Dinamica

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DINÁMICA Leyes de Newton Analizando las causas del movimiento

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DINÁMICALeyes de Newton

Analizando las causas del movimiento

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Pre vuelo:

Fuerza es ……

a) La presión que se aplica a los cuerpos para moverlos

b) la energía que se necesita para mover los objetos

c) La aceleración necesaria para mover una masac) La aceleración necesaria para mover una masa

d) Cualquier influencia tendiente a acelerar a los cuerpos

e) El cambio en la cantidad de movimiento

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FUERZA Energía-

Trabajo

24%

Vector

4%

No sabe No

responde

24%

¿ Que es fuerza ?

Respuesta-

Movimiento-

Cambio

9%

Aceleración-

Cambio en P-

SegundaLeyNe

wton

20%

Inercia

3%

Otras

16%

Datos generales:Número de encuestados: 167, de los cuales 40 estudiantes universitarios

no lo sabían. Ing. José Saquinaula

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¿Qué es fuerza?Es uno de los conceptos fundamentales de la física.

Podemos decir que fuerza es:

CUALQUIER INFLUENCIA LA CUAL TIENDE A CAMBIAR ELESTADO DE MOVIMIENTO DE UN CUERPO.

Una definición alterna sería:Cualquier influencia tendiente a acelerar un objeto;

Es el resultado de la interacción de un cuerpo con otro.

Cada vez que existe una interacción entre dos objetos, hay

una fuerza actuando sobre cada uno de ellos. Cuando la

interacción cesa, los objetos dejan de experimentar fuerza.

El significado de fuerza….

Cualquier influencia tendiente a acelerar un objeto;

efecto de tirar o empujar; se mide en newtons [N].

Ing. José Saquinaula

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Fuerzas fundamentales en la naturalezaActualmente se han identificado cuatro fuerzas en el Universo.

De menor a mayor intensidad son las siguientes:

Fuerza gravitacional la fuerza gravitatoria es la

más débil de las fuerzas fundamentales; es

transmitida por el gravitón (partícula cuya

existencia todavía no ha sido confirmada

experimentalmente). Siempre es de atracción yexperimentalmente). Siempre es de atracción y

cuya interacción es debido a las masas.Partícula de intercambio; gravitónRige el movimiento de los planetas

Fuerza nuclear débil la fuerza nuclear débil,

responsable de las desintegraciones

radiactivas y de algunas reacciones nucleares

que tienen lugar en el interior de las estrellas.Partícula de intercambio; W± y Zo

Provoca desintegración radiactivaIng. José Saquinaula

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Fuerza electromagnética

La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos

eléctricamente cargados, y es la fuerza

involucrada en la unión y transformaciones físicas

y químicas de átomos y moléculas.

Fuerza nuclear fuerte la fuerza o interacción

nuclear fuerte es la que mantiene unidos los

componentes de los núcleos atómicos, y actúa

Partícula de intercambio; fotónMantiene unido al átomo

componentes de los núcleos atómicos, y actúa

indistintamente entre dos nucleones cualesquiera,

protones o neutrones Partícula de intercambio; gluónMantiene unido al núcleo del átomo

Las cuatro fuerzas fundamentales (gravitatoria, nuclear débil,

electromagnética y nuclear fuerte) mantienen unidas las partículas y

las hacen interaccionar, dando forma a la materia y al Universo.

Cada una de ellas es transmitida por unas partículas muy especiales

llamadas bosones. Ing. José Saquinaula

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Pre vuelo:

En cual de las dos situaciones existe fuerza entre el

yunque y el coyote

a) Solo en la figura de la izquierda

b) Solo en la figura de la derecha

c) En ambas figuras

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Fuerza de contactoSon tipos de fuerzas en las que los cuerpos que interactúan están

físicamente en contacto. Ejemplos de fuerza de contacto incluyen

la fuerza de fricción, fuerza de tensión, fuerza normal, fuerza de

resistencia del aire y fuerzas aplicadas.

