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Fuerzas y Leyes de Newton
FUERZAS Y Leyes de Newton
Una fuerza es toda causa capaz de
deformar un cuerpo o modificar su
estado de reposo o movimiento.
dirección
Las fuerzas son magnitudes vectoriales
y su unidad en el S.I. es el newton, N.
magnitud
sentido
Punto de
aplicación
Toda fuerza tiene un agente
específico e identificable, que puede
ser animado o inanimado. Por ejemplo
el agente de la fuerza de gravedad es
la Tierra
CARÁCTERÍSTICAS DE UNA FUERZA
Punto de aplicación.— Es el lugar concreto
sobre el cual actúa la fuerza. En el se
comienza a dibujar el vector que
representa la fuerza.
dirección
magnitud
sentido
Magnitud o Módulo.— Indica el valor
numérico de la fuerza en newtons. Se
corresponde con la longitud del vector.
Dirección.— Es la recta a lo largo de la
cual se aplica la fuerza. La línea sobre la
que se dibuja el vector.
Punto de
aplicación
Sentido.— Con la misma dirección, una
fuerza puede tener dos sentidos
opuestos. Se indica con la punta de la
flecha del vector.
CAUSAS DEL MOVIMIENTO
La dinámica es la rama de la física que estudia las causas de
los cambios en los movimientos de los cuerpos
TIPOS DE FUERZAS
Las fuerzas se clasifican en dos grandes grupos:
fuerzas por contacto y fuerzas a distancia o de campos
Las fuerzas por contacto
son aquellas que necesitan
el contacto directo con un
cuerpo para manifestarse.
En las fuerzas a distancia la
interacción se produce entre
dos cuerpos separados por
una determinada distancia.
Ej. Magnetismo
Ej. Golpear un balón
con el pie
1ra LEY DE NEWTON
PRINCIPIO DE LA INERCIA
Todo cuerpo continua en su estado de
reposo o se mueve con movimiento
rectilíneo uniforme si sobre él no actúa
ninguna fuerza o si la resultante de todas
las fuerzas (fuerza neta) que actúan sobre
él es nula.
2da LEY DE NEWTON
PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA
La resultante de las fuerzas (fuerza neta) que
actúan sobre un cuerpo es directamente
proporcional a la aceleración que produce
Fresultante = m a
F=ma
3ra LEY DE NEWTON
PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN
Cuando dos cuerpos interaccionan, el primero ejerce
una fuerza sobre el segundo y éste ejerce una fuerza
sobre el primero; estas dos fuerzas tienen la misma
dirección, la misma magnitud y sentido contrario.
F’
F´
F
F
CONSECUENCIAS DE LAS LEYES DE NEWTON
INERCIA.— Es una propiedad que tienen los cuerpos
de oponerse a cualquier cambio en su estado de
reposo o movimiento
La medida cuantitativa de
la inercia de un cuerpo es
la MASA INERCIAL
1N = 1kg x 1m/s2
NEWTON.—Es la fuerza que
actuando sobre un kilogramo
de masa le produce una
aceleración de 1 m/s2
Isaac Newton
PESO.—Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos
Es una magnitud vectorial cuyo
módulo es:
|P | = m |g |
P
La dirección es vertical; el sentido, hacia abajo y el
punto de aplicación se llama centro de masas o de
gravedad.
P
DIFERENCIAS ENTRE MASA Y PESO
MASA
PESO
-Magnitud escalar
-Magnitud vectorial
-Se mide con una balanza (en
el S.I. en kg)
-Se mide con el dinamómetro (en el
S.I. en N por ser una fuerza)
-Es invariable
-Es variable porque depende del
lugar de universo en el que esté el
cuerpo
TIPOS DE FUERZA
FUERZA NORMAL
Se representa por N
En el S.I. se mide en N
Es una fuerza que aparece siempre que un cuerpo
está apoyado sobre una superficie; esta fuerza evita
que la superficie se deforme.
y
N
F
P
|F| =|N|
|N| = |P|
y
Px
Py
x
P
Es siempre perpendicular a la superficie de apoyo.
a Px se le llama
componente
tangencial del peso
y a Py componente
normal del peso.
FUERZA DE ROZAMIENTO
Se representa por FR y es una fuerza que actúa en sentido
opuesto al movimiento y se produce como consecuencia de
la fricción que tiene lugar entre la superficie del móvil y la
superficie sobe la que este se mueve, o bien del medio (gas
o líquido) que atraviesa
y
FR
N
FR
F
P
Px
Py
x
P
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
FUERZA DE ROZAMIENTO
1. La fuerza de rozamiento es independiente del área de
las superficies en contacto.
