá en ese estdo menos que sobre él se ejerz un fuerz extern que le modifique su estdo de movimiento o de reposo.. Segund ley de Newton o ley de l fuerz Si tenemos un cmión y un utomóvil, mbos en reposo, y los celermos hst lcnzr un mism velocidd, en el mismo espcio, entonces A cuál uto hy que plicrle myor fuerz? Explique. L ley de l fuerz se enunci sí: L fuerz totl o net plicd sobre un cuerpo es proporcionl l producto entre l ms y l celerción dquirid L fuerz totl plicd sobre un cuerpo es igul l sumtori de tods ls fuerzs plicds, sobre él, y se clcul medinte l siguiente expresión: EN COMPONENTES F x = m. x ; F y = m. y ; F z = m. z F totl = m. 1

2 3. Tercer ley de Newton o ley de l cción - Rección Cundo vemos el lnzmiento de un cohete, l fuerz ejercid por l propulsión de los gses sle en un dirección, pero el cohete se mueve en dirección contrri. Por qué ocurre esto? Explique. L ley de l cciónrección se enunci sí: Cundo un cuerpo A ejerce un fuerz sobre un cuerpo B, el cuerpo B inmeditmente ejerce un fuerz sobre A, tl que se de igul mgnitud, igul dirección y sentido opuesto. Condiciones pr que un pr de fuerzs sen Acción-Rección. 1. Que sen de igul mgnitud y dirección, pero sentido opuesto.. Que prezcn simultánemente. 3. Que ctúen sobre cuerpos diferentes. TIPOS DE FUERZAS En l nturlez existen dos tipos de fuerzs; ls fuerzs de contcto y ls fuerzs distnci. ACTIVIDAD 1 Definir EN EL CUADERNO los siguientes tipos de fuerzs y dr si es posible ls expresiones Mtemátics medinte ls cul puede clculrse o hllrse. (FUERZAS DE CONTACTO Y FUERZAS A DISTANCA O SIN CONTACTO) FUERZAS DE CONTACTO Son quells que ejerce un cuerpo sobre otro cundo existe contcto directo entre ellos, y se dividen en: Fuerz De Tensión ( T ): Fuerz Norml ( F N ): Fuerz De Fricción ( F f ): Depende de l nturlez de ls superficies que se ponen en contcto. No depende del áre de ls superficies en contcto de los cuerpos. Su intensidd es proporcionl l mgnitud de l fuerz norml F N, siendo l constnte de proporcionlidd entre mbs fuerzs el denomindo coeficiente de fricción o rozmiento, decir F. o F r. FN f F N Además el máximo vlor de l fuerz de rozmiento se obtiene con el coeficiente de fricción estático e y se d cundo l fuerz extern es lo suficientemente grnde pr vencer el rozmiento estático, es decir, el bloque se pone en movimiento y prtir de hí comienz ctur l fuerz de rozmiento cinético. F. F Experimentlmente result que e c f mx f c e F. F Fuerz Elástic ( F E ): FUERZAS A DISTANCIA Son quells que ejercen los cuerpos sin necesidd de estr en contcto directo entre ellos, se dividen en: Fuerz del peso o fuerz de l Grvedd ( w ): Fuerz Centrípet (Fc): Fuerz Grvitcionl ( F g ): ( con G : Constnte De Cvendish; G = 6.67 x N. m /kg ) Fuerz Eléctric ( F El ): (con k : Constnte Eléctric; K = 9.0 x 10 9 N. m /C UNIDADES DE LAS FUERZAS Y EQUIVALENCIAS ENTRE ELLAS N N Uniddes De L Fuerz. 1 Newton (N) = 1 Kg. m / s 1 Din ( din) = 1 gr. cm / s 1 Libr (lb) = 1 slug. pie / s Equivlencis Entre Uniddes. 9.8 Newton = 1 Kg-f. 1 Din = 980 gr-f. 1 Newton = 10 5 dins. 1 Libr = 4.45 x 10 5 dins = 4.45 Newton. 1Poundl = 0,138N

