Captulo 5 Aplicacin de las leyes de Newton

Capítulo 5 Aplicación de las leyes de Newton La información contenida en esta presentación es confidencial y está legalmente protegida; es posible que usted no esté autorizado para usar, copiar o divulgar todo o parte de la información expuesta. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados.

Reflexione Un hombre va en descenso en un paracaídas a velocidad constante. En esta situación, ¿qué fuerza tiene mayor magnitud: la de gravedad o la fuerza hacia arriba que ejerce el aire sobre el paracaidista? Responda lo anterior y, al final del capítulo, regrese a esta sección para reafirmar o corregir su punto de vista. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 2

A continuación… • Cómo usar la primera ley de Newton para resolver problemas donde intervienen fuerzas que actúan sobre un cuerpo en equilibrio. • Cómo usar la segunda ley de Newton para resolver problemas donde intervienen fuerzas que actúan sobre un cuerpo con aceleración. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 3

A continuación… • La naturaleza de los diferentes tipos de fuerzas de fricción: de fricción estática, de fricción cinética, de fricción de rodamiento y resistencia de fluidos. • Cómo resolver problemas donde intervienen fuerzas que actúan sobre un cuerpo que se mueve en una trayectoria circular. • Las propiedades clave de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 4

5. 1 Empleo de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio El principio físico fundamental es la primera ley de Newton: si una partícula está en equilibrio, la fuerza neta que actúa sobre ella, es decir, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella, debe ser cero. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 5

5. 2 Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas Ahora podemos analizar problemas de dinámica, donde aplicaremos la segunda ley de Newton a cuerpos sobre los cuales la fuerza neta no es cero. Tales cuerpos no están en equilibrio, es decir, tienen aceleración. La fuerza neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 6

5. 2 Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 7

5. 2 Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 8

5. 2 Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas Un astronauta en órbita alrededor de la Tierra en su nave espacial experimenta ingravidez aparente. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 9

5. 3 Fuerzas de fricción Siempre que dos cuerpos se tocan, describimos la interacción en términos de fuerzas de contacto. La fuerza normal es un ejemplo de una fuerza de contacto, así como la fuerza de fricción. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 10

5. 3 Fuerzas de fricción Fricción cinética y estática. Cuando un cuerpo descansa o se desliza sobre una superficie, se puede considerar que esta última ejerce una sola fuerza de contacto sobre el cuerpo, con componentes de fuerza perpendiculares y paralelas a la superficie. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 11

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 12

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 13

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 14

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 15

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 16

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 17

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 18

5. 3 Fuerzas de fricción Resistencia de fluidos y rapidez terminal • Si usted saca la mano por la ventanilla de un automóvil que viaja con gran rapidez, comprobará la existencia de la resistencia de un fluido, que es la fuerza que un fluido (ya sea gas o líquido) ejerce sobre un cuerpo que se mueve a través de él. • El cuerpo en movimiento ejerce una fuerza sobre el fluido para hacerlo a un lado. Por la tercera ley de Newton, el fluido responde sobre el cuerpo con una fuerza igual y opuesta. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 19

5. 3 Fuerzas de fricción • La dirección de la fuerza de resistencia de un fluido que actúa sobre un cuerpo siempre es opuesta a la dirección de la velocidad del cuerpo relativa al fluido. • La magnitud de la fuerza de resistencia de un fluido suele aumentar al incrementarse la rapidez del cuerpo en el fluido. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 20

5. 3 Fuerzas de fricción Para objetos más grandes que se mueven a través del aire con la rapidez de una pelota de tenis o más rápido, la fuerza de resistencia es aproximadamente proporcional a v 2, en lugar de v, y se denomina arrastre del aire o solo arrastre. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 21

5. 3 Fuerzas de fricción © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 22

5. 3 Fuerzas de fricción La rapidez final vt, llamada rapidez terminal, está dada por mg – kvt = 0, es decir, © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 23

5. 3 Fuerzas de fricción En el caso de un objeto que cae con gran rapidez en el aire, de modo que la resistencia del fluido sea igual a Dv 2, la rapidez terminal se alcanza cuando Dv 2 es igual al peso mg. (Continúa) © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 24

5. 3 Fuerzas de fricción El objeto con mayor masa tiene mayor rapidez terminal y cae más rápidamente. La misma idea explica por qué una hoja de papel cae más rápido si primero la arrugamos para formar una esfera: la masa m es la misma, pero el tamaño más pequeño reduce D y aumenta vt. Los paracaidistas usan el mismo principio para controlar su descenso (Continuación) © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 25

5. 3 Fuerzas de fricción En la figura se muestra la trayectoria de una pelota de béisbol con y sin arrastre del aire. Como se observa, tanto el alcance de la pelota como la altura máxima alcanzada son menores que los resultados obtenidos cuando se desprecia el arrastre. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 26

5. 4 Dinámicas del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 27

5. 4 Dinámica del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 28

5. 4 Dinámica del movimiento circular Hay tres razones para no incluir la fuerza centrífuga hacia afuera. (El término “centrífugo” significa “que se aleja del centro”). • En primer lugar, el cuerpo no “se dirige hacia afuera”: se encuentra en movimiento constante con trayectoria circular. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 29

5. 4 Dinámica del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 30

5. 4 Dinámica del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 31

5. 4 Dinámica del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 32

5. 4 Dinámica del movimiento circular © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 33

5. 4 Dinámica del movimiento circular Movimiento en un círculo vertical El movimiento en un círculo vertical no es diferente en principio; no obstante, hay que tratar con cuidado el peso del cuerpo. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 34

5. 5 Fuerzas fundamentales de la naturaleza ¿Cuántas clases distintas de fuerzas existen? • Actualmente, se considera que todas las fuerzas son expresiones de tan solo cuatro clases de fuerzas fundamentales o interacciones entre las partículas. • Conocemos de ellas por la experiencia cotidiana; las otras dos implican interacciones entre partículas subatómicas que no podemos percibir directamente con nuestros sentidos. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 35

5. 5 Fuerzas fundamentales de la naturaleza • • Las interacciones gravitacionales incluyen la fuerza conocida del peso, que se debe a la acción de la atracción gravitacional terrestre sobre un cuerpo. Las interacciones electromagnéticas incluyen las fuerzas eléctricas y magnéticas. La interacción fuerte mantiene unido el núcleo de un átomo. La interacción débil, cuyo alcance es tan pequeño que es relevante solo a escala del núcleo o menor. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 36

5. 5 Fuerzas fundamentales de la naturaleza (Continúa) © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 37

5. 5 Fuerzas fundamentales de la naturaleza (Continuación) © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 38

Para terminar… El capítulo 5 ha concluido. Es momento de regresar al inicio del mismo para corroborar si su respuesta inicial se sustenta con los contenidos revisados en este capítulo. De no ser así, proponga otra solución a esta interrogante. © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 39

Conocimientos a prueba Llegó el momento de poner en práctica los conocimientos adquiridos. Por ello, lo invitamos a resolver la sección de Problemas al final del capítulo en el libro. ¡Suerte! © 2013 Pearson Educación. Derechos reservados. 40