lunes, 23 de marzo de 2015
domingo, 22 de marzo de 2015
Leyes de Newton
Dinámica de los cuerpos
La dinámica es una rama de la MECÁNICA que se
encarga de estudiar la causa que produce el movimiento, así como la masa del cuerpo que se mueve. Sabemos que los cuerpos caen debido a la fuerza que la tierra ejerce sobre ellos, ésta fuerza ejercida por la
tierra se llama FUERZA GRAVITACIONAL Fg y es la que constituye el PESO del cuerpo, por lo tanto podemos
afirmar que:
Peso
= Fuerza gravitacional (Fg)
Si se suspende un cuerpo de un resorte se observa que éste se deforma debido al PESO
del cuerpo, por lo tanto podemos decir que la causa que produce el movimiento en los dos ejemplos anteriores es
la presencia de una FUERZA y el efecto es la caída del cuerpo o la deformación del resorte. En conclusión, la causa que produce el movimiento de
un cuerpo o la deformación de un
resorte es la presencia de una FUERZA.
Veamos una explicación del vector FUERZA
Veamos una explicación del vector FUERZA
Leyes de NEWTON
Sabemos que la dinámica es la
parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen, como asimismo
los efectos que esos movimientos
pueden producir. Newton pidió que le aceptaran cinco leyes o principios. Esos cinco
principios son:
·
Principio de INERCIA.
·
Ley de la FUERZA.
·
Ley de ACCIÓN y REACCIÓN.
·
Principio o ley de la independencia
de las fuerzas.
·
Principio de GRAVITACIÓN UNIVERSAL.
Analizando cada una de las leyes de Newton, TENEMOS:
Ley de la inercia:
Todo cuerpo
permanece en estado de reposo (V = 0) o de movimiento rectilíneo con
velocidad constante mientras no actúe sobre
él una FUERZA que modifique
su estado de reposo o de movimiento. Ejemplo
Cuando
se
frena un bus en marcha, los
pasajeros se van hacia adelante, querían conservar su estado de movimiento.
Al ponerse
en marcha un
bus que estaba en reposo, los pasajeros se van
hacia atrás o hacen presión en el espaldar del asiento, debido a que
querían permanecer en estado de reposo.
INERCIA: La inercia es la oposición que
presenta un cuerpo al cambio de estado, ya sea reposo o movimiento. La ley de la INERCIA fue descubierta por LEONARDO da VINCI,
quien la mantuvo en secreto, más tarde GALILEO
llegó a la misma conclusión, y finalmente ISAAC
NEWTON le dio la forma con que hoy la conocemos.
Ley de la fuerza: La
fuerza o segunda ley es
la condición necesaria para variar el movimiento de un cuerpo, pero
ya vimos que para cambiar
o producir el movimiento de un
cuerpo es necesario la existencia de una aceleración, por lo
tanto podemos decir que la fuerza
resultante que actúa sobre
un cuerpo es igual al
producto de la masa
del cuerpo, por la
aceleración producida por dicha fuerza,
es decir:
De la fórmula anterior podemos observar que la aceleración a es directamente
proporcional a la fuerza F e inversamente proporcional a su masa.
La fuerza y la
aceleración tienen la misma dirección y el mismo sentido, por lo tanto:
MASA: Para determinar la masa de un cuerpo
es necesario medir la fuerza que se necesita para acelerar el cuerpo, por lo
tanto podemos decir que MASA es la razón existente entre la
fuerza neta que se ejerce en un objeto y su aceleración, es decir:
Existen muchas unidades de
fuerza, se obtienen aplicando la fórmula F = m a
así:
1 ) En el sistema CGS : La unidad
de fuerza es
la DINA y se define como la
fuerza que aplicada a la masa de 1 gramo, hace que
ésta se acelere 1 Cm / Seg ².
Cm
DINA = 1 Gr ---------------
Seg ²
2 ) En el sistema MKS : La unidad
de fuerza es
el NEWTON y se define como la
fuerza que aplicada
a la masa de 1 Kg, hace
que ésta se
acelere 1 m / Seg ².
m
NEWTON = 1 Kg ---------------
Seg ²
Ley de acción -
reacción: En la ley de acción-reacción hay una
relación entre dos fuerzas, ésta ley nos
dice: ¨ A
cada acción (fuerza) corresponde una
reacción ( fuerza) de
igual valor, pero de sentido contrario ¨, en otras
palabras cuando dos
cuerpos interactúan entre sí, la fuerza que cada uno ejerce sobre el
otro son de igual magnitud, pero de sentido contrario. Ejemplo
- La Fa y Fr son perpendiculares
al plano de sustentación.
- Para que se
cumpla la 3ra ley de NEWTON los
cuerpos deben de estar en contacto.
- Cuando
un cuerpo se encuentra sobre una
superficie horizontal, su PESO hace
las veces de fuerza de acción.