2. La fuerza de rozamiento es independiente de la
velocidad del movimiento y actúa siempre en sentido
contrario.
3. La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de
las superficies en contacto y del estado de pulimento de
las mismas.
4. La fuerza de rozamiento es proporcional a
la fuerza normal.
FUERZA DE ROCE
Es una fuerza que se opone al movimiento, depende de las superficies
en contacto (coeficiente de roce) y del peso del cuerpo.
DETERMINACIÓN DE LA
FUERZA DE ROCE
FR    N
Donde:
: Coeficiente de roce
N: Fuerza normal
Unidades para fuerza de roce
S.I.: Newton
C.G.S.: Dina
y
N
F
Px
Py
FR = µ • N
µ = FR/ N
P
µ (mu) se llama coeficiente de
rozamiento y es característico de
las superficies en contacto. No
tiene unidades.
x
P
(Por eso se dice que es una
magnitud adimensional)
Existen dos clases de rozamiento: el
ESTÁTICO y el DINÁMICO :
- El rozamiento estático aparece cuando se trata de poner un cuerpo en
movimiento desde el reposo.
- El rozamiento dinámico aparece cuando el cuerpo está en FR = µ • N
movimiento.
En el plano horizontal la fuerza de rozamiento se calcula :
(El rozamiento estático es siempre
|FR | = µ • |N | = µ • | P | = µ • m • g
mayor que el dinámico)
La fuerza de roce o de fricción se manifiesta
cuando un cuerpo se desliza sobre otro, y afecta
el movimiento del cuerpo, se puede decir que es un
fuerza que se opone al movimiento del cuerpo. El
cual intenta detener.
El vector se
movimiento.
grafica
de
Fuerza de roce
forma
opuesta
al
Fuerza que
provoca el
movimiento
Hay fricción cuando las ruedas de un auto rozan el
piso de la calle o cuando nos frotamos las manos
con Visita
unaeltoalla.
siguiente laboratorio online para experimentar con otras sustancias.
http://www.seed.slb.com/es/scictr/lab/friction_exp/index.htm
El aire opone resistencia al
auto, en esta situación la
fuerza del motor del auto
provoca
la
fuerza
para
moverse, en cambio el aire
ejerce fuerza contraria, lo que
se denomina fuerza de roce.
El niño de desliza sobre el
resbalín
produciéndose
movimiento, pero la superficie
del juego ejerce fuerza de
roce, oponiéndose al movimiento
del niño.
Fuerza roce
Fuerza
movimiento
Fuerza roce
Fuerza
movimiento
Fuerza
roce
Fuerza
movimiento
En los deportes como en esquí y el patinaje, los
deportistas ejercen fuerza para producir
movimiento, pero las superficies en las cuales se
desplazan
ejerce
roce,
oponiéndose
al
movimiento.
a) ¿Cuándo hay mayor roce, cuando la superficie
es rugosa o lisa?
Hay mayor roce cuando la superficie es más rugosa.
b) ¿Cuándo hay menor roce, cuando caminamos en el arena
o sobre piso de cerámico?
Hay menor roce cuando caminamos sobre el piso de
cerámico, ya que es una superficie lisa.
c) ¿Qué se intenta hacer cuando colocamos aceite a las
puertas en sus bisagras para que no suenen?¿aumentar o
disminuir el roce?
Se intenta disminuir el roce entre las bisagras.
d) ¿Qué se intenta hacer cuando los autos tienen dibujos
en los neumáticos de los vehículos?
Se intenta aumentar el roce, para que no se resbalen en los
días de lluvia.
Observa las imágenes y dibuja el vector que representa la
fuerza de roce en cada situación.
Responde las siguientes preguntas.
-¿En qué caso la fuerza de roce es mayor?
Resp. Es mayor cuando la caja esta llena de juguetes.
-¿Qué relación existe entre la fuerza de roce y la masa del
cuerpo que se desliza?
Resp. A mayor masa, mayor es la fuerza de roce.
I. RUGOSIDAD
SUPERFICIES
CONTACTO:
DE
LAS
DE
Mientras
más
rugosa
la
superficie, mayor es la fuerza
de roce.
a) ¿De qué forma se puede disminuir el roce?
Se puede disminuir el roce haciendo más lisa la superficie o
aplicando líquidos resbalosos que hacen que las partes que rozan
se deslicen con mayor suavidad unas sobre otras
Algunos caracoles, así como las babosas, cuando se mueven
segregan un líquido lubricante (resbaladizo) que disminuye la
fricción facilitando dicho movimiento.
