TEMA 4LAS FUERZAS Y SUS EFECTOS

Vídeo de introducción

1.- LA FUERZA• 1.1. DEFINICIÓN: Todo aquello capaz de deformar un cuerpo

o de modificar su estado de reposo o de movimiento. Es necesario que haya dos cuerpos que interaccionen.– Efectos de las fuerzas más efectos de las fuerzas

Puesta en movimiento

frenazo

deformación

• 1.2. REPRESENTACIÓN• La fuerza como un vector

1.4 UNIDADES DE FUERZA: Unidades En el S.I. la unidad de fuerza es el Newton (N)

• 1.3. TIPOS DE FUERZAS• Clasificación de las fuerzas

– Las fuerzas según desde donde actúenFuerzas por contacto - Fuerzas a distancia

– Las fuerzas según el tiempo que actúen• - Fuerzas instantáneas - Fuerzas constantes

2.- EL PESO• Peso y masa. Actividades• 2.1. DEFINICIÓN:El peso de un cuerpo es la fuerza de atracción que

ejerce sobre él la gravedad (Propiedad que tiene la Tierra y otros astros, de atraer a los cuerpos que están situados sobre su superficie o a una determinada altura)Newton,Más Newton

La gravedad provoca en los cuerpos que caen libremente una aceleración llamada aceleración gravitatoria(g). En la Tierra g= 9,8 m/s2 (esa aceleración es mayor cuanto mayor es la gravedad)

Érase una vez...Newton• 2.2. EXPRESIÓN MATEMÁTICA DEL PESO:

– En función de la masa P= m.g (Peso = masa x aceleración de la gravedad)– En función del volumen P= V.d.g (Peso = volumen x densidad x aceleración

gravitatoria)

• 2.3. DIFERENCIAS CON LA MASA– La masa de un cuerpo es invariable (depende e la cantidad de

materia).Sin embargo el peso depende de la Gravedad (es decir de donde esté) El peso en los distintos planetas

– Los aparatos de medida son distintosla masa se mide con la Balanza- El peso se mide con el Dinamómetro (se basa en la deformación que experimenta un muelle)

- Las unidades de medida: La masa se mide en Kg y el Peso en N

• 2.4. UNIDADESNewton (N)

Kilopeso= Kilopondio Kp, es el peso que tiene en la Tierra un cuerpo de 1 Kg 1 cuerpo de masa 1 Kg P= m.g; P= 1Kg. 9.8m/s2= 9.8N= 1 Kp

3.- EL EMPUJE• 3.1. DEFINICIÓN: Fuerza que se opone al peso y que se• manifiesta al sumergir un cuerpo en un fluido (líquido o gas).

– Si es un líquido, empuje hidrostático– Si es un gas, empuje aerostático

Al empuje se le conoce como “PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES”: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja

vídeo eureka Arquímedes y la corona ¿Por qué flotan los barcos? 3.2 EXPRESIÓN MATEMÁTICA

E= peso del fluido desalojadoE= ml.g= Vl.dl.g ( ml masa del líquido, Vl volumen del líquido,dl densidad del líquido)

3.3. UNIDADESEl Empuje es una fuerza Newton (recuerda 1N= 1 kg.1m/s2)

DENSIDAD Kg/dm3 Kg/l Kg/m3

VOLUMEN dm3 l m3

ACELERACIÓNGRAVITATORIA

m/s2 m/s2 m/s2

EMPUJE N N N

3.5. CONSECUENCIAS. FLOTACIÓN- Si el Peso de un cuerpo es < que el Empuje El cuerpo flota (esto ocurre porque la densidad del cuerpo es menor que la del líquido)- Si el Peso del cuerpo es = al Empuje El cuerpo se hunde parcialmente queda en equilibrio, “entre dos aguas”- Si el Peso del cuerpo es > que el Empuje El cuerpo se hunde (esto ocurre cuando la densidad del cuerpo es > que la del líquido)

• 3.6 APLICACIONES:

Video peso-empuje

- Los barcos flotan gracias a que tienen grandes espacios llenos de aire. Así se Consigue poco peso comparado con el empuje. ¿Por qué flotan los barcos?

