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Colegio San José - Sotrondio -
3º E.S.O.
Interacciones entre cuerpos.
Fuerzas y leyes de Newton
Nombre de los alumnos/as:
GRUPO:
Podemos constatar la existencia de fuerzas
a través de los efectos que producen.
Así por ejemplo, un clavo es atraído por un imán, una
piedra por la tierra, una varilla metálica se dobla si se
ejerce un esfuerzo sobre ella, un muelle se estira si se
cuelga un peso de su extremo, etc...Para medir estas
interacciones entre los cuerpos, los físicos utilizan una
magnitud llamada fuerza.
Entendemos por FUERZA toda causa que
modifica el estado de movimiento de los
cuerpos o los deforma.
En el sistema Internacional de Unidades la unidad
de fuerza es el newton (N)
vectores
Representamos la fuerzas por vectores. Los vectores son
segmentos orientados, cuyos elementos, dirección, sentido,
origen y longitud se pueden hacer corresponder con la
dirección, sentido, punto de aplicación e intensidad de las
fuerzas.
Representamos entonces la fuerza aplicada sobre un
punto como un vector. Pero ¿qué pasa cuando
sobre un punto aplicamos más de una fuerza?
Recordemoslo con algunos
ejemplos
F2
F2
F1
F1
Fr = F1 + F2
Fr = F1 - F2
Fr
F2
Método general:
F1
Fr 2  F1  F2
2
2
Fr  F1  F2
2
Fr
F2
2
F1
1. Poner tres ejemplos de interacciones en la vida
cotidiana.
2. Calcula la intensidad de la fuerza resultante en
los siguientes casos:
a
3N
5N
8N
b
6N
3.
Indica dos ejemplos de fuerzas que produzcan movimiento y
otros dos de fuerzas que produzcan deformaciones.
Como ya dijimos anteriormente, las fuerzas pueden producir deformaciones en los cuerpos.
Si al cesar la fuerza que produce la deformación el cuerpo mantiene su última
forma, se dice que es PLÁSTICO (mantequilla, plastilina, . . )
En cambio, si al cesar la fuerza el cuerpo vuelve a recuperar su forma inicial, se
dice que es ELÁSTICO (muelles, gomas de caucho, ...)
De interés especial es el caso de los MUELLES
L
o
L-Lo
Lo, es la longitud
2(L-Lo)
inicial del muelle.
La diferencia de
la longitud final
del muelle una
vez aplicada
una fuerza y
esta Lo, será el
alargamiento
sufrido por el
muelle.
F
2F
3F
Se puede observar
que hay una
relación lineal
entre las fuerzas
3(L-Lo)
aplicadas y el
alargamiento
sufrido por el
muelle.
Es decir, que a doble
fuerza, doble
alargamiento, a triple
fuerza, triple
alargamiento, etc..
Los alargamientos producidos por las fuerzas en los muelles
son directamente proporcionales a las fuerzas aplicadas.
F = K · ( L - Lo)
(Ley de Hooke)
Para medir las fuerzas se emplean los DINAMÓMETROS, que se
basan en que los muelles cumplen la ley de Hooke.
Se miden las deformaciones producidas en muelles por las fuerzas, y a
cada longitud del muelle le hacen corresponder una fuerza.
Observemos los efectos que produce la misma
fuerza sobre distintas superficies
Tomamos una base (por ejemplo de arena), sobre la que vamos a
poner un objeto pero en diferentes posiciones.
La fuerza que se aplica es siempre la misma (el peso del objeto),
en cambio se observa que el efecto deformador es diferente.
Así se ve que penetra más en la arena
cuanto menor se la superficie de
contacto.
El efecto deformador de una fuerza, F, depende de la relación
existente entre ella y la superficie S en la que se aplica. A esta
relación se le llama presión:
fuerza ( F )
Presión ( P ) = superficie ( S )
La unidad de presión en el Sistema Internacional es el pascal (Pa).
Equivale a una fuerza de 1N ejercida sobre una superficie de 1 m2.
4.
¿Qué alargamiento producirá una fuerza de 10 N en un
muelle cuya constante es K = 2 N/m ?
5.
Completa la siguiente tabla, correspondiente a medidas
realizadas sobre un muelle que cumple la ley de Hook de
constante K= 5 N/m.
F (N)
(L-Lo)
6.
10
15
1
4
¿Por qué se afilan los cuchillos? ¿Por qué andamos mejor
sobre la nieve con esquís o raquetas en los pies?
principio inercia
Vamos ahora a estudiar el otro de los efectos que puede producir una
fuerza: cambios en el estado de movimiento delos cuerpos.
¿Es preciso qué esté actuando una fuerza sobre un cuerpo
que se está moviendo?
Para responder a esta pregunta analicemos las experiencias que
realizó Galileo en el siglo XVII, y que le llevaron a enunciar el
principio de inercia.
Utilizando una bola de bronce y un plano
inclinado pulimentado, observó lo siguiente:
Al dejar caer la bola por el plano inclinado,
su velocidad aumenta a medida que lo hacía
su recorrido, y cuando más pulimentado
estaba el plano más velocidad adquiría.
Al lanzar la esfera plano arriba, su velocidad iba
disminuyendo hasta anularse. Ahora bien, cuanto
más pulimentado estaba el plano y menor
inclinación tenía, más distancia recorría la bola
hasta parar.
Poniendo en relación todos los resultados de la
experiencia, llegó a la conclusión de que si el plano
estuviera horizontal y pulimentado de manera ideal, la
bola se movería indefinidamente en línea recta, con
velocidad constante.
Así pues, si sobre un cuerpo la fuerza resultante es nula,
permanecerá inmóvil si ya lo estaba, y si estaba en movimiento
conservará la misma velocidad: Principio de inercia.
