FUERZA Y DINÁMICA (Parte I)

Transcripción

1 U.E.P. Colegio Claret Física 3er año Prof. María Caetano OBJETIVO 5 FUERZA Y DINÁMICA (Parte I)

2 Has pensado alguna vez.. Qué mueve un barco de vela que navega por el mar? Cómo levantas un objeto? Qué ocasiona la caída de una manzana de un árbol? Qué ocurre si lanzas un objeto? Cómo puede moverse un objeto? Y si pateas un objeto?

3 Las respuestas a las interrogantes anteriores ( y a muchas otras), intentan ser respondidas con la DINÁMICA Parte de la física que se encarga del estudio del movimiento, considerando las CAUSAS que lo producen y sus EFECTOS. Esta relación CAUSA-EFECTO permite entender el concepto de FUERZA

4 EJEMPLOS Si de un resorte colgamos una masa CAUSA La masa es atraída por su propio peso debido a la fuerza de gravedad EFECTO La masa deforma el resorte

5 EJEMPLOS Si movemos un carrito de supermercado CAUSA Aplicación de un esfuerzo muscular EFECTO El carrito está en movimiento

6 FUERZA Qué es? Es toda causa capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (EFECTO DINÁMICO) o de producir en él una deformación o cambio en su forma estructural (EFECTO DEFORMADOR)

7 IMPORTANTE! Una fuerza aparece cuando comienza la acción y actúa mientras ésta sigue ejerciéndose. Si la acción cesa, la fuerza desaparece. Las fuerzas tienen lugar en parejas. La fuerza es producto de la interacción entre dos cuerpos. Los cuerpos NO tienen fuerza. La ejercen sobre otros cuerpos o la reciben de estos otros.

8 Módulo (Intensidad o valor) La fuerza es una magnitud VECTORIAL Dirección La fuerza se representa con un VECTOR, y necesita conocerse su PUNTO DE APLICACIÓN Sentido No se puede saber lo que puede hacer una fuerza sin conocer su valor, dónde está aplicada y con qué dirección y sentido.

9 TIPOS DE FUERZAS Fuerzas de contacto Fuerzas de acción a distancia Fuerzas de contacto Fuerzas de acción a distancia

10 FUERZAS DE CONTACTO Tienen su origen a nivel atómico Son tipos de fuerzas en las que los cuerpos que interactúan están físicamente en contacto Fuerza de tensión Fuerza de fricción Fuerza normal (contacto)

11 FUERZAS DE ACCIÓN A DISTANCIA Son tipos de fuerzas en las que los cuerpos que interactúan no se encuentran en contacto físico, pero son capaces de empujarse o atraerse a pesar de su separación física Rotación de los planetas Interacción magnética

12 FUERZAS SEGÚN SU NATURALEZA NUCLEARES FUERTES Mantienen protones y neutrones junto al núcleo atómico. GRAVITACIONALES Fuerza de atracción entre dos objetos con masa ELECTROMAGNÉTICAS Fuerza entre partículas cargadas. Producida entre campos eléctricos y magnéticos. Depende de las cargas y es atractiva o repulsiva. NUCLEARES DÉBILES Son aquellas que producen la desintegración radiactiva de la materia

13 CÓMO MEDIR LAS FUERZAS? Dinamómetro Empleando un: Aprovechando la propiedad que tiene la fuerza de producir deformaciones en un resorte. Consiste en un resorte que se estira al colgarle un cuerpo, descubriendo una escala graduada donde se lee el peso correspondiente al cuerpo que produce esa elongación. Ley de Hooke F = -k. x F = fuerza aplicada sobre el resorte x = alargamiento o desplazamiento del Resorte k = constante de elasticidad que depende De cada resorte.

14 UNIDADES DE MEDICIÓN DE LAS FUERZAS SISTEMA UNIDAD SÍMBOLO DEFINICIÓN c.g.s M.K.S (Internacional) Técnico Dinas (g. cm s 2 ) Dyn Fuerza capaz de comunicarle a la masa de 1g la aceleración de 1 cm s 2 Newton (kg. m s 2) N Fuerza capaz de comunicarle a la masa de 1 kg la aceleración de 1 m s 2 Kilopondio y/o Pondio Kp p Fuerza con que la Tierra es capaz de atraer a 1kg de masa ubicado al nivel del mar y a 45º de latitud 1 dyn = 10 5 N 1N = 10 5 dyn 1 kp = 9,8N 1lbf = 4,45N 1lbf = 0,454kp Anglosajón Libra-fuerza lbf Fuerza que al actuar sobre una masa de 1 slug produce la aceleración de 1 pie s 2

15 FUERZAS EQUILIBRADAS O BALANCEADAS Considere un bloque en reposo sobre una mesa La fuerza que la mesa ejerce sobre el bloque tiene la misma magnitud y dirección contraria que la fuerza con que la Tierra atrae el bloque. Estas fuerzas están balanceadas o equilibradas. Estas fuerzas actúan simultáneamente sobre un cuerpo sin causarle aceleración. UN CUERPO ESTÁ EN EQUILIBRIO CUANDO NO SE MODIFICA SU ESTADO DE REPOSO O DE MOVIMIENTO

16 FUERZAS EQUILIBRADAS O BALANCEADAS La fuerza que la persona de la derecha ejerce sobre la caja tiene la misma magnitud y dirección contraria que la fuerza con que la persona de la izquierda la jala. Moviéndose con velocidad constante Reposo En presencia de FUERZAS EQUILIBRADAS, si el cuerpo está en reposo, seguirá en reposo y si está moviendo seguirá moviéndose con velocidad constante.

17 FUERZAS NO EQUILIBRADAS O NO BALANCEADAS Considere una caja deslizándose a la derecha sobre una mesa jalada por una fuerza F2 de mayor magnitud que la fuerza F1. Las fuerzas sobre la caja NO están balanceadas! CUERPO ACELERADO F neta = F 2 F 1

18 DIAGRAMAS DEL CUERPO LIBRE (DCL) Los diagramas del cuerpo-libre son gráficos utilizados para mostrar las magnitudes relativas y direcciones de las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo, en una determinada situación. F masa sobre el bloque DCL F ext F roce Bloque moviéndose a la derecha por acción de una fuerza externa sobre una superficie rugosa. F gravedad sobre el bloque (Peso)

19 EJERCICIO DE DCL El diagrama del cuerpo-libre de cuatro situaciones se muestran a continuación. En cada caso, se conoce el valor de la fuerza neta. Sin embargo, la magnitud de algunas fuerzas individuales no son conocidas. Analice cada situación individualmente para determinar la magnitud de la fuerza desconocida.

20 MASA vs PESO La MASA de un objeto se refiere a la cantidad de materia contenida por el objeto. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos. No depende de ningún agente externo. ES una magnitud ESCALAR. El PESO es la cuantificación de la fuerza de gravedad actuando sobre un cuerpo. Es una magnitud VECTORIAL. Posee dirección debido a g. P = m. g

21 INERCIA Resistencia que tienen los cuerpos a cambiar su estado de movimiento CASOS DE EVIDENCIA DE LA EXISTENCIA DE LA INERCIA Dificultad para mantenerse en pie cuando se va en el autobús y éste frena abruptamente En el metro cuando se va a velocidad constante, no es necesario sostenerse para mantenerse de pie Caída en moto a una alta velocidad. El conductor sale disparado hacia adelante