3 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (DCL) Se d o prece cundo sobre un cuerpo se dibujn ls fuerzs que ctún, sumiendo el origen del sistem coordendo en el centro del cuerpo y un de ls línes sobre ls que se desplzrá como uno de los ejes. ACTIVIDAD 1. Trzr el digrm de cuerpo libre pr ls siguientes situciones:. Un cuerpo en reposo sobre un superficie horizontl. b. Un cuerpo en movmiento sobre un superficie horizontl. c. Un cuerpo colgndo en reposo verticlmente. d. Dos cuerpos en reposo, sostenidos por un cuerd sobre un pole e. Un cuerpo en reposo sobre un plno unclindo cierto ngulo. f. Dos cuerpos en movimiento uno de ellos sobre un plno inclindo y el otro colgndo, mbos tdos por un cuerd que ps sobre un pole ubicd en l prte superidor del plno, (el cuerpo del plno sciende debido l peso del otro que cuelg y descinde. EJEMPLOS: APLICACIONES DE LAS LEYES DE NEWTON 1. Clculr l celerción del cuerpo de 10kg, si se le plicn tres fuerzs un de 10N hci el Oeste, otr de 0N hci el Este y finlmente otr de 5N hci el Oeste. El cuerpo v celerr pr l derech porque l fuerz 0N es myor que l sum de ls otrs dos ( 15 N ). De l d ley:. Un scensor de ms 100kg tiene un celerción hci rrib de m/s cuál es l tensión del cble que lo levnt? m = 100kg; = m/s ; g = 9,8m/s ; T = T T =? R/: T T = 1180N 3. Un bloque sin velocidd inicil se desliz sobre un plno inclindo 37º respecto l horizontl; Qué celerción experiment dicho cuerpo y distnci h recorrido los 3 segundos?, (desprecie l fuerz de fricción o rozmiento) Teng en cuent que 90º ; 90º De donde igulndo ls ecuciones (1), () obtenemos que, es decir estos ángulos siempre tienen l mism medid. Ahor Relizmos un representción gráfic de l situción; sin embrgo tenemos dos posibles forms de dibujr el plno inclindo, tomremos l inclinción hci l derech pr que l celerción dquier el signo positivo del semieje positivo de l x Como observmos lguns de ls fuerzs considerds poseen componentes en los dos ejes coordendos. Ahor es cuestión, como en el ejercicio nterior de tener en cuent que fuerzs ctún sobre el cuerpo de tl mner que l fuerz resultnte celere dicho cuerpo, según observmos l celerción solo se relcion de mner direct con ls fuerzs o componentes de ls fuerzs que ctún en l prte horizontl, por lo tnto plicmos en F est componente, 37º ; t = 3s ; v0 = 0m/s ; =? ; x(3seg) = Luego F x m, es decir, wx = m. 3

4 Pero, como wx = w. sen, con w = m.g m.g. sen = m. de donde despejmos, podemos cncelr m y reemplzndo, tenemos, 1 x v 0 t t = 5,9m/s prox; Finlmente de ; x 6, 5m 3. De un cuerd que ps trvés de un pole penden dos cuerpos de 60kg y 100kg de ms. Clculr l celerción de los cuerpos y l tensión en l cuerd. En este ejercicio diferenci de los nteriores, tenemos dos cuerpos, l ide es relizr dos DCL, sumtori de fuerzs pr cd cuerpo por seprd y tener en cuent que hy un vrible que lig los dos juegos de ecuciones, sí Como l representción gráfic tiene csi de mner explícit los dos DCL, no es necesrio relizrlos por seprdo, m1 = 60kg m = 100kg g = 9,8m/s =? Es de notr que todos los puntos en un cuerd experimentn l mism tensión; sí T1 = T Además se d que, que l celerción con que uno de los cuerpos sube es con l mism con l que el otro bj, pero con sentido contrrio, es decir distinto signo. Cuerpo 1 cuerpo F y m. F y m. T =? T 1 w1 = m 1. T w = - m. T 1 m 1.g = m 1. T m 1.g = - m. T 1 = m 1. + m 1.g T = - m. + m.g Ahor los dos juegos de ecuciones genern un un sistem de ecuciones de x que podemos resolver por culquier de los métodos mtemáticos conocidos ( igulción, sustitución y reducción