Unidad 2 Fuerzas Objetivos Comprender los efectos que

Unidad 2: Fuerzas

Objetivos Comprender los efectos que posee una fuerza neta sobre un objeto, utilizando un diagrama de fuerza libre Aplicar las distintas fuerzas de la vida cotidiana a la resolución de problemas físicos. Aplicar las leyes de Newton para explicar situaciones cotidianas a través de relaciones matemáticas y físicas.

3 Fuerza Es un vector Interacción o acción entre al menos dos cuerpos Unidad de medida del SI es Newton [N] Efectos: Cambios de forma Cambios en el estado del movimiento

Diagrama de Cuerpo Libre (DCL) Esquema que permite graficar todas las fuerzas aplicadas a un cuerpo.

Fuerza Neta o Resultante Es la suma de todas las fuerzas aplicadas a un cuerpo

Fuerzas en la vida cotidiana

7 Fuerza de Gravedad o Peso (Fg o P) Medida de qué tanta fuerza ejerce la gravedad sobre un objeto. La fuerza peso siempre está dirigida hacia el suelo. En la Tierra g=9, 8[m/s 2]

Masa no es lo mismo que peso v. Masa: La masa es la medida de cuánta materia hay en un objeto. v. Peso: es una fuerza que es ejercida por la gravedad de un cuerpo

EJERCICIO Nº 1 9 Un cuerpo pesa 125 [N] en la superficie terrestre. ¿Cuál es la masa de dicho cuerpo? A) 1250 [kg] B) 125 [kg] C) 12, 5 [kg] D) 1, 25 [kg] E) Otro valor

Efecto de la fuerza de gravedad CAÍDA LIBRE: Los cuerpos caen debido a la atracción de la fuerza de gravedad La masa no influye en la caída de los cuerpos, lo que influye es su forma y el roce con el aire. Los cuerpos caen con la aceleración de gravedad g=9, 8[m/s 2]

11 Fuerza Normal (N) Fuerza de reacción a la que ejerce un cuerpo al estar en contacto con una superficie. La fuerza normal siempre es perpendicular a la superficie de contacto y dirigida hacia fuera. SOLO en superficies horizontales, la fuerza normal posee la misma magnitud que el peso, pero en sentido contrario

EJERCICIO Nº 2 12 Un cuerpo de masa “m” se desliza sobre una mesa horizontal sin roce, con una aceleración constante “a”. El módulo de la fuerza normal es _____ que el módulo del peso. A) mayor B) mayor o igual C) igual D) menor E) menor o igual

Ejercicio N° 3 Determine la fuerza normal de un cuerpo apoyado sobre una superficie horizontal y de masa 5[kg].

Fuerza de Roce o Fricción (f) Es la fuerza que se opone al movimiento de cuerpo. µ : Coeficiente roce Depende de la las superficies en contacto

Tipos de Roce Estático (fe) Roce que existe antes del movimiento. Cinético (fc) Roce que existe en el movimiento. Material µe µc Madera sobre madera 0, 5 0, 2 Madera sobre nieve 0, 14 0, 1 Metal sobre metal 0, 15 0, 06 Vidrio sobre vidrio 0, 94 0, 4 Hielo sobre hielo 0, 1 0, 03 Caucho sobre concreto 1, 0 0, 8

Ejemplo � Se ejerce una fuerza que no logra mover el cuerpo, está haciendo efecto el roce estático. La mínima fuerza necesaria aplicada en un cuerpo para que comience ser al menos � Al vencer esta fuerzasuelmovimiento, cuerpo se debe desplaza igual que la fuerzaestá de roce estático. el roce cinético. � Cuando se mueve actuando La mínima fuerza necesaria para mantener el movimiento, deber ser al menos igual a la fuerza de roce cinético. ¡Uf!

Ejercicio N° 5 Un bloque posee una masa de 2[kg], los coeficientes de roce entre él y la superficie valen µe=0, 40 y µc=0, 20. ¿Cuál debe ser el mínimo valor de la fuerza F para que el bloque se ponga en movimiento? Una vez que inicie el movimiento ¿Cuál debe ser el valor de F para mantener al cuerpo en movimiento uniforme?

