Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Electivo. Fuerza y Momentum

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Francisca Godoy Araya
hace 7 años
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1 Preuniversitario Esperanza Joven Curso Física Intensivo, Módulo Electivo Guía 3 Fuerza y Momentum Nombre: Fecha: Concepto de Fuerza Por nuestra experiencia diaria sabemos que el movimiento de un cuerpo es resultado de sus interacciones con otros cuerpos que lo rodean. Cuando una persona golpea una pelota existe un interacción con esta última, que modifica su movimiento. El agua sobre una turbina, un tren que arrastra vagones, el esfuerzo muscular para empujar o levantar un objeto. Todas estas interacciones se expresan en términos de un concepto llamado fuerza. La fuerza es una magnitud vectorial y su unidad de medida en el SI es el Newton Algunas Fuerzas Importantes 1 N = 1 kg m s 2 Fuerza Peso: Fuerza que se ejerce sobre un cuerpo por efecto de la atracción gravitacional de otro cuerpo (por lo común, La Tierra). Esta fuerza (como las magnéticas o eléctricas) son ejercidas sin que haya necesidad de contacto entre los cuerpos, a esto se le denomina accióna a distancia. Fuernza Normal: Fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo. Siempre actúa perpendicular a la superficie de apoyo. Tensión: Fuerza que ejerce una cuerpo sobre un cuerpo. Fuerza de fricción: Considere un bloque apoyado en una superficie horizontal. Supongamos que una persona empuja (o tira) del bloque con una fuerza F. y que el cuerpo continua en reposo. Entonces la resultante de las fuerzas que actúa sobre el bloque sigue siendo nula. Debe existir una fuerza que equilibre a F. Este equilibrio se debe a la acción ejercida por la superficie sobre el bloque, que se denomina fuerza de fricción (o rozamiento) f r Leyes del Movimiento o Principios de Newton I) Principio de inercia: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. II) Principio de movimiento: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la lãnea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. F neta = m a Principio de acción y reacción: Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

2 Momentum Lineal o Cantidad de Movimiento El momento lineal p es una cantidad vectorial, de igual dirección y sentido que el vector velocidad v y se define mediante la siguiente expresión p m v Por la definición en el SI la unidad de medida del momentum lineal es kg m/s Impulso Es un vector que tiene la misma dirección y sentido que F y se define mediante la expresión I F t Por la expresión anterior vemos que en el SI la unidad de medida impulso es N s. Relación entre Impulso y Momentum Lineal La relación sigue de acuerdo a la siguiente expresión I = P I = P2 P 1, con esto nos damos cuenta que el impulso es el responsable de la variación en el momentum del cuerpo. Fuerzas internas y externas Las fuerzas que actúan en un sistema de partículas pueden clasificarse en internas y externas. Si una partícula del sistema ejerce una fuerza sobre otra que también pertenece al sistema, aquella será una fuerza interna. Por otra parte, si la fuerza que actúa sobre una partícula del sistema fuese ejercida por un agente que no pertenece al sistema, se tratará entonces de una fuerza externa. Las fuerzas internas pueden producir variaciones en las cantidaddes de movimiento de partículas de un sistema, pero no producen variación en la cantidad de movimiento del sistema. Choques en una dimensión Choques elásticos e inelásticos: una colisión es elástica cuando los cuerpos que chocan no sufren deformaciones permanentes durante el impacto o cuando se conserva la energía cinética. Dos bolas de billas, por ejemplo, experimentan choques que se pueden considerar elásticos. En el caso contrario, si los cuerpos presentar deformaciones debido a la colisión estamos en presencia de un choque inelástico y no se conserva la energía cinética.

