Download Diapositiva 1

Dinámica
Si entre dos cuerpos se da una interacción, sobre cada uno de ellos
habrá un “efecto” debido a esa interacción. A ese efecto lo
denominaremos “fuerza” y lo representaremos matemáticamente con
un vector. La Tercera Ley de Newton nos dice cómo son las
características de las dos fuerzas que surgen de una dada
interacción.
Deben tener igual dirección, igual módulo y sentido opuesto.
Si esta es la fuerza sobre el cuerpo A debida a la interacción con B…
Entonces así debe ser la fuerza sobre el cuerpo B
debida a la interacción con el cuerpo A.
Estas dos fuerzas que son los efectos de una única interacción, cuyas
características describe la Tercera Ley y que se hallan aplicadas una
sobre uno de los cuerpos interactuantes y la otra sobre el otro, forman
un par de interacción.
La Primera Ley de Newton esencialmente nos dice que para modificar
la velocidad de una partícula debe actuar sobre ésta una fuerza neta
(o resultante) no nula.
Y la Segunda Ley nos dice que si conocemos las fuerzas que actúan
sobre el cuerpo y su masa podremos saber cómo es el cambio de la
velocidad con el tiempo, es decir: la aceleración.


F

m
.
a

Esta Segunda Ley además establece una relación entre las unidades
de fuerza y las de masa y aceleración. Teniendo en cuenta esta
relación se define una nueva unidad de fuerza: el “Newton” (N).
m
s2
Por ejemplo: si sobre un objeto con una masa de 20kg actúa
1N  1kg 
únicamente una fuerza de 60N…
…entonces la aceleración de ese objeto tendrá la misma
dirección y sentido que la fuerza resultante (en este caso hay
una única fuerza) y un módulo de 3m/s2
Resuelva los ejercicios 3, 4, 7 y 24 de la guía de Dinámica.
Esta Segunda Ley también nos da una herramienta para saber cómo
son las fuerzas debidas a una dada interacción si estudiamos cómo es
el movimiento de una partícula que participa de dicha interacción.
Por ejemplo, supongamos que tenemos una partícula que se mueve
en vacío, en las proximidades de la superficie terrestre, únicamente
afectada por la interacción gravitatoria con la Tierra.
Nosotros sabemos que en estas condiciones la aceleración será la
aceleración de la gravedad (g), un vector dirigido hacia abajo y con
un módulo de aproximadamente 10m/s2.
Aplicando la segunda Ley de Newton en este caso obtenemos que:
 
F  P
ag






  F
 P  m.g
 m.a

Por ser caída libre
Y de esta forma hemos obtenido una fórmula para la fuerza Peso.
Resumiendo:
 Para predecir cómo va a ser el movimiento de una partícula
necesitamos conocer, dónde se halla y cuál es su velocidad
inicialmente y las fuerzas que actúan en cada instante sobre esa
partícula para saber cómo irá cambiando esa velocidad con el
transcurso del tiempo.
 Para conocer cómo son las fuerzas debidas a cada interacción
debemos diseñar experimentos en los que podamos estudiar cómo es
el movimiento de una partícula que participe de esa interacción y a
partir de ese movimiento y la Segunda Ley de Newton inferir las
propiedades de esas fuerzas.
Fuerzas
Peso:
Es la fuerza sobre un cuerpo debida a la interacción gravitatoria con
otro cuerpo (por ejemplo un planeta). Es una fuerza de acción a
distancia.
Como ya hemos visto, tenemos una fórmula para esta fuerza:


P  m.g
donde g es la aceleración de la gravedad (es decir la aceleración de
un objeto en caída libre en el vacío) en ese lugar.
Observación: es la única fuerza de acción a distancia que
estudiaremos en esta materia, todas las otras fuerzas que
estudiaremos son fuerzas de contacto, es decir que para que haya
interacción los objetos deben estar en contacto.
Resuelva los ejercicios 5 y 9 de la guía de Dinámica.
Fuerzas
Normal o Reacción normal de una superficie:
Fuerza de “sostén” que resulta de la interacción con una superficie. Es
siempre perpendicular a la superficie y hacia afuera de la misma.
Es una fuerza de vínculo y en consecuencia su módulo no tiene un
valor predeterminado sino que dependerá de las otras fuerzas que
actúen sobre el cuerpo y de la aceleración del cuerpo en la dirección
perpendicular a la superficie.
Resuelva los ejercicios 16 y 17 de la guía de Dinámica.
Fuerzas
Tensión:
Fuerza ejercida por un hilo y que da cuenta de la inextensibilidad del
mismo. Siempre posee la misma dirección que el hilo en el punto de
contacto con el cuerpo.
Si consideramos al hilo de masa despreciable, el módulo de la tensión
ejercida por el hilo en uno de sus extremos será igual al módulo de la
tensión ejercida por el hilo en su otro extremo.
Es una fuerza de vínculo y en consecuencia su módulo no tiene un
valor predeterminado sino que dependerá de las otras fuerzas que
actúen sobre los cuerpos vinculados por el hilo y de la aceleración de
los mismos en la dirección del hilo.
Resuelva los ejercicios 13 y 18 de la guía de Dinámica.
Fuerzas
Rozamiento cinético o dinámico con una superficie:
Es la fuerza debida a la fricción con la superficie cuando existe un
movimiento relativo entre el cuerpo y la superficie. Es siempre paralela
a la superficie y de sentido tal que se opone a dicho movimiento
relativo.
El módulo de esta fuerza dependerá de cómo sea la rugosidad de la
superficie y del cuerpo (md) y de cuán oprimido se halle el cuerpo
contra la superficie (lo cual en módulo es igual a la Normal ya que
ésta debe compensar a las fuerzas que oprimen al cuerpo
perpendicularmente a la superficie). En consecuencia tenemos una
fórmula para esta fuerza:


f rd 
m
d
. N

coeficiente de
rozamiento
dinámico
módulo de
la Normal
Resuelva los ejercicios 21 y 22 de la guía de Dinámica.
Fuerzas
Rozamiento estático con una superficie:
Es la fuerza debida a la fricción con la superficie que impide el
movimiento relativo entre el cuerpo y la superficie. Es siempre paralela
a la superficie.
Como evita el movimiento del cuerpo respecto de la superficie, es
esencialmente una fuerza de vínculo y en consecuencia su sentido y
su módulo dependerán de las otras fuerzas que actúen y de la
aceleración del sistema en la dirección paralela a la superficie.
Si bien no hay una expresión general que permita calcular su módulo,
el mismo posee un valor máximo posible. Si este valor fuese superado
entonces el cuerpo no podrá permanecer estático respecto de la
superficie. Y tenemos una fórmula que nos permite conocer ese valor


máximo:
f reMáx  m e . N


 coeficient
e de
valor
máximo
rozamiento
estático
módulo de
la Normal
Resuelva los ejercicios 15 y 20 de la guía de Dinámica.
Fuerzas
Empuje:
Es la fuerza sobre un cuerpo debida a la interacción con un fluido
cuando ambos se hallan en un campo gravitatorio.
Tiene igual dirección y sentido opuesto al campo gravitatorio (o, lo
que es lo mismo, a la aceleración de la gravedad) y su módulo está
dado por:

E  r fluido.Vsumergido
donde Vsumergido es el volumen de la porción del cuerpo que se halla
sumergida y rfluido es el peso específico del fluido en el que está
sumergido.
Resuelva los ejercicios 17 y 19 de la guía de Hidrostática.