Unitat 7 Les forces 1 Qu sn les

Unitat 7: Les forces 1. Què són les forces? 2. Tipus de forces 3. Com es representen les forces? 4. Com es mesuren les forces 5. Suma de forces 6. Efectes de l’aplicació de forces 7. La força pes 8. La força de fricció 9. La pressió Esquema de la unitat Meritxell Aragonès Christian Fàbregas Marta Gené Montserrat Gutiérrez Montserrat Solé

1. Què són les forces? La força és aquella magnitud física que és capaç de modificar l’estat de moviment d’un cos o de deformar-lo. El concepte de moviment està relacionat directament amb les forces. Podem dir que les forces són les causes de tot moviment. Índex

2. Tipus de forces Existeixen dos tipus de forces, les que actuen per contacte i les que ho fan a distància. Forces de contacte Són forces que es transmeten a través del contacte directe entre cossos. Són les forces intuïtivament més comprensibles. Índex

2. Tipus de forces Forces a distància Són forces que actuen sense que hi hagi contacte entre cossos, es transmeten a distància. Són difícils d’entendre i la seva descripció encara és motiu d’investigació. En són un exemple la força gravitatòria i la força elèctrica. Índex

3. Com es representen les forces? Una força es representa mitjançant una fletxa anomenada vector, amb la qual s’indica la direcció, el sentit, la intensitat i el punt d’aplicació de la força. Índex

4. Com es mesuren les forces? Per mesurar forces, s’utilitza un aparell anomenat dinamòmetre, que consisteix en una molla elàstica que, en ser estirada, dóna una mesura proporcional a la força que s’hi aplica. La llei de Hooke ens expressa la relació entre la força i la longitud de la molla. El dinamòmetre ens permet comprovar que l’allargament de la molla és proporcional a la força que rep. Si hi posem un pes, la molla s’allarga una distància determinada; si hi posem un pes que pesa el doble, llavors la distància s’allarga el doble, i així successivament. Índex

4. Com es mesuren les forces? La unitat del SI que utilitzem per mesurar la força és el newton (N), en honor al gran físic que va descobrir i estudiar les forces. El newton és la força que hem de fer sobre un cos d’ 1 kg de massa perquè obtingui una acceleració d’ 1 m/s 2. Índex

5. Suma de forces Quan diverses forces actuen sobre un cos, cal buscar una única força, anomenada resultant (R), que produeixi exactament els mateixos efectes que les diverses forces que hi actuen. Per tant, sumar forces consisteix a buscar la seva resultant. a) Sistemes de forces amb la mateixa direcció i el mateix sentit. La força resultant, que s’obté sumant les intensitats de les dues forces, té més intensitat i el mateix sentit que les dues forces inicials. Per exemple: La seva resultant és: Índex

5. Suma de forces b) Sistemes de forces amb la mateixa direcció i sentit contrari. Quan dues forces tenen la mateixa direcció i sentit contrari, cal buscar la diferència de les intensitats. La resultant tindrà un sentit igual al de la força amb una intensitat més gran. Per exemple: La seva resultant és: Imaginem ara que les forces F 1 i F 2 són les següents: La seva resultant és: Índex

6. Efectes de l’aplicació de forces 6. 1. Equilibri de forces Un cos està en equilibri quan la resultant de les forces que hi actuen és zero i l’estat de moviment o de repòs del cos no varia. La condició necessària per aconseguir l’equilibri és que la resultant sigui zero (R=0). La sonda espacial està en moviment, però està en equilibri perquè no hi actua cap força exterior, i continuarà el seu viatge mentre no actuï cap força que l’aturi. L’estat d’equilibri, que es manifesta per la immobilitat de la corda, es donarà quan tots dos grups facin forces de la mateixa intensitat i de sentit contrari, amb la qual cosa la resultant serà nul·la. Índex

6. Efectes de l’aplicació de forces 6. 2. Forces i moviment a) Deformació de cossos. L’aplicació d’un conjunt de forces sobre un cos pot produir deformació. Aquesta deformació es deu al fet que els seus punts no mantenen una distància constant. El cas límit de la deformació és la ruptura. Hi ha dos tipus de deformacions: – Deformació elàstica: si el cos torna a la seva posició inicial. Exemple de deformació elàstica Índex – Deformació permanent: si el cos no torna a la seva posició inicial. Exemple de deformació permanent

6. Efectes de l’aplicació de forces 6. 2. Forces i moviment b) Moviment d’un cos rígid. L’aplicació d’un conjunt de forces sobre un cos rígid pot produir equilibri si la resultant és nul·la. Si no ho és, llavors produeix canvis de moviment. El canvi de moviment implica una variació en la velocitat. Per tant, quan la força resultant no és zero, els cossos s’acceleren i varien la seva velocitat. Pel fet de caure, el quadre s’accelera en passar del repòs a un estat de moviment. Índex El clau, que inicialment està en repòs, es mou acceleradament per l’efecte del cop de martell.

