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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
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
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
¿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
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
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
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
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
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
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
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
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=
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
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
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).
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=
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
¿ Podrías graficar las fuerzas que actúan en los jugadores de baloncesto
en ese momento ?
Ing. José Saquinaula
¿Podrías graficar las fuerzas que actúan en la velocista en el
momento de su partida?
Ing. José Saquinaula
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
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
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
Determine la fuerza neta en cada bloque
Y además ¿Cuántos bloques están en equilibrio?
Ing. José Saquinaula
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
SEGUNDA LEY DE NEWTONLey de la aceleración
Ing. José Saquinaula
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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?
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..