o eliminción) Por prcticidd empleremos igulción l tener ls vribles equivlentes despejds, como T 1 = T, de l expresión obtenid result que,45m / s y Finlmente T 1 = 735N 4. Cutro perros cd uno ejerciendo un fuerz de 00N en el mismo sentido, hcen mover un trineo de 50Kg de ms; sbiendo que el coeficiente de fricción entre dicho trineo y el hielo es de Clculr:. L fuerz que ejerce l superficie (el hielo) pr soportr el trineo b. L celerción con l que rrnc el trineo c. L velocidd del trineo l cbo de seg m 1 = 50kg ; v 0 = 0m/s ; = 0,05 c ; g = 9,8m/s T = 4.(00N) = 800N F N =? ; =? ; V(seg) =? Primero, en el eje y tenemos que l sumtori de ls fuerzs que ctún en dich componente es cero, pues como vemos el cuerpo ni sciende ni desciende verticlmente. F 0 y F N w = 0, de donde F N = 450N b. Ahor considerndo l componente horizontl, vemos que l resultnte de ls fuerzs que ctún celer el cuerpo, luego F x m. F f. FN, con F N w y w m. g.m. g = m. y despejmos = [ T -.m. g ]/ T - F f = m. ; pero, como T - 4

5 Reemplzndo los vlores, tenemos 800N (0,05)(50kg)(9,8m / s ) ;,71m / s 50kg Es de notr que un form más prctic seri hber reemplzdo el vlor de F N que se hbí clculdo pr el ítem nterior. c. Pr l velocidd los seg, de v v 0 t ; v ( seg) 5,4m/ s ESTÁTICA Hemos visto que si l fuerz resultnte que ctú sobre un cuerpo es diferente de cero, este present un celerción; no obstnte fue conveniente considerr el movimiento de los cuerpos u objetos, sumiendo que se puede representr por un prtícul loclizd en su centro de ms. Entonces no considermos l rotción o el movimiento girtorio, porque un prtícul punto no tiene dimensiones físics. El movimiento rotcionl, en cmbio, se plic por lo generl los objetos sólidos extendido los cuerpos rígidos. Un cuerpo rígido es un objeto o sistem de prtículs, en el cul ls distncis interprticulres están fijs y permnecen constntes. Por ejemplo: Culquier, los metles y un cuerpo en estdo sólido (hielo). Es de notr que los líquidos y gses no comprten est estructur. EQUILIBRIO TRASLACIONAL Como observmos sobre un cuerpo pueden ctur fuerzs sin producir celerción, en tl cso sbemos que con = 0. F 0 Esto es, el vector sum de ls fuerzs o l fuerz net es cero, sí el objeto permnecerá en reposo o se moverá con velocidd constnte. En tles csos, se dice que los objetos están en EQUILIBRIO TRASLACIONAL ESTATICO. Lo nterior implic que l sum de ls componentes rectngulres de ls fuerzs pr un objeto en equilibrio tmbién son cero, F 0 ; F 0 y Pr los problems tridimensionles, se debe considerr que F 0 x y Ejemplos: Ests situciones implícitmente y se considerron, sin embrgo, vemos el siguiente ejercicio 1. Dos persons sostienen un ms de 80kg, por medio de dos cuerds, ls cules formn ángulos de 30º y 45º con respecto l horizontl. cuál es l fuerz que ejerce cd person? Si trbjmos guidos por el digrm de cuerpo libre, tenemos: Al plicr ls condiciones de equilibrio pr cd uno de los ejes, tenemos: F 0 x T x T1 x 0 T cos 45º T1 cos30 0 (1) Como con est sol ecución no es posible despejr el vlor de cd tensión ejercid, plntemos necesrimente F y 0, sí T sen45º T1 sen30 w 0 () T sen45º T1 sen30 m. g 0 Y despejndo un tensión de (1) y sustituyendo en dos; podemos obtener T = 708,3N ; T 1 = 576,47N Not: Como vimos en los tems nteriores con l noción de fuerz, se estudió el equilibrio de un prtícul; hor