7. La força pes 7. 1. La massa és la propietat d’un cos que informa de la quantitat de matèria que té. § Per mesurar una massa, s’utilitzen les balances. § La unitat del sistema internacional (SI) corresponent a la massa és el quilogram, el símbol del qual és kg. Índex

7. La força pes 7. 2. El pes és la força amb què un planeta atrau un cos. § La força pes està molt relacionada amb la massa d’un cos. § A la superfície del planeta Terra, la força pes equival a: P = m · g g és una constant anomenada acceleració de la gravetat terrestre el valor de la qual és 9, 8 m/s 2. § Qualsevol cos, en caure lliurement, augmentarà la seva velocitat amb l’acceleració de la gravetat. Índex

7. La força pes 7. 3. Llei de gravitació universal § Segons la llei de la gravitació universal dos cossos amb massa s’atrauen; un cos amb una massa genera una força a distància sobre qualsevol altre cos que també té massa. § La força pes és el cas particular de la llei de la gravitació universal entre la Terra i qualsevol cos a la seva superfície. § Respecte de l’Univers, és la llei més important, ja que quan ens referim a grans masses com planetes o galàxies és l’única força que hi actua. § En augmentar la massa d’un dels cossos o de tots dos, la força també augmenta; en canvi, en augmentar la distància entre els cossos, la força de la gravitació disminueix. Índex Sistema solar binari en rotació per atracció gravitatòria.

8. La força de fricció és una força per contacte i es dóna quan hi ha moviment relatiu entre dues superfícies. Vegem què passa quan hi ha fricció entre dues superfícies: Fricció entre dues superfícies. Índex El que passa microscòpicament és que les irregularitats de les superfícies aparentment planes generen una resistència al desplaçament per les petites col·lisions de les puntes de les superfícies en contacte. Això provoca una força que sempre té sentit contrari al sentit d’avanç del cos.

9. La pressió 9. 1. La pressió d’una força Quan exercim una força sobre una superfície, per exemple sobre una porta, aquesta força es pot distribuir homogèniament per tota la superfície, de manera que cada punt de la superfície esdevingui un petit punt d’aplicació. El fet de repartir la força per tota la superfície implica la divisió de la força per la superfície. Aquesta nova magnitud física és la pressió. La pressió (P) és la força dividida per la superfície on s’aplica aquesta força. Ho expressem amb la fórmula següent : P = F S A partir de la fórmula deduïm que com més força més pressió, i que com més superfície menys pressió. Índex

9. La pressió 9. 1. La pressió d’una força § La unitat de mesura de la força és el newton (N) i la de la superfície és el metre quadrat (m 2). El resultat de dividir els newtons pels metres quadrats (N/m 2) és la pressió que exerceix una força sobre una superfície i es mesura en pascals. § Un pascal (Pa) és la pressió que exerceix una força d’ 1 newton repartida uniformement damunt una superfície d’ 1 metre quadrat (N/m 2). Índex

9. La pressió 9. 1. La pressió d’una força § En comptes dels pascals, se solen utilitzar els mil·libars (mbar) o els hectopascals (h. Pa). Quant a la pressió atmosfèrica, s’utilitzen les atmosferes (atm). La premsa hidràulica transmet grans forces mitjançant la pressió. Índex

9. La pressió 9. 2. La pressió en els fluids § La pressió en els fluids (líquids i gasos) és un concepte fonamental, ja que vivim en un fluid, l’aire, i, per tant, la pressió que genera l’atmosfera, anomenada pressió atmosfèrica, condiciona tots els éssers vius de la Terra i el seu desenvolupament. § El principi de Pascal (Pascal, 1623 -1662) diu que la pressió que un líquid exerceix sobre un cos dins el líquid depèn de la profunditat del cos submergit i de la densitat del líquid. Els ocells i els avions volen a causa de la pressió de l’aire. Índex

9. La pressió 9. 3. El principi d’Arquimedes § Arquimedes (287 -212 a. C) es va adonar que la flotació depenia de la densitat i no pas del pes i va deduir que tot cos submergit experimentava una força ascendent que anomenem empenyiment. § En submergir un cos dins un líquid, el líquid puja de nivell. Aquest volum de líquid, que és idèntic al volum del cos submergit, s’anomena líquid desallotjat. § Un cos submergit parcialment o totalment en un líquid experimenta una força cap amunt el valor de la qual és el pes del líquid, que té un volum igual a la part del cos submergit. § Tot això s’explica perquè la pressió hidrostàtica sota el cos és superior a la pressió hidrostàtica sobre el cos; per tant, el cos experimenta una força ascendent. Índex

Esquema de la unitat Índex