Por simplicidad, todas las fuerzas (interacciones) entre objetos

pueden ser colocadas en dos categorías:

fuerzas de contacto, y fuerza de interacción a distancia.

Un niño empujando un bloque Persona recibiendo un golpe

Cuidado► Si el niño de la figura no moviera el bloque de todas formas

existe fuerza. Si suponemos que a la persona no le duele el golpe existe

igual fuerza. Ing. José Saquinaula

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Fuerzas de acción a distanciaSon 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. Ejemplos de estas fuerzas

son: la fuerza gravitacional, fuerza eléctrica y fuerza magnética.

La Tierra atrae una roca hacia el suelo Fuerza eléctrica entre dos partículas

con carga eléctrica

Incluso Newton y científicos de la época se les complicaba entender la

influencia de un cuerpo sobre otro sin contacto físico.

Para explicar el fenómeno incluyeron el concepto de campo de fuerza.

Ing. José Saquinaula

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Fuerza NormalEs una fuerza que se genera cuando dos cuerpos están en contacto.

Tiene una dirección perpendicular a las superficies en contacto.

NN

N

Tipos de fuerzaA continuación analizaremos las fuerzas comunes que se

analizan en todos los problemas de mecánica clásica.

N N

Cuidado ► Cuidado pensar que solamente

el cuerpo de abajo es el que le aplica la fuerza

Normal al cuerpo de arriba. N

Ing. José Saquinaula

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Fuerza de TensiónLa cuerda es un elemento flexible que sirve para transmitir la acción

de una fuerza aplicada. En condiciones ideales en los ejercicios

diremos que la masa es muy pequeña que no afecta a los resultados y

que no se estira.

T T

Tipos de fuerza

T

Cuidado ► las cuerdas siempre transmiten

fuerzas de tensión sobre el cuerpo al que

están unidas. Se dibujan saliendo

del cuerpo que se analiza.

La fuerza que aplica el niño se transmite totalmente a la pared

T1 T2

Ing. José Saquinaula

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Fuerza gravitacional (peso)Es la fuerza con que la Tierra (planeta) atrae a todos los cuerpos.

Está dirigida hacia el centro de la Tierra.

w

Tipos de fuerza

w

ww

Cuidado ► el peso no tiene nada que ver

con las superficies en contacto. Incluso

actúa si el cuerpo está en el aire.

w wIng. José Saquinaulaw

w mg=

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Fuerza de fricciónEs una fuerza que se genera cuando dos cuerpos están en contacto y

un cuerpo se mueve o tiende a moverse con respecto al otro.

Tipos de fuerza

El rozamiento se debe a las irregularidades microscópicas de las

superficies. Cuando dos superficies están en contacto, sus

irregularidades tienden a encajarse, lo que impide que ambas

superficies se deslicen suavemente una sobre otra.Ing. José Saquinaula

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Las fuerzas Normal y de Fricción surgen de las interacciones entre

las moléculas en los puntos altos de las superficies del bloque y el

piso. Para mover un cuerpo sobre una superficie debemos aplicar la

fuerza necesaria para romper los picos (irregularidades del suelo).

Fuerza de fricción

Si empujas la caja hacia la derecha, la fricción actúa hacia la izquierda.

El saco cae hacia abajo y la fricción del aire actúa hacia arriba.

La dirección de la fuerza de fricción es siempre opuesta al movimiento

con respecto a la superficie. Ing. José Saquinaula

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Fuerza de fricción

Bloque descansando en una superficie horizontal.

La Normal y el Peso no tienden a moverlo.

Por lo que la fricción no actúa, es cero.

F =10 N

Al aplicarle la fuerza F observamos que el bloque no se mueve.

¿Cuánto vale y como esta dibujada la fricción?

Actúa la fuerza de fricción estática porque elF =10 N Actúa la fuerza de fricción estática porque el

bloque no se mueve respecto al piso y tiene

un valor de 10N (equilibrio de fuerzas).fs

Ing. José Saquinaula

F =20 N

fs

Actúa la fuerza de fricción estática

(sigue en reposo) y tiene un valor de 20N

(equilibrio de fuerzas).