introduciremos un nuevo concepto, el momento de fuerz, torc o torque, necesrio pr poder nlizr ls condiciones que se deben tener pr producir el equilibrio de un cuerpo rígido. EQUILIBRIO ROTACIONAL Torque de un Fuerz: Cundo se plic un fuerz en lgún punto de un cuerpo rígido, el cuerpo tiende relizr un movimiento de rotción en torno lgún eje. L propiedd de l fuerz pr hcer girr l cuerpo se mide con un mgnitud físic que llmmos torque o momento de l fuerz. Se prefiere usr l plbr torque y no momento, porque est últim se emple pr referirnos l momento linel, momento ngulr o momento de inerci, que son tods mgnitudes físics diferentes pr ls cules se us un mism plbr. Así, Se define el torque T de un fuerz F que ctú sobre lgún punto del cuerpo rígido, en un posición r 5 z

6 respecto de culquier origen o (PIVOTE), por el que puede psr un eje sobre el cul se produce l rotción del cuerpo rígido, l producto vectoril entre l posición r y l fuerz plicd F. T = r x F El torque es un mgnitud vectoril, si es el ángulo entre r y F, su vlor numérico por definición del producto vectoril, es: T = r (Fsen) Su dirección es siempre perpendiculr l plno de los vectores r y F, su sentido está ddo por l regl del producto vectoril o l regl de l mno derech (consultr) Por convención se consider el torque positivo o negtivo si l rotción que produce l fuerz es en sentido ntihorrio u horrio respectivmente. Ejemplos: 1. Pr l siguiente figur, si O punto fijo o pivote, clculr el torque producido por F 1 y F, y el torque resultnte; si F1 = 5N, F = 15N, OA = 1m, OB = m con bse en este resultdo estblecer si el cuerpo gir hci l derech hci l izquierd, es decir, si se produce un torque positivo o negtivo. o. El momento o torque totl de ls fuerzs de l siguiente figur con,,, respecto los puntos O, O, O es: Equilibrio totl 3. Dos cuerpos de ms m 1 y m, se encuentrn suspendidos de los extremos de un brr cuy ms es desprecible (ver figur).hllr l distnci x l cul debe suspenderse l brr pr que esté en equilibrio, si m 1 =8kg y m =1kg Primero relizmos el digrm de cuerpo libre correspondiente l situción Como buscmos que l brr este en equilibrio totl, nlizmos tnto ls condiciones pr que este en equilibrio de trslción y en equilibrio de rotción, entonces: F y 0. Ahor plicndo l segund condición de equilibrio, tenemos 0, Hciendo torque respecto l punto A se tiene x 6m ACTIVIDAD 3 1. Qué es centro de ms?, Dr ejemplos. Qué es centro de grvedd?, Dr ejemplos 3. Qué es equilibrio? cuáles son los tipos de equilibrio? 4. qué son máquins?, mencionr l clsificción y dr ejemplos de máquins simples. 5. Respecto ls poles como pueden ser o pueden clsificrse. ACTIVIDAD 4 1. Pr un cuerpo que posee un ms de 58 Kg, determinr el peso en: Kilogrmos-fuerz, Newton y Dins.. A un bloque de mder de rists 105 cm, 47 cm y 94 cm; se le plic un celerción de 4.6 m/s. (Densidd de l mder = 810 kg/m3). Determinr:. L ms del bloque. R/: 1974,69kg; b. L fuerz plicd sobre el bloque. R/: 9083,57N 3. Un trctor tir de un vgón con un fuerz de 45 N y lo celer rzón de 3 m/s. Determinr:. L ms del vgón. R/: 15kg ; b. El peso del vgón. R/: 150N 4. Un utomóvil de 1300 Kg est en reposo sobre un superficie horizontl. Si se le plic un fuerz que lo desplz 100 metros, y dquiere un velocidd de 0m/s. Determinr:. L celerción del utomóvil. R/: m/s ; b. L fuerz plicd sobre el cuerpo. R/: 600N 5. Sobre un cuerpo de 8kg se ejercen fuerzs de 1N y 5N que formn entre si un ángulo de 90º. Clculr l Fuerz resultnte que ctú sobre el cuerpo, y l celerción que experiment. R/: 13N; 1,65m/s 6