-Los submarinos se sumergen o emergen según que se llenen de agua o se vacien unos enormes tanques que poseen, consiguiendo así que su peso sea mayor o menor que el empuje respectivamente Flotabilidad de los submarinos

Fotos vejiga natatoria

-Icebergs: Grandes bloques de hielo- parcialmente hundidos en aguas- muy frias fotos de icebergs

Biografía de arquímedes• Generalmente, las biografías de Arquímedes presentan sus aportes científicos y poco nos dicen sobre cómo fue su vida. Arquímedes

nace en Siracusa en el año 287 a.C. En la actualidad se trata de una ciudad italiana, situada en la costa sudeste de la isla de Sicilia, pero en la antigüedad fue una colonia griega, por este motivo se lo considera a Arquímedes un físico y matemático griego y no italiano. Su padre, Phidias, era astrónomo, por lo que se piensa que él fue el responsable de introducir a Arquímedes en el mundo de las matemáticas desde muy pequeño. A su formación vale agregar sus estudios en Alejandría (Centro cultural de la antigua Grecia), donde tuvo como maestro a Conón de Samos y conoció a Eratóstenes.Cuando Arquímedes regresa a Siracusa se dedica por completo a la investigación científica. Muchas veces dejaba de lado cuestiones básicas para la vida como lo es comer y dormir, porque se abstraía profundamente en sus cavilaciones científicas. En torno a la vida de Arquímedes existen anécdotas que encierran al mismo tiempo cierta cuota de humor y una muestra clara de su afán de conocimiento. Es muy conocida la anécdota que relata su reacción luego de descubrir el método que le permitía comprobar si existía un fraude o no en la confección de una corona de oro encargada por Hierón II, tirano de Siracusa y protector suyo .Arquímedes se encontraba en un establecimiento de baños cuando advirtió que el agua se desbordaba de la bañera a medida que se iba introduciendo en ella. Esta observación le permitió resolver la cuestión que le planteó el tirano. Se cuenta que, impulsado por el júbilo, corrió desnudo por las calles de Siracusa hacia su casa gritando “¡Eureka! ¡Eureka!”. Justamente, en física se lo conoce por las aportaciones que hizo sobre el equilibrio de los cuerpos y, sobre todo, por el descubrimiento de la ley de la hidrostática, el llamado principio de Arquímedes. Éste establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una pérdida de peso igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Por otro lado, la investigación de Arquímedes en el ámbito de las matemáticas se centró sobre todo en la geometría y la aritmética (lo que en actualidad se denomina cálculo integral). Estudió también, áreas y volúmenes de figuras sólidas curvadas y áreas de figuras planas. Entre sus inventos se citan la rueda dentada, el “tornillo sin fin”, aunque también experimentó la palanca e inventó la polea compuesta. Éstos luego se convirtieron en instrumentación militar y civil. Arquímedes pasó la mayor parte de su vida en Siracusa y se suele decir que ayudó a su ciudad durante la invasión de los romanos, suministrándoles a las autoridades muchos de sus instrumentos mecánicos. Arquímedes murió en el año 212 a.C. durante la Segunda Guerra Púnica, cuando las fuerzas romanas del General Marco Claudio Marcelo capturaron la ciudad de Siracusa después de un asedio de dos años de duración Se han divulgado varios relatos en torno a los últimos momentos de Arquímedes. Es más, existe uno muy conocido que señala que el físico y matemático se encontraba contemplando un diagrama matemático cuando la ciudad fue tomada. Un soldado romano le ordenó se encontrara con el General, pero Arquímedes hizo caso omiso a esto, diciendo que tenía que terminar antes con el problema. Por otro lado, Plutarco brinda un relato menos conocido de la muerte de Arquímedes, el cual sugiere que él podría haber sido muerto intentando rendirse ante un soldado romano. En dicha instancia, Arquímedes llevaba instrumentos matemáticos, y fue asesinado porque el soldado pensó que eran objetos valiosos. Arquímedes ha sido creador de numerosas obras de variada temática, basándose en demostraciones geométricas. Entre ellas, las citadas: El arenario, La medida del círculo, De la esfera y el cilindro, De la cuadratura, De la Parábola, De los esferoides y conoides, De las espirales, entre otras. La tumba de Arquímedes tiene una escultura que ilustra su descubrimiento matemático favorito, que consistía en una esfera y un cilindro de la misma altura y diámetro. Arquímedes había probado que el volumen y el área de la esfera son dos tercios de los del cilindro, incluyendo sus bases