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Fuerza de fricciónSi una fuerza intenta mover un cuerpo sobre una superficie y no lo logra es porque debe estar actuando la fuerza de fricción estática. Esta fuerza es variable aumenta a medida que aplicamos mayor fuerza.

F Le aplicamos una fuerza F tal que el bloque

Ing. José Saquinaula

F Le aplicamos una fuerza F tal que el bloque

está a punto de moverse

¿Actúa la fuerza de rozamiento estática?

fsmaxCuidado ► La fuerza estática máxima solo actúa cuando

el cuerpo esta a punto de moverse. Se relaciona con la

fuerza normal mediante la siguiente ecuación escalar:

maxs sf Nµ=

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Diagrama de Cuerpo LibreDLC

• Considerar a los cuerpos como partículas

analizando cada uno por separado.

• Colocar un sistema de coordenadas

cartesiano en cuyo origen se situé la partícula

• Pregúntese que interactúa con el cuerpo

tocándolo o de alguna otra forma y dibuje un

vector que representa cada fuerza.

Ing. José Saquinaula

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¿ Podrías graficar las fuerzas que actúan en los jugadores de baloncesto

en ese momento ?

Ing. José Saquinaula

Page 20: Dinamica

¿Podrías graficar las fuerzas que actúan en la velocista en el

momento de su partida?

Ing. José Saquinaula

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PRIMERA LEY DE NEWTON(LEY DE LA INERCIA)

El niño va hacia atrás porque su cuerpo El camión no se detiene porque quiere

Un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo y un objeto enmovimiento tiende a permanecer en movimiento con la misma rapidezy en la misma dirección (velocidad constante) a no ser que sobre el

actué una fuerza no balanceada

La resistencia que sentimos cuando tratamos de cambiar el estado de

movimiento o de reposo de un objeto se llama INERCIA.

El niño va hacia atrás porque su cuerpoquiere seguir en reposo.

El camión no se detiene porque quiereseguir en movimiento.

Ing. José Saquinaula

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La masa es una medida de la inercia de los cuerpos.

¿Cual de los bloques tiene más inercia?

1 kg

reposo Velocidad constante acelerado

1 kg 1 kg

.a) El bloque A

b) El bloque B

La inercia solo depende de la masa. No te olvides el que tiene

más masa tiene más inercia, tiene más pereza

b) El bloque B

c) El bloque C

d) Todos tienen la misma inercia

Ing. José Saquinaula

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Si nosotros sumamos todas las fuerzas (vectorialmente) y vemos que

todas ellas se cancelan el cuerpo está en equilibrio

PRIMERA LEY DE NEWTON

0NETAF F= =∑

Ing. José Saquinaula

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Determine la fuerza neta en cada bloque

Y además ¿Cuántos bloques están en equilibrio?

Ing. José Saquinaula

Page 26: Dinamica

Pre concepto

Una fuerza neta diferente de cero actuando sobre un cuerpo,

¿qué efecto tendrá?

a) La rapidez del cuerpo permanece constante pero la dirección

en la cual se mueve el cuerpo cambiará

b) La velocidad del cuerpo cambiará

c) La velocidad del cuerpo permanecerá constantec) La velocidad del cuerpo permanecerá constante

d) la dirección de la velocidad permanece constante pero la rapidez

cambia.

Ing. José Saquinaula

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SEGUNDA LEY DE NEWTONLey de la aceleración

Ing. José Saquinaula

Page 28: Dinamica

Compruebe lo aprendido

A un bloque se le aplican dos fuerzas,

como se indica en la figura.

Cual de las siguientes opciones indica la

dirección de la aceleración.

F1

F2

a

A a B

a

C

a

D

Ing. José Saquinaula

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TERCERA LEY DE NEWTONLey de acción - reacción

el empuja la pared, la paredlo empuja a el

El martillo golpea al clavo,el clavo golpea al martillo

el empuja al camino, el camino empuja al neumático

el cohete empuja a los gases, losgases empujan al cohete.

La Tierra tira de la pelota, lapelota tira de la tierra.