7 6. Sobre un cuerpo de 4kg de ms, inicilmente en reposo, ctú un fuerz de 3N. qué velocidd llevr el cuerpo cundo h recorrido 14m?. R/: 14,966m/s 7. Determinr l elongción o estirmiento de un resorte que tiene un constnte elástic de 00 N/m, l cul se le plic un fuerz de 100 N. R/: 0,5m 8. Dos persons hln de un cuerpo de 0kg con fuerzs de 100N y 00N. Clculr l celerción de l m, si: ) ls fuerzs se ejercen horizontlmente en el mismo sentido. R/: 15m/s b) ls fuerzs se ejercen horizontlmente en sentido contrrio. R/: 5m/s c) ls fuerzs formn entre si un ángulo de 60º. R/: 13,m/s 9. Un utomóvil tiene un ms de 15 x10 kg, y su velocidd inicil es de 60km/h. Cundo se le plicn los frenos dquiere un descelerción constnte, y el uto se detiene en 1,minitos. Determinr l fuerz plicd l utomóvil. R/: 347N 10. Un bl llev un velocidd de 36 x 10 3 cm/seg, e incide sobre un bloque de mder, penetrndo un profundidd de 10cm; si l ms de l bl es 10gr, Qué tiempo será necesrio pr que l bl se deteng?, cuál es l fuerz descelerdor en dins? R/: 5,55 x 10 4 segundos; 116,64 x 10 6 dins 11. Un objeto de 10kg de ms es rrstrdo sobre un superficie pln l plicrle un fuerz de 50N que form con l horizontl un ángulo de 37º; si el coeficiente de rozmiento entre el bloque en movimiento y l superficie es de 0,3, determin si el cuerpo se mueve con velocidd constnte R/: como el bloque no se mueve con celerción cero, su velocidd no es constnte 1. Un bloque de 10kg se desliz sobre un plno inclindo que form un ángulo de 4º con l horizontl. Clculr l celerción del bloque si el coeficiente de rozmiento cinético entre el bloque y l superficie es de 0, R/: 5,3m/s 13.Tres bloques de 30Kg cd uno son empujdos lo lrgo de un superficie horizontl sin fricción con un fuerz de 180N. ( ver figur).. Cuál es l fuerz verticl net sobre el bloque 1? R/: 0N b. Cuál es l fuerz totl sobre el bloque sobre el bloque 1? R/: 60N c. Cuál es l celerción del bloque 3? R/: m/s d) Cuál es l fuerz que ejerce el bloque 1 sobre el bloque? R/: 10N 14. Un cuerpo m 1 = 1Kg cuelg libremente de un cuerd que ps por un pole sin rozmiento y está conectdo otro bloque m = 8Kg, situdo en un mes pulid (sin fricción). Determinr l celerción de los bloques y l tensión de l cuerd? 15. Un cj resbl por un rmp de 30º, con un celerción de 1m/s. Determine el coeficiente de fricción cinétic entre l cj y l rmp. R/: 0,83 16.Un bloque de Aluminio de 0Kg y un bloque de Cobre de 6Kg están conectdos por un cordel ( cble- pit) fino sobre un pole sin fricción; se permite que se deslicen sobre un bloque cuñ fijo de cero con un ángulo de 30º ( ver figur). Determine: ) l celerción de los bloques. R/: 0,3m/s b) l tensión del cordel. R/: 9,68N 17. Un bloque de 0Kg está en reposo sostenido por dos cuerds, como se muestr en l figur. Clcule ls tensiones T 1 y T de ls cuerds. 18. Un utomóvil entr un curv circulr con un rdio de curvtur de 0,4Km, un rpidez constnte de 83Km/h; si l fricción entre el cmino y ls llnts suministr un celerción centrípet de 1,5m/s. Puede el utomóvil tomr l curv con suvidd? El secreto de un buen equipo está en el orden; que todos sepn lo que hy que hcer Exfutbolist Pep Gurdiol 7