FÍSICA

LAS FUERZAS (Explicación de los cambios en la naturaleza)

• Comprender qué es una fuerza y los cambios que provoca en la Naturaleza.

OBJETIVO

ATENCIÓN• La definición de Fuerza• Los diferentes conceptos ligados a ella que se presentan• Los ejemplos de problemas que se tratan

Causa capaz de modificar el estado de inercia (reposo o movimiento) de los cuerpos o producirle una deformación. La fuerza no es característica de un cuerpo, es el resultado de una interacción (acción entre dos objetos) no existe en un objeto solo. Es una magnitud vectorial y su unidad es el Newton (N) en el S.I.

FUERZA

Se representa por medio de una flecha dibujada a escala y tiene las siguientes características:• Módulo o magnitud: Es el valor escalar (números y unidades del vector)• Dirección: Es la línea sobre la cual actúa• Sentido: Es el punto hacia el que se dirige(se representa por la punta de la flecha)• Punto de aplicación: Es el punto sobre el cual actúa (de él sale o ahí llega)

También se representa por F que es un vector con magnitud F y sentido

FUERZA

O E

P

60N

Cuando varias fuerzas actúan sobre un cuerpo, la fuerza suma de todas se llama Resultante.

Resultante R su magnitud es R.

Cuando las fuerzas son colineales (tienen la misma línea de acción) éstas se suman o restan de acuerdo al sentido que tengan

FUERZA

30N 40N 50N

FR = 40N + 50N – 30N = 60N hacia el E

Cuando las fuerzas son concurrentes (salen o llegan a un punto) se utiliza un método llamado del paralelogramo, pues se dibuja una figura con lados paralelos (Cuadrado, rectángulo, rombo)Ejemplo: Sumar las siguientes fuerzas:

F1=60N 20° y F2=40N 100°

1. Consideremos una escala y la relacionamos con las fuerzas: Escala 1cm=10N; F1=6cm y F2=4cm

2. Dibujamos los vectores desde el mismo punto

FUERZA

3. Trazamos paralelas a cada una de las fuerzas

4. Unimos el punto inicial con el cruce de las paralelas

5. Medimos la longitud y lo relacionamos con la escala:

FR= 7.7cm = 77N

6. Para saber el sentido medimos el ángulo con un transportador y nos da que la Fuerza resultante es:

FR= 77N 50°

FUERZA

20°

100°

50°

Cinemática: Estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan

Dinámica: Estudia el movimiento considerando las causas que lo originan

LEYES DE NEWTON

fFA

Fg

N

N= Fuerza NormalFg= Fuerza de gravedadF= Fuerza de FricciónFA= Fuerza aplicada

La fuerza de fricción es la fuerza que se opone a que una superficie se deslice sobre otra, puede ser:

Estática: Fuerza que hay que vencer para que un cuerpo en reposo se mueva

Cinética: Fuerza que hay que vencer para que un cuerpo en movimiento se siga moviendo

La fricción depende de la naturaleza de las superficies: Más rugosa, más fricción, más lisa, menos fricción. Para facilitar el movimiento, disminuimos la fricción, pero ésta sirve para: caminar, que las llantas de los autos giren, etc. Lo cual sería imposible en un mundo sin fricción

1ª. Ley de Newton. Todo cuerpo tiende a mantenerse en reposo o Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) a menos que una fuerza modifique ese estado.

Si un caballo se detiene, el jinete sale despedido pues sigue en movimiento, por eso debemos usar el cinturón de seguridad en un auto. Para que un cuerpo esté en reposo o MRU, la suma de fuerzas que actúan sobre él debe ser cero.

LEYES DE NEWTON

2ª. Ley de Newton. La fuerza aplicada a un cuerpo le produce una aceleración directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

LEYES DE NEWTON

mF

a de donde: F=maF= Fuerza (N)m=masa (Kg)a=aceleración (m/s2)

En el sistema internacional (SI), la Fuerza se expresa en Newtons (N) pero si medimos la masa en gramos y la aceleración en cm2 entonces la medimos en dinas

Calcular la aceleración que se produce sobre un cuerpo de 200 kg. al que se le aplica una fuerza de 800 N.

Tenemos que a=?, F=800N y m=200kg

Aplicaremos la fórmula:

EJERCICIO

mF

a

Al sustituir valores obtendremos: a=800/200

Por lo que el resultado es: a= 4 m/s2

3ª. Ley de Newton. A toda acción (causa) corresponde una reacción (efecto) de la misma magnitud, pero de sentido contrario. En esta ley podemos observar:• Las fuerzas se presentan en pares (acción, reacción)• Están dirigidas en sentidos contrarios• Actúan sobre distintos cuerpos• Son instantáneas

Cuando caminamos y existe fricción, empujamos el piso hacia atrás y éste como reacción nos empuja hacia adelante.

LEYES DE NEWTON

Estas leyes nos permiten explicar las causas del movimiento

Expresada por Newton, dice que: “La fuerza de atracción entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.

LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL

2

21

amm

GF F= Fuerza gravitacional (N)G= Constante de gravitación universal = 6.67 X 10-11 (Nm2/kg2)m1, m2= masa de los objetos (kg)d= distancia entre los objetos (m)

Debido a que el valor de G es muy pequeño, el efecto de esta fuerza solamente es notorio si las masas son muy grandes, pero su efecto se puede notar en la atracción que la tierra ejerce sobre cuerpos pequeños, a la cual llamamos Peso.

w=mg donde: w= Peso (N), m= masa (kg) y g= aceleración de la gravedad = 9.8 m/s2

Juan y Luisa tienen masas de 75 kg y 45 kg; si están separados 2m. ¿Cuál es la fuerza gravitacional entre ellos?Tenemos que F=?, m1=75kg, m2=45kg y G= 6.67 X 10-11 Nm2/kg2

Aplicaremos la fórmula:

EJERCICIO

Al sustituir valores obtendremos: F= (6.67 X 10-11) (75X45)/22

Por lo que el resultado es: F= 5627.8 X 10-11 N

2

21

amm

GF

Energía: Capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. Los cuerpos pueden poseer energía por su movimiento y por su posición.Energía Potencial: Energía que tiene un cuerpo debido a su posición. Oposición a la fuerza de atracción gravitacional

Ep=mgh, donde Ep=Energía Potencial (Joule), m=masa del cuerpo (kg), g=aceleración de la gravedad=9.8 m/s2, a=altura a la que está el cuerpo (m)

Energía Cinética: Energía que tiene un cuerpo debido a su movimiento.

Ec= mv2/2, donde Ec=Energía Cinética, m= masa (kg) y v= velocidad con que se mueve el cuerpo

Energía Mecánica: Suma de la Ep y la Ec de un cuerpo

Em=Ep+Ec

ENERGÍA Y SUS TRANSFORMACIONES

“La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”

Emi=Emf

Epi+Eci=Epf+Ecf

Este principio es válido solamente si se considera que no hay ningún tipo de fuerza que la disipe.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Un clavadista de 80 kg se lanza desde una altura de 10 m de altura.

Calcula:

a) Las energías cinética y potencial que tiene antes de lanzarse

b) Las energías cinética y potencial al chocar con el agua

c) La velocidad al llegar al agua

a)

Tenemos que Ep=mgh y Ec= mv2/2 por lo que, al sustituir valores en las fórmulas obtenemos:

Ep=80X9.8X10 por lo que la Ep=7840 J y Ec=80X02/2 por lo que Ec=0 J

EJERCICIO

b)

La Ep=80X9.8X0 (ya no tiene altura) por lo que Ep=0

Para la Ec, necesitamos encontrar la velocidad con la que llega el clavadista al agua, por lo que necesitamos obtener ese dato.

Si consideramos que la Emi=Emf, entonces tenemos que:

Emi=Epi+Eci = 7840+0= 7840 J

Entonces Emf=0+Ecf, por lo que Ecf=7840J

Para encontrar la v, tenemos que:

Por lo que v= 14m/s que es la respuesta de la pregunta c

Y tenemos entonces que Ec= mv2/2 = Ec=(80(14)2)/2=7840 J

EJERCICIO

ghv 2)108.9(2 xv

Ley de las Cargas: Cargas del mismo signo se repelen, cargas de signos diferentes se atraen.

Ley de Coulomb: La fuerza con que se atraen o rechazan dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La unidad de carga es el Coulomb (C)

LEY DE COULOMB

2

21

dqKq

F F= Fuerza (N)K= Constante de Coulomb= 9 X 109 (Nm2/C2)q1, q2= cargas(C)d= distancia entre las cargas (m)

d

q1 q2

C A R G A S E L ÉC T R I C A S Y E L EC T R I Z A C I Ó N

Los átomos son eléctricamente neutros pues tienen la misma cantidad de cargas positivas y negativas.

Electrización: Pérdida o Ganancia de electrones. Formas de electrizar:

Frotamiento: Friccionar dos cuerpos de diferente naturaleza, uno gana y otro pierde electrones.

Contacto: Tocar un cuerpo con otro electrizado. Hay paso de electrones.

Inducción: Electrizar un cuerpo con otro previamente electrizado sin que haya contacto entre ellos.

¿Con qué fuerza se rechazan dos cargas de 8C y 4C separadas 1.5m?

Tenemos la siguiente información: F=?, q1=8C, q2=4C, d=1.5 cm y K=9X109 Nm2/C2

Para encontrar la fuerza utilizamos la fórmula:

Al sustituir valores tenemos= F=(9X109)(8)(4)/(1.5)2

Por lo que el resultado es: 128 N

EJERCICIO

2

21

dqKq

F

IMANES Y MAGNETISMO TERRESTRE

Magnetismo: Propiedad que tienen algunos materiales de atraer el hierro, el cobalto y el níquel.

Imán: Material que posee propiedades magnéticas.

Los imanes pueden ser naturales siprovienen directamente de la tierra (magnetita) o artificiales si son creados por algún medio (electroimanes).

Un imán tiene dos polos (norte y sur) que es donde existe el mayor magnetismo, éstos no pueden separarse, pues si un imán se divide, quedarán dos imanes con ambos polos.

IMANES Y MAGNETISMO TERRESTRE

Alrededor de un imán se produce un campo magnético formado con líneas de fuerza que convencionalmente salen del polo norte al polo sur.

Hay materiales que reaccionan con los imanes (ferromagnéticos) y otros que no reaccionan con éstos (paramagnéticos). Un imán se puede desmagnetizar calentándolo o golpeándolo.

“Dos polos del mismo nombre se rechazan y dos polos de nombres diferentes se atraen”

CONCLUSIONES

Como puedes observar, los cuerpos interactúan entre si de diferentes maneras provocando cambios entre ellos, siempre que hay una interacción, esta produce una fuerza.

Recuerda siempre el método general estudiado para la resolución de problemas.

Repasa los conceptos y ejercicios presentados para que se te facilite la identificación y resolución de los mismos.

¡¡¡ AHORA TE INVITAMOS A QUE TE DIVIERTAS RESOLVIENDO LOS

EJERCICIOS QUE SE PRESENTAN A CONTINUACIÓN !!!