2º principio
Acabamos de ver que, en ausencia de fuerzas aplicadas, o cuando la fuerza
resultante sea nula, un cuerpo ha de estar o parado o con movimiento
rectilíneo uniforme, es decir en ambos casos sin aceleración.
Podemos afirmar entonces que en ausencia de fuerzas, la aceleración es
cero.
Partiendo de este principio, Newton concluyó que las fuerzas son
las causantes de las aceleraciones.
¿qué relación existe entre la fuerza aplicada
sobre un cuerpo y la aceleración que adquiere?
Observamos que las fuerzas y las aceleraciones son directamente
proporcionales
La constante de proporcionalidad, se denomina masa inerte del
cuerpo, y es una medida de la inercia o resistencia del cuerpo a
modificar su estado de movimiento.
La resultante de las fuerzas aplicadas sobre
un cuerpo es igual al producto de su masa
por la aceleración que adquiere.
FR = m · a
En el Sistema Internacional, la unidad de fuerza se llama Newton ( N ). Y
se define como la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 Kg. de masa, le
comunica una aceleración de 1 metro por segundo cada segundo.
7.
¿Por qué cuando vamos en un autobús y frena bruscamente
nos sentimos empujados hacia delante? Y ¿si arranca nos
sentimos empujados hacia atrás?
8.
Llamamos peso de un cuerpo a la fuerza con que la Tierra
lo atrae. Si la aceleración de la gravedad (g) es de 9,8 m/s2,
calcula el peso de un cuerpo de 1 Kg. de masa. ¿Con qué
aparatos se miden las masas? ¿Y los pesos?
9.
Observa estos dibujos y completa en cada caso los
datos que faltan.
a
F2 = 10 N=
m = 5 Kg
a = 1 m/s2
F1 = 25 N
F2 = 50 N
F1 = 45 N
m
=
Hay efectos de la fuerzas que, seguramente, habrás visto o
comprobado. Por ejemplo, si has jugado al billar alguna vez sabrás
que tras el choque entre las bolas se modifica su velocidad. Por lo
tanto, actúan fuerzas en el instante del choque.
Otra situación común es la de
un patinador, que para
impulsarse en sentido contrario
ejerce fuerza sobre una pared.
¿por qué retrocede la barca al
saltar a tierra el chico?
Al igual que en los otros casos, es
claro que cada uno de los cuerpos
ejerce una fuerza sobre el otro, pues
ambos cambian su movimiento
FA,B
FB,A
FA,B = - FB,A
Podemos afirmar que si un
cuerpo ejerce una fuerza
(acción) sobre otro, éste
ejerce sobre el primero otra
fuerza (reacción) de la
misma intensidad y de
sentido contrario.
Dos masas cualesquiera m1 y m2, situadas entre sí a una distancia d, se
atraen con una fuerza ( FN ) que es directamente proporcional al
producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia:
m1 ·m2
FN  G· 2
d
G  6,67·10
11
N ·m 2
Kg 2
La gravitación es responsable de los diversos movimientos y
trayectorias de los astros y de que la Tierra mantenga sobre ella a
los seres vivos e inanimados.
El PESO de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra lo atrae.
Para un cuerpo de masa m, el peso en la superficie de la Tierra es
proporcional a dicha masa:
M ·m
Peso  FN  G· T 2 = m · g
RT
g
10.
Señala cual de las siguientes afirmaciones es correcta
Los cuerpos no contienen ni almacenan fuerzas en su interior:
siempre las reciben de otros cuerpos mediante contacto o a distancia
C
h
Un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza no puede estar
moviendose.
C
Si sobre un cuerpo está actuando alguna fuerza,
necesariamente ha de estar en movimiento
El peso es una propiedad característica de los cuerpos, y
C
no depende de donde se encuentre.
C
La fuerza de gravedad entre dos cuerpos aumenta
cuando aumenta la distancia entre ellos
C
h
Cuanto más grande es la constante de un muelle, más difícil
es estirarlo.
C El
h
peso de los cuerpos se mide con una balanza.
Cuestiones y Problemas para trabajar y
pensar
1. Si acercamos un imán a una puntilla, ¿quién atrae
a quién?
2. Soltamos un péndulo de modo que éste puede oscilar
libremente mediante la cuerda que lo sujeta. Dibuja las fuerzas
que actúan sobre el peso que cuelga en: (1) justo en el momento
de soltarse, (2) cuando pasa por su posición más baja en la
trayectoria.
3. Una persona en reposo, da un salto vertical hacia arriba.
Realiza un análisis dinámico de la situación indicando la fuerza
responsable que lo eleva.
4. Un caballo atado a un carro, razona diciendo: “cualquiera que
sea la fuerza que yo ejerza sobre el carro,el carro ejercerá otra
igual y de sentido contrario sobre mí, de modo que la resultante
será cero y por mucho que me esfuerce, el carro no se moverá”.
¿Qué falla en el razonamiento del bicho?
5. El muelle del disparador de un juego de “pin-ball” se
comprime una cierta longitud para impulsar la bola de acero que
tiene y lanzarla sobre la pista inclinada del juego. Dibuja las
fuerzas que actúan sobre la bola de acero justo en el momento
de soltar la mano del disparador.
6. Una persona sobre unos patines da un empujón a la pared y se
pone en movimiento. Analiza dinámicamente la situación.
7. Un jugador de baloncesto lanza a una canasta la pelota desde
la zona de 3 m. Dibuja las fuerzas que actúan sobre la pelota a lo
largo de su recorrido hasta la canasta.
Esto es todo por el momento.
Espero que os haya sido de
provecho.
Recuerda: no olvides realizar las actividades
propuestas en casa,
A
B