II. LA MASA
CUERPO:
DEL
Mientras mayor masa
del cuerpo que se
desliza, mayor es la
fuerza de roce.
Menor masa, menor fuerza de roce
Mayor masa, mayor fuerza de roce
III.
VISCOSIDAD
LÍQUIDOS):
DE
FLUIDOS
(GASES
Y
Mientras mas viscoso (resistencia a fluir) sea el fluido,
mayor fuerza de roce opone a un cuerpo en movimiento.
La miel es un líquido
que es más viscoso
que el agua, por lo
que la miel ejerce
mayor fuerza de
roce sobre la bolita.
Visita el siguiente laboratorio online para experimentar con otras sustancias.
http://www.seed.slb.com/es/scictr/lab/visco_exp/index.htm
IV. VELOCIDAD CON EL QUE EL
CUERPO SE DESPLAZA:
Mayor velocidad, mayor es la fuerza de
roce.
Cuando en bicicleta y aumentas la
velocidad, percibes mayor la fuerza del
aire en tu cuerpo
V. FORMA DEL CUERPO:
Cuando la superficie del cuerpo es mayor, mayor
es la fuerza de roce que se ejerce.
Ej. Un hombre que se tira de un avión, la fuerza
de roce del aire es menor, por que la superficie
de su cuerpo es menor. Pero cuando abre el
paracaídas, la superficie aumenta por ende
aumenta la fuerza del roce del aire.
• Para las siguientes situaciones, analiza y explica el papel que desempeña la fuerza
de roce.
Situación
Papel de la fuerza de roce
Una persona que salta en un
paracaídas.
El aire impide que el paracaidista baje a
mayor velocidad.
Girar la perilla de una puerta.
La perilla, gira gracias al roce que se
ejerce entre ella y la mano, si no
hubiese no giraría.
Abrir o cerrar un frasco.
La fuerza de roce entre la mano y la
tapa es la que hace que esta gire y se
pueda abrir.
Un auto que frena.
El auto cuando frena, recibe una fuerza
de roce entre las ruedas y la calle,
haciendo que este se detenga.
Usar cuerdas con nudos para escalar
un cerro.
Los nudos permiten que aumente el roce
y de esa forma se puede subir por la
cuerda.
• Compara las fuerzas de roce y peso, señalando semejanzas y
diferencias.
Semejanzas
1. Ambas
fuerzas
dependen
de
características
del
cuerpo.
2. Ambas fuerzas afectan
el
movimiento
del
cuerpo.
Diferencias
1. El peso afecta verticalmente al
cuerpo
El roce actúa horizontalmente con
respecto al desplazamiento del
cuerpo.
2. El Peso aumenta la velocidad
del cuerpo cuando cae.
3. El roce disminuye la velocidad
del móvil cuando cae.
Estamos acostumbrados a vivir en un mundo con rozamiento, y no vemos nada
extraño en caminar, tomar una curva con un coche o lanzar un objeto deslizando
por el suelo hasta que se detiene. Pero, ¿qué ocurriría si de pronto
desapareciera el rozamiento?
Supongamos que tenemos una superficie grande, como el campo de deportes del
polideportivo, en la que hay tanto aceite en el suelo que el rozamiento se ha
reducido hasta desaparecer.
a) ¿Cómo caminarías si te encuentras parado en el centro del campo?
b) Si entras corriendo por la puerta y te intentas detener una vez que has
entrado en la zona engrasada, y suponiendo que lograras mantener el equilibrio,
¿qué sucederá? ¿Podrás tomar una curva, desviarte a la derecha por ejemplo?
c) Si lanzamos una pelota deslizando por el suelo engrasado, ¿cuándo se
detiene? ¿Cuándo se detendría si nuestra superficie engrasada diera la vuelta a
la Tierra?
d) ¿Qué sucede cuando un coche entra en una mancha de aceite justo antes de
una curva? ¿Cuál es la razón?
• Para las siguientes situaciones, explica en tu cuaderno en qué
caso la fuerza de roce es mayor.
- Cuando se desliza una caja de 1 kilogramo o una caja de 5
kilogramos sobre una mesa.
.
- Cuando se arrastra un cajón sobre un piso de baldosas o sobre
el cemento.
- Al empujar un mismo auto en el cemento o en un camino
pedregoso.
EJERCICIO
Un bloque de 2 [kg] se desliza sobre una superficie horizontal. En el momento
en que su rapidez es 5 [m/s], se le aplica una fuerza constante de 12 [N],
paralela a la superficie y en el mismo sentido del movimiento. Si la fuerza de
roce es de 4 [N], determine la fuerza neta sobre el bloque.