3 Cuando los cuerpos que chocan continúan pegados, después del choque, se habla de choque totalemnte inelástico. Principio de conservación del momentum lineal en los choques En los casos en que no existen fuerzas externas que actúen sobre los cuerpos que chocan, la cantidad de movimiento del sistema se conserva, si sobre él sólo actán fuerzas internas. Por lo tanto la cantidad de movimiento de un sistema de cuerpos que chocan, inmediamente antes de la colisión, es igual a la cantiadad de movimiento, inmediatamente después del choque Considere una colisión directa entre masas m 1 y m 2 como indica la figura. Suponga que las superficies están libres de fricción. Indicamos sus velocidades antes del impacto v 1A y v 2A ; y después del impacto como v 1D y v 2D. El impulso F 12 que actúa sobre la masa de la derecha es F 12 t = m 2 v 2D m 2 v 2A, de manera similar, el impulso de la fuerza F 21 sobre la masa de la izquierda es F 21 t = m 1 v 1D m 1 v 1A, Durante el intervalo de tiempo t, I 12 = I 21, de modo que o bien, F 21 t = F 12 t, reagrupando términos, finalmente tenemos m 1 v 1D m 1 v 1A = m 2 v 2D m 2 v 2A, m 1 v 1A + m 2 v }{{ 2A = m } 1 v 1D + m 2 v 2D. }{{} P sistema inicial P sistema final

4 Ejercicios 1) Sobre un plano inclinado está bajando un cuerpo, si se desprecian las fuerzas de roce entonces de las fuerzas mostradas (no se han dibujado las componentes) en la figura, la(s) que no corresponde(n) es(son) A) F 1 y F 4 B) F 1 C) F 4 y F 5 D) F 4, F 5 y F 2 E) F 2 y F 4 2) Un imán de masa m atrae a otro imán de masa 2m, acelerándolo a 2 m/s 2.La aceleración del primer imán, en m/s 2, es de A) 4, 0 B) 2, 0 C) 1, 0 D) 0, 5 E) nada se puede asegurar. 3) Un cuerpo desliza en un plano inclinado 30, con respecto a la horizontal, sin roce. La magnitud de la aceleración del cuerpo A) g B) 3g C) 3g/2 D) g/2 E) Falta información para calcularla. 4) Sobre un móvil de 8 kg se ejerce una fuerza F, el gráfico de la figura muestra como varió la velocidad del móvil en función del tiempo, al respecto se haccen algunas afirmaciones I) La fuerza F aumento su valor en forma uniforme. II) La fuerza aplicada fue 16 N. el cuerpo experimentó una aceleración constante. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Sólo II y III

5 5) Sobre el sistema de bloques actúa una fuerza F de 180 N. Los bloques son idénticos y cada uno tiene una masa de 30 kg. Si sobre el piso horizontal no existe roce, se puede afirmar correctamente que A) la aceleración del primer bloque es de 6 m/s 2. B) la magnitud de la tensión 1 es de 120 N. C) la fuerza neta sobre el segundo bloque es de 60 N. D) la tensión 2 es la mitad de la tensión 1. E) sobre el último bloque actúa la menor fuerza neta. 6) En cuál de los siguientes casos se requiere de mayor impulso para detener el autito, si este es de A) 5, 0 kg y viaja a 30 m/s B) 0, 5 kg y viaja a 40 m/s C) 2, 5 kg y viaja a 25 m/s D) 0, 4 kg y viaja a 80 m/s E) 0, 2 kg y viaja a 100 m/s 7) Un cuerpo de masa m, es lanzado verticalmente desde el suelo con una velocidad v, sin considerar el roce, es falso que A) existe un punto en el cual su momentum es nulo. B) su momentum es constante mientras está en el aire. C) la variación de momentum, es decir, el momentum final menos el inicial, no es nula. D) el momentum mientras sube, es opuesto a la aceleración del cuerpo. E) en casi todo punto de la trayectoria el momentum es vertical. 8) Tres bolitas idénticas que inicialmente están separadas y colineales se mueven como muestra la figura, de tal forma que chocan simultáneamente. Luego se afirma que: I) La bolita 2 sigue en reposo. II) La suma de las velocidades de las bolitas después del choque es v, según x. Si las bolitas quedaran unidas al chocar, la rapidez del conjunto seria v/3. Es(son) siempre verdaderas(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III

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