Fuerza. Instrucciones. Capítulo 5: Las Fuerzas. Dos tipos de fuerzas fundamentales. Dinámica

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1 Instrucciones Capítulo 5: Las Fuerzas Prof. Elba M. Sepúlveda Aug 2004 CROEM 1 Esta presentación muestra como obtener las ecuaciones para contestar problemas de fuerzas en una dimensión. Puedes leer cada problema y activar el sonido. Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página. Cualquier duda puedes escribirme a solar@caribe.net Prof. Elba M. Sepúlveda 2 Fuerza Fuerza: es un jalón o empujón Dinámica Estudio del efecto de las fuerzas sobre la materia Dos tipos de fuerzas fundamentales Fuerzas de contacto Fuerzas de largo alcance Prof. Elba M. Sepúlveda N 3.39N Prof. Elba M. Sepúlveda 4

2 Existen cuatro fuerzas básicas: fuerza gravitacional- fuerza de atracción entre dos objetos con masa fuerza electromagnética- son fuerzas entre partículas cargadas. Son fuerzas que le dan la habilidad a algunos materiales a doblarse, apretarse y a estirarse. Ejemplos: fricción, fuerzas de tensión de superficie. Prof. Elba M. Sepúlveda 5 Las fuerzas fuerza nuclear fuerte- es responsable de la estabilidad del núcleo. Esta fuerza representa la "pega" que mantiene los constituyentes nucleares (nucleones) unidos. Es la más fuerte. fuerza nuclear débil- es una fuerza de corto alcance de la fuerza nuclear la cual tiende a producir inestabilidad Prof. Elba M. Sepúlveda 6 Inercia Tendencia de los objetos a oponerse a cambios en su movimiento. Primera Ley de Movimiento de Newton Inercia Establece: Un objeto permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a menos que actúe sobre el una fuerza no balanceada (neta) Prof. Elba M. Sepúlveda 7 Prof. Elba M. Sepúlveda 8

3 Segunda Ley de movimiento de Newton Establece: Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este se acelera. La aceleración varía directamente con la fuerza aplicada no balanceada y tendrá la misma dirección que esta. F = m a Ejemplo #1 Una fuerza no balanceada mueve una masa de 5 Kg. con una aceleración de 6 m/s 2, Oeste. Cuál es la fuerza aplicada? Prof. Elba M. Sepúlveda 9 Prof. Elba M. Sepúlveda 10 Resultado Ejemplo #1 Una fuerza no balanceada mueve una masa de 5 kg con una aceleración de 6 m/s 2, Oeste. Cuál es la fuerza aplicada? m= 5 kg a= 6 m/s2 F=? F F= 30 N, Oeste F = m a = 30 N, Oeste F = ( 5kg) (6 m/s 2, O) = 30 kg m/s 2, O Prof. Elba M. Sepúlveda 11 Ejemplo #2 Se aplica una fuerza de 15 N a un carrito de juguete. Si la aceleración es de 3 m/s 2, Cuál será la masa del juguete? Prof. Elba M. Sepúlveda 12

4 Resultado Ejemplo #2 Se aplica una fuerza de 15 N a un carrito de juguete. Si la aceleración es de 3 m/s 2, Cuál será la masa del juguete? m= 5 kg F= 15 N a= 3 m/s 2 m =? m= 5 kg F= m a m=f/a = (15 N)/(3m/s 2 ) = 5 (kgm/s 2 )(m/s 2 ) = 5 kg Prof. Elba M. Sepúlveda 13 Peso vs masa masa= cantidad de materia peso= es la fuerza gravitacional ejercida sobre un objeto por un cuerpo masivo = mg Prof. Elba M. Sepúlveda 14 Ejemplo #3 El peso de un objeto puede variar con su localización del centro de la Tierra. La g L = (1/6) g T Cuál es el peso en la Tierra de una masa de 4 kg? Cuánto es el peso en la Luna? Prof. Elba M. Sepúlveda 15 Resultado #3 El peso de un objeto puede variar con su localización del centro de la Tierra. La g L = (1/6) g T Cuál es el peso en la Tierra de una masa de 4 kg? Cuánto es el peso en la Luna? m= 4 kg g= m/s 2 =? = mg = ( 4kg) (-9.81 m/s 2 ) = N =39.24N, abajo L = N =6.5N, abajo Prof. Elba M. Sepúlveda 16

