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Fuerzas en la Naturaleza
Los distintos tipos de fuerza que encontramos a
diario son de:
• tensión
• compresión
• empuje o de jalar
• rozamiento
• magnéticas
• eléctricas
• gravedad, etc.
ENMS_UG en Celaya
1
Fuerzas fundamentales
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2
Primera ley de Newton
Todo objeto permanecerá en reposo o en movimiento en
línea recta con rapidez constante a menos que sobre él actúe
una fuerza no balanceada que le cambie su estado.
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3
Inercia
Inercia: la tendencia de un objeto a resisitirse a cambiar
de estado.
Masa: es una medida de la inercia.
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4
Entre mayor masa tiene un objeto, es más
dificil ponerlo en movimiento.
Fuerza
aplicada
La
misma
fuerza
aplicada
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Velocidad
resulatante
Mucho
menor es la
velocidad
resultante
5
Fuerzas de Contacto y de Campo
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6
Diagrama de Cuerpo Libre

n

T

fk

w
ENMS_UG en Celaya
La fuerza neta parece estar sobre
la pendiente, hacia arriba, excepto
que sea cero. Normalmente el
esquiador asciende con rapidez
constante, así que la fuerza neta
será entonces cero.
7
Fuerzas balanceadas y no
balanceadas.
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8
Fuerza neta
Cuando las fuerzas están balanceadas, hay
equilibrio.
F1
F2
José
Pedro
F1 = Fuerza que siente José debida a Pedro.
F2 = Fuerza que siente Pedro debida a José.
F1 = F 2
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9
Ejemplos de fuerza neta
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10
Segunda Ley de Newton del Movimiento
Fuerza = masa  aceleración
F  ma
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11
Fuerza neta = Aceleración de la masa
F1
Mario
F2
Pedro
F1 = Fuerza que siente Mario debida a Pedro.
F2 = Fuerza que siente Pedro debida a Mario.
Fuerza Neta F = F1+ F2
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Fneta
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Segunda ley de Newton
•La aceleración es proporcional a la fuerza neta.
–Si la fuerza aumenta, la aceleración aumenta
–Con una fuerza triple, el triple de aceleración
–Si no hay una fuerza neta, no hay aceleración y el objeto
está en equilibrio (en reposo), o el objeto permanece en
movimiento con velocidad constante en línea recta.
•La aceleración varía inversamente con la masa.
–Si aumenta la masa, la aceleración disminuye
–Si aumenta la masa, se necesita una mayor fuerza para
mantener la misma aceleración.
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13
Segunda ley Newton
•La aceleración es proporcional a la fuerza neta.
•La aceleración es inversamente proporcional a la masa.
Fneta
a
m
•Fuerza (neta) = masa x aceleración
F=ma
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Fneta = m a
F
F
f
f
Fneta = Fuerza neta = F - f
F-f=ma
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15
Tercera ley de Newton
Si un objeto ejerce una fuerza (acción) sobre un segundo
objeto, entonces éste ejerce una fuerza (reacción) sobre el
primero de igual magnitud pero en dirección contraria.
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3a Ley de Newton en Acción
La fuerza que la persona ejerce sobre la roca es
igual en magnitud pero opuesta en dirección a la
fuerza que la roca ejerce sobre la persona—¡AUN
SI LA ROCA ES MOVIDA COLINA ARRIBA!!!
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17
¿Cómo podemos reconciliar esto?
Fuerza del hombre sobre
la roca
Fuerza de la roca
sobre el hombre
Fuerza del suelo sobre el
hombre
Fuerza del hombre
sobre el suelo
Conforme el hombre empuja sobre el suelo, el suelo responde empujando
sobre el hombre. ¡Esta es la fuerza que empuja a los dos, el hombre y la
roca hacia arriba de la colina!
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18
La tercera ley de Newton explica el movimiento de un
transbordador.
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ConcepTest
Eres un astronauta haciendo una caminata espacial para
arreglar tu nave con un martillo. Tu cuerda de salvamento
se rompe y tu propulsor en la espalda se quedo sin
combustible. Para regresar a salvo a tu nave (sin ayuda de
alguíen más), tu
A) arrojarías el martillo a la nave para llamar la atención
de un compañero.
B) arrojarías el martillo al espacio alejandose de la nave.
C) harías un movimiento pendular con tus brazos.
D) le dirías a tu nave adios con un beso.
Fuerza de Gravedad
Newton, en el siglo XVII, explicó que la fuerza
gravitatoria que hace que una manzana caiga es la que
mantiene a la luna en su órbita.
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21
Si Newton no hubiera descubierto la ley
de gravitación alguien más lo hubiera
hecho.
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22
Ley de la Gravitación Universal
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23
Fuerza ~ 1/Distancia2
Al doble de distancia significa 1/4 de la fuerza
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Peso
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25
Peso y Fuerza
Nuestro peso (P) es un ejemplo
de la fuerza (F) que sentimos
debido a la aceleración
de la gravedad (g).
P = mg
(F = ma)
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26
Cerca de la superficie de la Tierra, la
aceleración de la gravedad es
aproximadamente constante
En la cima del monte
Everest, los abjetos
aceleran hacia abajo a
razón de 9.78 m/s2
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Al nivel del mar,
los objetos
aceleran hacia
abajo a razón de
9.81 m/s2
27
Los objetos pesan menos en la Luna
¡750 N!
¡125 N!
¡Sin embargo, la masa es siempre la misma!
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Peso aparente
P = mg
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P = m(g+a)
P = m(g-a)
Sin peso
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Caída Libre
Go to Space Settlement Video
Library.
Misiones espaciales en el transbordador
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Go to CNN.com.
Go to NASA.
NASA’s KC-135 - “The Vomit Comet”
30
La aceleración debida a la gravedad
disminuye significativamente con la distancia
¡Si no fuera así la Luna daría
una vuelta a la Tierra en una
hora en lugar de un mes!