A) 16 [N]
B) 12 [N]
C) 8 [N]
D) 4 [N]
E) 2 [N]
EL ROCE PUEDE SER
• ESTÁTICO
Actúa cuando el cuerpo está en reposo.
• CINÉTICO
Actúa cuando el cuerpo está en movimiento.
FUERZA DE ROCE ESTÁTICO
• La fuerza de roce estático es una fuerza variable, que equilibra
las fuerzas que tienden a poner en movimiento al cuerpo.
• La fuerza de roce estático tiene un valor límite, que está dado
por
FS   S  N

EJERCICIO
Un bloque de 100 [kg] de masa es empujado con una fuerza horizontal de
80[N], paralela a la superficie. Si el bloque está en reposo y el coeficiente de
roce estático entre el bloque y la superficie es 0,12, el módulo de la fuerza de
roce es de: (asuma que la gravedad es de 10m/seg )
A) 120 [N]
B) 80 [N]
C) 60 [N]
D) 40 [N]
E) 0 [N]
FUERZA DE ROCE CINÉTICO
• Cuando un cuerpo está en
MOVIMIENTO, en la zona
de contacto entre el móvil y
la superficie actúa la fuerza
de roce cinético.
• El módulo de la fuerza de
roce cinético es
FK  K  N
EJERCICIO
Sobre un plano horizontal se empuja un cuerpo de 10 [N] de peso con una
fuerza constante, paralela al plano, cuyo valor es 4[N]. Si el cuerpo mantiene
su velocidad constante, ¿cuál es el coeficiente de roce entre el plano y el
cuerpo?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,3
D) 0,4
E) 0,5
LA TENSIÓN
La tensión se representa por T y es una fuerza que aparece
siempre que se tira de una cuerda o de un cable.
En el S.I. se mide en N
N
a
T
FR
a
N
FR
T
P
T
T
a
P
PLANO HORIZONTAL
a
P
PLANO INCLINADO
P
Estado de equilibrio
Como ya explicamos, un cuerpo opone una
resistencia a el cambio de su movimiento
rectilíneo uniforme o a su estado de reposo, que
es proporcional a la masa del propio cuerpo.
Cuando un cuerpo no cambia su régimen de
movimiento o reposo se dice que está en
equilibrio.
El cambio en su velocidad (aceleración) se logra
aplicando una fuerza, esta aceleración es
proporcional a la fuerza resultante (suma de todas
las fuerzas).
Por lo tanto esa fuerza neta ha roto su estado de
equilibrio.
FUERZA RESULTANTE
La fuerza resultante, R, es una sola fuerza que tiene el
mismo efecto que si todas las que actúan sobre el cuerpo
interviniesen a la vez.
COMPOSICIÓN DE FUERZAS
•Composición de dos fuerzas. Regla
del paralelogramo
Paralela a F2
1. Representa las dos fuerzas con el
mismo punto de aplicación.
F1
2. Construye un paralelogramo
trazando paralelas a cada fuerza
desde el extremo de la otra.
3. Une el punto de aplicación con el
vértice opuesto del paralelogramo. Esa
es la fuerza resultante.
R
F2
FUERZA RESULTANTE
• COMPOSICIÓN DE FUERZAS
•Composición de dos fuerzas. Regla del polígono
•Une los vectores por el origen
•Ahora une el origen de la primera fuerza con elextremo de la
Segunda.
MEDIDA DE LAS FUERZAS CON EL
DINAMÓMETRO
El dinamómetro es un instrumento que sirve para
medir valores de fuerzas. Básicamente es un
resorte que calibramos previamente.
FUERZA ELÁSTICA
Es la fuerza de reacción que
presenta un medio elástico ante
una deformación.
Al tratar de deformar un sólido, la
oposición natural se presenta al cesar la
fuerza deformadora, pues éste tratará
de volver a su estado original (resortes,
elásticos).
LEY DE HOOKE
La deformación y la fuerza
necesaria para producirla son
directamente proporcionales
mientras la deformación no sea
excesiva.
Fe  k  x
EJERCICIO
Si un resorte se estira 10 [cm] cuando se cuelga de él un cuerpo
de 500 [g], entonces su constante de rigidez es de:
A) 5 [N/m]
B) 10 [N/m]
C) 15 [N/m]
D) 25 [N/m]
E) 50 [N/m]
SÍNTESIS DE LA CLASE
Las Fuerzas
Estática
Son
La fuerza de roce
Cinética
Tienen
Magnitud
Dirección
Sentido
La fuerza elástica
El Peso
La Normal
La Tensión