5 Problemas asignados Capítulo 5: Las Fuerzas Contestar ejercicios 1 al 17 impares páginas 80 a la 83 Las fuerzas Diagramas de fuerzas I will be back!! Prof. Elba M. Sepúlveda 17 Prof. Elba M. Sepúlveda 18 Diagrama de fuerzas Segunda ley de Newton en acción F a Siempre haz diagramas y dibujos!!!! Prof. Elba M. Sepúlveda 19 Prof. Elba M. Sepúlveda 20

6 Fuerza de fricción Es la resistencia al movimiento entre dos objetos en contacto. Es una fuerza electromagnética que se debe a la atracción transitoria entre los puntos de contacto Actúa paralela a las 2 superficies en contacto y en dirección opuesta al movimiento = µ Donde = fuerza de fricción µ = coeficiente de fricción = fuerza normal Fricción F=µN Fricción estática Se opone a que el objeto comience a moverse Fricción cinética Ocurre cuando el objeto se encuentra en movimiento Fricción estática > Fricción cinética F s > F k Prof. Elba M. Sepúlveda 21 Prof. Elba M. Sepúlveda 22 Fuerza normal Fuerza que mantiene las superficies en contacto y se escribe como: o N. En ocasiones tiene una magnitud igual al peso pero en dirección contraria. Es perpendicular a las superficies en contacto. = - Prof. Elba M. Sepúlveda 23 Fuerza aplicada Fuerza que se hace sobre un objeto Puede causar movimiento Depende del punto de vista del investigador Tiene que vencer la fuerza de fricción para causar un movimiento Se escribe como F A y en ocasiones puede ser T (tensión) Prof. Elba M. Sepúlveda 24

7 Instrucciones Ahora discutiremos varios casos en los que se utiliza el análisis de fuerzas y sus respectivos diagramas para obtener las ecuaciones. Se intercalan ejemplos para ayudar a coprender los conceptos los cuales puedes contestar antes de ver la respuesta. Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página. Cualquier duda puedes escribirme a solar@caribe.net Prof. Elba M. Sepúlveda 25 Caso #1 F A Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 100 kg se mueve a la derecha a velocidad constante, se encuentra sobre una superficie horizontal y se le aplica una fuerza de 250N. Prof. Elba M. Sepúlveda 26 Fuerza neta en resumen Balanceo de Fuerzas F neta = ma = ΣF x Datos importantes: = - = (magnitud) F neta = suma de fuerzas F neta = F A Como viaja a velocidad constante entonces: F= ma= 0 Masa y/o peso del objeto Velocidad constante a=0 Fuerza aplicada Superficie horizontal F A = = 250 N = F A Fuerza neta=f=ma= fuerza no balanceada Prof. Elba M. Sepúlveda 27 Prof. Elba M. Sepúlveda 28

8 Ejemplo #4 Resultado #4 F g=20 N Un objeto que pesa 50N se mueve sobre el piso a la derecha a una velocidad constante. Si se le aplica una fuerza de 20 N A) Determina el coeficiente de fricción B) Si se colocca una pesa de 30 N sobre el bloque, qué fuerza se requerirá para mantener al bloque y a la pesa viajando a una velocidad constante? Haz el diagrama F g=20 N µ= / = F A / = 20N/50N = 2/5 = µ=0.40 **no tiene unidades T = en magnitud 1 = 50N 2 = 30N µ=0.40 T = 80N F A = = µ =(.40) (80N)= 32N = 50N = 50N Fg=20 N Prof. Elba M. Sepúlveda 29 Prof. Elba M. Sepúlveda 30 = 50N Caso #2 Determina la fuerza neta cuando un objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza de 150N y no hay fuerza de fricción. Determina su aceleración Prof. Elba M. Sepúlveda 31 F g Discusión caso #2 Superficie sin fricción A) Aumenta su velocidad; F neta = ma = ΣF x = F A hay aceleración F neta = suma de fuerzas Superficie horizontal F neta = F A = 150N Masa=25 kg Fuerza aplicada 150N Fuerza neta=?? = en magnitud B) F A = ma a =F A /m = 150N/25kg = 6m/s 2 a=6m/s 2, derecha Prof. Elba M. Sepúlveda 32 F g 0