4.- LAS FUERZAS Y EL MOVIMIENTO-4.1.PRIMERA LEY DE NEWTON O “LEY DE LA INERCIA”: Un cuerpo en movimiento sobre el que no actúan fuerzas, se mueve con movimiento rectilíneo uniforme (Si no existiera el rozamiento Movimiento continuo

1ª Ley de Newton. Vídeo

-4.2. SEGUNDA LEY DE NEWTON O “LEY FUNDAMENTL DE LA DINÁMICA” 4.2.1.Enunciado: Una fuerza constante aplicada sobre un cuerpo le imprime una aceleración constante que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa 4.2.2. Expresión matemática: F = m.a F: Fuerza; m: masa; a: aceleración Vídeo segunda ley de Newton

Leyes de Newton: Teoría y ejercicios (en “reposo/ejercicios)

5.- DEFORMACIONES5.1. CUERPOS DEFORMABLES:Cuerpos que se deforman (cambian de forma) por la acción de una fuerza. Esto ocurre porque se modifica la distancia entre

las partículas que lo constituyen. 5.1.1. Cuerpos Plásticos: Se deforman y no recuperan su

forma primitiva cuando cesa la fuerza. Por ejemplo: Plastilina, miga de pan

5.2. CUERPOS NO DEFORMABLES O RÍGIDOS: Aquellos que no deforman se cuando actúa una fuerza sobre ellos y si la fuerza es muy grande, pueden romperse. Por ejemplo el cristal, la piedra

Tipos de cuerpos según su respuesta a las fuerzas Cuerpos deformables y rígidos

5.1.2. Cuerpos Elásticos: Se deforman, pero cuando cesa la fuerza que los ha deformado, recuperan su forma. Por ejemplo: Muelles, gomas elásticas

6.- LAS FUERZAS Y EL EQUILIBRIO• Un cuerpo está en equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas que

actúan sobre él, es nula.

7.- FUERZA-TRABAJO Y ENERGÍA• 7.1 FUERZA Y TRABAJO: Se realiza un trabajo cuando un cuerpo se desplaza

debido a la acción de una fuerza que actúa, en su totalidad o en parte, en la misma dirección del movimiento– Expresión matemática del trabajo W = Fd. D (W: trabajo, Fd: fuerza en la misma dirección del movimiento, d: distancia recorrida bajo la

acción de la fuerza)

- Si no hay fuerza no hay trabajo - Si no hay desplazamiento no hay trabajo

- Unidades de trabajo: En el S.I. El trabajo se mide en Julios (J) 1J = 1 N. 1 m

•TRABAJO Y ENERGÍA: - Energía: Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo ( o transferir calor)

La Energía también se mide en Julios- Energía Mecánica: Es la energía que poseen los cuerpos por el hecho de moverse a

una determinada velocidad o de estar desplazados de su posición de equilibrio

- Energía Cinética: Energía que poseen los cuerpos en movimiento. Depende de la masa de los cuerpos y de la velocidad a la que se desplacen

Expresión matemática Energía cinética Vídeo

- Energía Potencial: Energía que posen los cuerpos por encontrarse desplazados de su posición de equilibrio o esta a cierta altura del suelo.

(Cuando un cuerpo elástico se deforma, también acumula energía potencial, a la que se llama “Energía potencial elástica”)

Expresión matemáticaVídeo energía potencial

E c 1

2m.v 2

E p Ph

(EC: Energía cinética. m: masa; v: velocidad)

Ep: Energía potencia; P: peso; h: altura

8.- MÁQUINAS SIMPLES• 8.1 DEFINICIÓN: Son dispositivos que no disminuyen el trabajo, pero modifican las

fuerzas para facilitarlo• 8.2 PALANCAS Vídeo palancas Ejercicios

– 8.2.1. Descripción: Consiste en una barra rígida que se apoya en un punto denominado punto de apoyo. En uno de sus extremos se coloca el cuerpo que se quiere mover: resistencia y en el otro se aplica la fuerza

- 8.2.2. Tipos

Palancas y poleas

DE PRIMER GRADOEl pto. de apoyo está entre la resistencia y la fuerza

DE SEGUNDO GRADOLa resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza

DE TERCER GRADOLa fuerza se aplica entre la resistencia y el punto de apoyo

•8.3 POLEAS

– DESCRIPCIÓN: Este dispositivo consta de una rueda que gira alrededor de un eje fijo que pasa por su centro

– Una polea, es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, roldana o disco, generalmente maciza y acanalada en su borde, que con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.

– Vídeo polea