- La fuerza de reacción también se llama fuerza NORMAL.
-
La Fa y Fr
tienen la misma magnitud, pero sus
sentidos son contrarios.
PESO (W): El peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional (Fg) con la que la tierra lo atrae hacia su centro.
Ejemplo.
Video uno
Video dos
Video tres
Video cuatro
Las unidades del
peso son las mismas unidades de fuerza, debido a que el peso
es una fuerza y por lo tanto es una magnitud vectorial.
El peso de un cuerpo siempre está
dirigido verticalmente hacia abajo, no importa la posición del cuerpo y la superficie de sustentación.
Entre los factores
que afectan al peso (w) de un cuerpo
están la altitud y la longitud, debido a que el PESO W depende de la gravedad g.
Como conclusión
podemos decir:
- El peso es la fuerza gravitacional de un objeto.
- El peso de un objeto es proporcional a su masa.
- El peso está dirigido verticalmente hacia abajo.
Dinámica de los cuerpos: Vector fuerza Animaciones educaplus Lugares donde la gravedad no funciona ¿ Existen?
EJEMPLOS
¿Qué
fuerza horizontal constante es
necesario aplicar a un cuerpo de 20 Kg
de masa para que adquiera una
aceleración de 3m/Seg²? ¿Cuál
es su W? Si el cuerpo se mueve durante 2 segundos, ¿Qué distancia recorrerá? ¿Cuál es su velocidad a los 2 segundos?
Ley de la independencia de las fuerzas: Si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, cada una de ellas produce la misma aceleración como si actuara sola, independiente de las demás.
Por la segunda ley de Newton aplicada sobre cada fuerza tenemos qué:
F1 =
ma1 y F2
= ma2 Sumando F1 + F2 tenemos
F1 =
ma1 +
F2 =
ma2
____________________
F1 + F2
= m (a1 + a2) De donde tenemos por vectores:
F
= m a
sábado, 21 de marzo de 2015
Plano inclinado. Diagrama de cuerpo libre. Fuerza de rozamiento o fricción.
Es
importante que identifiquemos el
diagrama de cuerpo libre. Un diagrama de cuerpo libre debe mostrar todas las fuerzas externas que actúan sobre el
cuerpo. Es fundamental que el diagrama de cuerpo libre esté correcto antes de
aplicar la segunda ley de
Newton.
Plano inclinado
Cuando un cuerpo de masa m se encuentra sobre un plano
inclinado, su PESO se descompone en dos fuerzas: Una fuerza
F1 perpendicular al plano de deslizamiento, que hace las veces de fuerza de
acción (Fa) y una fuerza F paralela
al plano de deslizamiento, que trata de deslizar el cuerpo hacia abajo. Si
aplicamos los conceptos trigonométricos tenemos:
F
Sabemos que:
Sen ß = --------------- de donde F
= W . Sen ß
W
F1
Sabemos que:
Cos ß = -------------- de donde
F 1
= W . Cos ß
W
Observe que cuando un cuerpo se encuentra sobre un
plano inclinado, su peso no hace
las veces de fuerza de acción (Fa).
Fuerza de fricción o rozamiento
Cuando dos cuerpos sólidos están en contacto, existe una
interacción entre las dos superficies
que llamaremos ROZAMIENTO o FRICCIÓN
La FUERZA de
FRICCIÓN (Ff) actúa en sentido contrario al movimiento del cuerpo, es la fuerza que se opone al movimiento de dicho cuerpo, siempre y cuando éste se encuentre en
contacto con una superficie. Ejemplo
En conclusión podemos decir de la fuerza
de FRICCIÓN o ROZAMIENTO lo siguiente:
- La Ff es contraria a
la fuerza de desplazamiento.
- La Ff es paralela al
plano de deslizamiento.
- El ROZAMIENTO existe entre dos cuerpos, si hay un contacto entre ellos.
Experimentalmente se ha comprobado que la fuerza de
rozamiento se puede calcular usando la siguiente fórmula:
La fricción puede ser por:
- DESLIZAMIENTO
- RODADURA
- ROZAMIENTO
Veamos algunos videos de la fuerza de fricción y la fuerza normal
Video uno
Video dos
Video tres
EJEMPLOS
1) ¿Qué fuerza
horizontal constante es necesario aplicar a un cuerpo de 20 Kg de
masa para
que adquiera
una aceleración de 3 m
/ Seg ² sí el coeficiente de rozamiento Uk = 0,2?
2) Un
bloque de 20 Kg de masa está sobre
un plano inclinado de 30º con la horizontal. ¿Con qué aceleración descenderá el
bloque, sí el Uk = 0,02?
Animaciones físicas.... Ejercicio de bloques y cuerdas Ejercicio de plano inclinado y poleas Animación: Rozamiento Resumen de la fricción Problema de rozamiento Problema II Ejercicio III Autoevaluación dinámica
Suscribirse a:
Entradas (Atom)