9 Caso #3 Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza de 100N y la fuerza de fricción es de 10N. Determina la aceleración Prof. Elba M. Sepúlveda 33 F g Discusión caso #3 Superficie horizontal F g Sin fricción Aumenta la velocidad F neta =? Determina la aceleración m = 25 kg m = 25 kg F A =100N F = 10N neta = ma a= F F neta = ma = ΣF x = F A F neta /m= 90N/25kg= f 100N 10N = 90N =3.6 m/s 2 F neta = 90N, derecha a= 3.6 m/s 2, derecha Prof. Elba M. Sepúlveda 34 F A Caso#4 Objetos lanzados F A Discusión caso#4 T Se lanza una bola directamente hacia arriba. Si su masa es de 5.1 kg y la fuerza aplicada es de 200N, arriba, Cuál será la fuerza neta? Cuál será su aceleración? ****considera las fuerzas que ocurren cuando sube, baja o si se encuentra atado a una cuerda. Puede haber resistencia del aire? Prof. Elba M. Sepúlveda 35 R Suspendido en aire F neta = ma = ΣF x = F A Lanzado hacia arriba F neta = 200N 50N Se le aplica una fuerza F neta = 150N m= 5.1 kg F neta = 150N, arriba F A =200N, arriba Cuál será su aceleración? g=9.81m/s 2 a= F neta /ma = 150N/5.1kg = = mg= (5.1 kg) (-9.81m/s 2 ) 29.4 m/s, arriba -50N a= 29 m/s 2, arriba = 50N, abajo Prof. Elba M. Sepúlveda 36 R

10 F A Caso#5 Elevadores F A Discusión caso#5 T Un elevador lleno de personas se mueve directamente hacia arriba. Si la masa es de 500 kg y si la tensión del cable es 3000N, arriba, Cuál será la fuerza neta? Cuál será su aceleración? Considera el elevador cuando sube, baja o se mueve a velocidad constante Puede haber resistencia del aire? Prof. Elba M. Sepúlveda 37 R T Suspendido en aire F neta = ma = ΣF x = T Lanzado hacia arriba F neta = 200N 50N Se le aplica una fuerza F neta = 150N m= 500 kg F neta = 150N, arriba T=F A =3000N, arriba Cuál será su aceleración? g=9.81m/s 2 a= F neta /ma = 150N/5.1kg = = mg= (500 kg) (-9.81m/s 2 ) 29.4 m/s, arriba -1962N a= 29 m/s 2, arriba = 1962N, abajo Prof. Elba M. Sepúlveda 38 R Considera otros casos Caída libre Lanzado hacia abajo Pase de futbol Caída libre- ocurre cuando es el peso la única fuerza que actúa sobre un objeto Resistencia del aire- es una fuerza de fricción del aire contra un objeto. Esta fuerza es en dirección opuesta al movimiento y depende de la forma del objeto Prof. Elba M. Sepúlveda 39 Prof. Elba M. Sepúlveda 40

11 Velocidad terminal Es una velocidad constante debido a la resistencia del aire y cuando esta iguala el peso del objeto Peso = resistencia del aire Tercera Ley de Newton Ley de Acción y reacción Establece: Toda fuerza está acompañada de otra fuerza de igual peso pero en dirección opuesta. = mg= F r Ej. Deportes bate y bola, raqueta y bola, bowling, empujar una pared y otros Prof. Elba M. Sepúlveda 41 Prof. Elba M. Sepúlveda 42 Tercera Ley de Newton Problemas asignados Capítulo 5 19 al 29 impares páginas 86 a la 88 Problemas A 1 al 4 página 92 Problemas B 1 y 2 página 93 Prof. Elba M. Sepúlveda 43 Prof. Elba M. Sepúlveda 44

12 Bono examen: A stationary van is filled with 1 tone of bees sitting down. Is it true that the overall weight of the van is the same if bees are flying instead of sitting? Prof. Elba M. Sepúlveda 45