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31
¿Por qué todos los cuerpos caén con la
misma aceleración?
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32
La Tierra y la Luna I
¿Cuál es más fuerte, el
1) la Tierra jala más sobre la Luna
2) la Luna jala más sobre la Tierra
tirón de la Tierra sobre
la Luna, o el jalón de la
Luna sobre la Tierra?
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3) las dos se jalan igual uno al otro
4) No hay fuerza entre la Tierra y la Luna
5) Depende en donde se encuentre la Luna en su
orbita en ese momento
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La Tierra y la Luna I
¿Cuál es más fuerte, el
1) la Tierra jala más sobre la Luna
2) la Luna jala más sobre la Tierra
tirón de la Tierra sobre
la Luna, o el jalón de la
Luna sobre la Tierra?
3) los dos se jalan igual uno al otro
4) No hay fuerza entre la Tierra y la Luna
5) depende en donde se encuentre la Luna en su
orbita en ese momento
Por la 3a ley de Newton, las fuerzas son
iguales y opuestas.
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La Tierra y la Luna II
1) un cuarto
Si la distancia a la Luna fuera el
2) la mitad
doble, entonces la fuerza de
3) la misma
atracción entre la Tierra y la Luna
4) dos veces
sería:
5) cuatro veces
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La Tierra y la Luna II
1) un cuarto
Si la distancia a la Luna fuera el
2) la mitad
doble, entonces la fuerza de
3) la misma
atracción entre la Tierra y la Luna
4) dos veces
sería:
5) cuatro veces
La fuerza gravitacional depende inversamente al
cuadrado de la distancia. Así, si aumenta la distancia
por un factor de 2, la fuerza disminuirá por un factor
de 4.
Mm
F G 2
R
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Celaya
¿Para
queendistancia
aumentará la fuerza por un factor de 2?
36
Volando en Avión
Te pesas en una báscula dentro de un
avión que está volando con rapidez
constante a una altitud de 20,000 pies.
¿Cómo es la lectura de tu peso en el
avión comparada con tu peso medido
1) mayor
2) menor
3) igual
sobre la superficie de la Tierra?
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Volando en Avión
Te pesas en una báscula dentro de un
avión que está volando con rapidez
constante a una altitud de 20,000 pies.
¿Cómo es la lectura de tu peso en el
avión comparada con tu peso medido
1) mayor
2) menor
3) igual
sobre la superficie de la Tierra?
A una gran altura, estás más alejado del centro de la
Tierra. Por lo tanto, la fuerza gravitacional en el
avión es menor que la fuerza que experimentas en
la superficie de la Tierra.
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Adivina mi peso
Si te pesas en el ecuador de la Tierra,
¿tendrías un peso mayor, menor o
similar al peso que tendrías en los polos?
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1) mayor
2) menor
3) similar
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Adivina mi peso
Si te pesas en el ecuador de la Tierra,
¿tendrías un peso mayor, menor o
similar al peso que tendrías en los polos?
1) mayor
2) menor
3) similar
La lectura de la báscula es la fuerza normal ejercida por el piso (o la
báscula). En el ecuador, estás en movimiento circular, por lo que deberá
haber una una fuerza neta entrando hacia el centro de la Tierra. Esto
significa que la fuerza normal deberá ser un poco menor que mg. Así, la
báscula registrará una lectura menor que tu peso normal.
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Péndulo simple
El periodo de un péndulo simple depende de su longitud y no
de su masa.
l
T  2
g
l
g
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Fuerza eléctrica
La fuerza eléctrica a diferencia de la fuerza de gravedad
puede ser también repulsiva.
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Cuantización de la carga
La carga “fundamental” es la carga del electrón cuyo valor
es e = 1.6 x 10^-19 C. Todo cuerpo cargado tiene un
múltiplo de ésta carga, positiva o negativa; q = Ne.
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Formas de cargar un objeto
Podemos cargar un objeto por cualquiera de los
siguientes métodos: contacto, fricción e inducción.
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Atracción eléctrica
La repulsión de cargas del mismo signo aleja las cargas positivas
del papel, mientras las cargas negativas son atríadas, “pegandose”
el papel en el peine.
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Ley de Coulomb
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas
eléctricas q1 y q2 separadas por una distancia d está en la
dirección de la línea que une las cargas y su magnitud está
dada por
2
Nm
q1q2
9
Fe  9 x10
C2 d 2
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Fuerza magnética
La fuerza magnética surge entre los imánes y los metales como
el fierro.
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Polos magnéticos
Las regiones de los imanes donde la atracción es mayor se
llaman polos, allí es más intenso el campo magnético.
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Campo magnético y corriente eléctrica
La corriente eléctrica (movimiento de cargas) produce un
campo magnético.
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Origen del magnetismo
Los electrones al moverse dentro del átomo producen pequeños campos
magnéticos. En un material magnetizado hay grupos de átomos que
tienen alineados sus campos magnéticos, tales grupos se llaman dominios
magnéticos.
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Materiales magnéticos
Un material imantado tiene alineados sus dominios magnéticos. Para
desimantarlo basta con golpearlo o calentarlo, ¿por qué?
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51
No existen los polos aislados
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Fuerza fuerte
La interacción fuerte es responsable de que los nucleones (protones y
neutrones) permanezcan juntos en el núcleo. Es de muy corto alcance.
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Fuerza débil
La interacción débil es responsable del decaimiento de un neutrón del
núcleo en un protón y un electrón (partícula beta)
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Decaimiento Radiactivo
Partícula alfa
(núcleo de helio-4)
Radioactive isotope
Rayos gama
Partícula beta
(electrón)
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