Ing. José Saquinaula

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Cuando un objeto ejerce fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerceSobre el primero una fuerza de igual magnitud y en dirección contraria.

TERCERA LEY DE NEWTON

No olvidar…..

� Siempre hay dos fuerzas por cada interacción.

� Jamás se cancelan porque actúan en cuerpos diferentes.

� Si a una de ellas la llama acción la otra será reacción.

� Actúan al mismo tiempo

Recuerda: La tercera ley de Newton se cumple incluso si los

cuerpos están separados.

Ing. José Saquinaula

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Compruebe lo aprendido

Una manzana tira sin moverse (sus pies fijos al piso) de una naranja,

haciendo que la naranja se acelere.

Estoy quietoEstoy

moviéndome

¿Cuál opción es correcta?

a) La naranja aplica mayor fuerza a la manzana

b) La manzana aplica mayor fuerza a la naranja porque tiene que

jalar también al carrito

c) La naranja aplica menor fuerza a la manzana ya que se está

dejando llevar.

d) Entre la manzana y la naranja sed aplica la misma fuerza.

Ing. José Saquinaula

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Compruebe lo aprendido

Una pistola retrocede cuando es disparada. El retroceso es el

resultado de un par de fuerzas acción-reacción. A medida que los

gases se expanden, producto de la explosión de la pólvora, la pistola

empuja la bala hacia adelante y la bala empuja la pistola hacia atrás.

La aceleración de la pistola es…..

a) Mayor que la aceleración de la bala

Ing. José Saquinaula

a) Mayor que la aceleración de la bala

b) Menor que la aceleración de la bala

c) De la misma magnitud que la aceleración de la bala.

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Poroblema 1

FDetermine el valor de la fuerza que

se necesita aplicar al bloque de madera

de 3 kg para desplazarlo un ángulo de

30° con la vertical. (g = 10 m/s²)

θ

Ing. José Saquinaula

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Poroblema 2

Fv

Un objeto de 1 kg se mueve hacia arriba

a 6 m/s como se indica en la figura debido

A la fuerza F. ¿Cuánto vale F? (g = 9.8 m/s²)

Ing. José Saquinaula

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Problema 4

B

A

F

La masa del cuerpo A es de 8 kg y la del bloque es de 16 kg.

Existe fricción entre los bloques y entre B y el piso (µk = 0.2) Existe fricción entre los bloques y entre B y el piso (µk = 0.2)

Encontrar la fuerza necesaria para mantener el bloque B moviendo

a la derecha a velocidad constante.

Ing. José Saquinaula

Page 36: Dinamica

Problema 5

m1 m2

En la figura las masas de los cuerpos tienen los

valores m1 = 2.10 kg y m2 = 2.0kg. La cuerda y

la polea tiene masa despreciable. Si los dos cuerpos

están al inicio en reposo y al mismo nivel.

¿ cuanto tiempo habrá transcurrido cuando la

Separación vertical entre ellos sea 1.5 m?

Ing. José Saquinaula

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30°

m1m2

Problema 6

En un laboratorio para determinar el

coeficiente cinético entre el material del

bloque m1 = 1.2 kg y el plano inclinado,

se deja mover el sistema a partir del reposo

y se observa que el bloque de masa

m2 = 1.2 kg desciende 20 cm en 2 segundos

¿Cuál es el valor del coeficiente de fricción?

Ing. José Saquinaula

¿Cuál es el valor del coeficiente de fricción?

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Problema 7

Un carro cuya masa es de 1200 kg gira en una esquina que tiene un

radio de curvatura R = 55 m. El coeficiente de rozamiento estático

entre los neumáticos y el pavimento es de µk = 0.75 ¿ cual es la

máxima rapidez que tiene el carro sin que deslice en la curva?

Problema 8Problema 8

Un niño hace girar en un plano vertical una piedra de 75 gramos,

atada a una cuerda de 50 cm de longitud y masa despreciable, de

modo que la piedra da 120 vueltas por minuto. La tensión de la

cuerda cuando la piedra pase por el punto más alto es..