Tensión (T) Fuerza que se transmite por igual en una cuerda Cuerda ideal: inextensible y de masa despreciable

EJERCICIO Nº 4 19 Un objeto de m = 12 [kg] está suspendido en reposo, tal como indica la figura. El módulo de la fuerza neta resultante sobre él es: A) – 12 [N] B) 12 [N] C) [N] 0 D) – 120 [N] E) 120 [N]

Fuerza Elástica y Ley de Hooke (Fe) “La fuerza que devuelve a un resorte a su posición de equilibrio es proporcional al valor de la distancia que se desplaza de esa posición” Donde: K: constante del resorte o constante elástica Δx: estiramiento o contracción del resorte

Ejercicio N° 6 ¿Cuál será la fuerza aplicada a un resorte si su estiramiento es de 0, 005[m]? Considere la constante k=400[N/m]

Guía de Ejercicios N° 4 - Fuerzas y Leyes de Newton • En un bloque colocado en una mesa actúan las siguientes fuerzas, ¿Cuál es el valor de la resultante de tales fuerzas? • Un móvil cuya masa es de 1200[kg] Determine el valor del peso en la Tierra. Si en la Luna la gravedad es un sexto de la Tierra, determine el peso de la masa en la Luna (R: 12000[N], 1920[N]) • ¿Qué masa debe tener un cuerpo que se encuentra en la Tierra si su peso es de 600[N]? (R: 60[kg]) • Sobre un cuerpo de 250[kg] actúan dos fuerzas, en sentidos opuestos, hacia la derecha una de 5. 880[N] y hacia la izquierda una de 5. 000[N]. ¿Cuál es la fuerza neta? (R: 880[N]) • Determine la fuerza normal de un móvil de 1000[kg] que se encuentra en una superficie horizontal (R: 10000[N]) • Una persona tira un bloque de 20[kg] de masa apoyado en una superficie horizontal, con una fuerza paralela al suelo de 50[N]. El coeficiente de rozamiento estático entre el bloque y la superficie es 0, 5. 1. Determine el valor de la normal sobre el bloque. (R: 200[N]) 2. Calcula la fuerza de roce aplicada sobre el bloque. (R: 100[N]) 3. El bloque ¿está en movimiento? Justifica tu respuesta. • Un bloque de 50[kg] está en reposo sobre un suelo horizontal. La fuerza horizontal mínima necesaria para que inicie el movimiento es de 147[N] y la fuerza horizontal mínima necesaria para mantenerlo en movimiento con una velocidad constante es de 98[N]. Calcular el coeficiente de roce estático y cinético (R: 0, 291 y 0, 196) • Explica por qué en días lluviosos es más difícil mantener el control de un automóvil. • Un bloque cuya masa es de 5[kg], esta sostenido por dos cuerdas verticales. Cada una de ellas es capaz de soportar una tensión de 60[N] sin que se rompa. ¿Cuál es el valor de la tensión T en cada cuerda? (R: 25[N]) • Suponga que un bloque pesa 20[N], los coeficientes de roce entre él y la superficie valen µ e=0, 40 y µc=0, 20. • ¿Cuál debe ser el mínimo valor de la fuerza F para que el bloque se ponga en movimiento? (R: 8[N]) • Una vez que inicie el movimiento ¿Cuál debe ser el valor de F para mantener al cuerpo en movimiento uniforme? (R: 4[N]) • Amelia midió la elongación de un resorte al aplicarle una fuerza de 3 N, obteniendo un valor de 12 cm. Si el resorte cumple con la ley de Hooke, ¿cómo se puede saber su elongación al aplicarle una fuerza de 4 N? Explica

Leyes de Newton

24 Sir Isaac Newton 1642 – 1727 Físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Autor del Philosophiae naturalis principia mathematica, donde describió la ley de la gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica. Otros descubrimientos científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica (Opticks) y el desarrollo del cálculo matemático.

25 1° Ley de Newton “Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que un agente externo, fuerza neta sobre él, lo cambie de estado. ”

Condición de Equilibrio Es cuando la suma de todas las fuerzas resulta ser cero.

27 2° Ley de Newton “Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, éste adquiere una aceleración que es directamente proporcional a dicha fuerza neta e inversamente proporcional a su masa. ” Unidad Símbolo Unidad SI Fuerza F [N] Masa m [kg] Aceleración a [m/s 2]

28 3° Ley de Newton “Si un cuerpo A está ejerciendo una fuerza (ACCIÓN) sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B ejerce una fuerza (REACCIÓN) de igual módulo y dirección, pero de sentido opuesto sobre el cuerpo A. ”

29 Ejemplo Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, este se pone en movimiento, acelera, desacelera o varía su trayectoria. Cuanto mayor es la fuerza, tanto mayor es la variación del movimiento.

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EJERCICIO Nº 1 31 Si sobre una caja de 2 [kg] de masa, apoyada sobre una superficie lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como indica la figura, ¿cuál es la aceleración de la caja? A) 5 [m/s 2] B) 4 [m/s 2] C) 3 [m/s 2] D) 2 [m/s 2] E) 1 [m/s 2]

Contenidos Vistos Fuerzas Leyes de Newton Fuerza de gravedad Fuerza Normal Fuerza de roce Páginas del libro:

Guía de Ejercicios N° 4 - Fuerzas y Leyes de Newton • En un bloque colocado en una mesa actúan las siguientes fuerzas: 1. ¿Cuál es el valor de la resultante de tales fuerzas? 2. ¿el bloque está en equilibrio? • Un niño patea una piedra, ejerciendo así sobre ella una fuerza de 5[N] ¿Cuánto vale la reacción de esta fuerza? ¿Cuál cuerpo ejerce esta reacción? ¿Dónde se aplica reacción? • Un móvil cuya masa es de 600[kg] acelera a razón de 1, 2[m/s 2] ¿Qué fuerza lo impulsó? (R: 720[N]) • ¿Qué masa debe tener un cuerpo para que una fuerza de 588[N] lo acelere a razón de 9, 8[m/s 2]? (R: 60[kg]) • Sobre un cuerpo de 250[kg] actúan dos fuerzas, en sentidos opuestos, hacia la derecha una de 5. 880[N] y hacia la izquierda una de 5. 000[N]. ¿Cuál es la aceleración del cuerpo? (R: 3, 52[m/s 2]) • Un móvil de 100[kg] posee una aceleración constante de 20[m/s 2] ¿qué fuerza lo impulsa? (R: 2. 000[N]) • Una persona tira un bloque de 20[kg] de masa apoyado en una superficie horizontal, con una fuerza paralela al suelo de 50[N]. El coeficiente de rozamiento estático entre el bloque y la superficie es 0, 5. 1. Determine el valor de la normal sobre el bloque. (R: 200[N]) 2. Calcula la fuerza de roce aplicada sobre el bloque. (R: 100[N]) 3. El bloque ¿está en movimiento? Justifica tu respuesta. • Un bloque de 50[kg] está en reposo sobre un suelo horizontal. La fuerza horizontal mínima necesaria para que inicie el movimiento es de 147[N] y la fuerza horizontal mínima necesaria para mantenerlo en movimiento con una velocidad constante es de 98[N]. Calcular el coeficiente de roce estático y cinético (R: 0, 291 y 0, 196) • Explica por qué en días lluviosos es más difícil mantener el control de un automóvil. • Un bloque cuya masa es de 5[kg], esta sostenido por dos cuerdas verticales. Cada una de ellas es capaz de soportar una tensión de 60[N] sin que se rompa. ¿Cuál es el valor de la tensión T en cada cuerda? (R: 25[N]) • Suponga que un bloque pesa 20[N], los coeficientes de roce entre él y la superficie valen µ e=0, 40 y µc=0, 20. • ¿Cuál debe ser el mínimo valor de la fuerza F para que el bloque se ponga en movimiento? (R: 8[N]) • Una vez que inicie el movimiento ¿Cuál debe ser el valor de F para mantener al cuerpo en movimiento uniforme? (R: 4[N]) • ¿Qué fuerza hay que aplicar un resorte de K=200[N/m] para que se alargue 5 cm? (R: 10[N]) • ¿Cuál será la longitud final de un resorte de 10 cm, si colgamos de él un peso de 2 N y su constante es k = 400 N/m? (R: 0, 005[m])