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ASIGNATURA: Física Superior.
CURSO: Tercero BGU.
PARALELOS: A, B, C, D, E.
BLOQUE: Uno
CONDICIONES DE EQUILIBRIO
FUERZA
La fuerza se considera como una acción que se ejerce sobre un cuerpo, posee
magnitud, dirección y sentido, siendo la fuerza c o n s i d e r a d a c o m o una magnitud
vectorial.
𝑚
La unidad de medida de fuerza en el SI es el newton (N) N = 𝐾𝑔 𝑠2
Fuerza del Peso (w): E s la fuerza con la cual un cuerpo es atraído verticalmente
hacia abajo por la gravedad, todo cuerpo en presencia de gravedad, está sometido a
una fuerza de peso, se determina multiplicando la masa por la gravedad (9.8
𝑚
𝑠2
𝑤 = 𝑚𝑔
)
Fuerza Normal (N): Es la fuerza que ejerce una superficie cualquiera sobre un
cuerpo con un peso determinado, Siempre actúa perpendicular a la superficie.
Tensión (T): Es la fuerza que ejerce una cuerda sobre un cuerpo, las cuerdas en el
análisis de problemas son ideales, o sea, se desprecia su masa y son inextensible
Pregunta de opción múltiple
Suponga que
un
tenista golpea
con
la raqueta una
pelota
de tenis, la cual
sale
directamente hacia delante y paralela al suelo. Si no se toma en cuenta la resistencia
del aire, ¿cuál será la dirección aproximada de la fuerza neta que actúa sobre la pelota
después que deja la raqueta?
A)
Directamente hacia delante.
B)
Directamente hacia abajo.
C)
Cero.
D)
Hacia delante y un poco hacía abajo.
E)
Hacia abajo y un poco hacia atrás.
Respuesta literal B
Explicación
La situación se divide en dos partes. El momento que está en contacto con la raqueta
(I) y el momento que deja de interactuar con la raqueta (II)
Fuerza de fricción: La fuerza de fricción o rozamiento es la que se opone al movimiento de los
cuerpos sobre una superficie, y se debe, entre otras causas, a la existencia
de pequeñas
irregularidades en la superficie de contacto es decir del coeficiente de fricción 𝐹𝑟 = 𝜇𝑁.
Donde µ es el coeficiente de rozamiento estático o cinético.
LEYES DE NEWTON
Primera: Ley de Inercia:
Un cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme
(Velocidad constante) , a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Ambos estados son posibles, si la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es
nula
∑𝐹 = 0
∑ 𝐹𝑥 = 0
∑ 𝐹𝑦 = 0
Pregunta de opción múltiple
En cada una de las figuras está representada una partícula con todas las fuerzas que
actúan sobre ella. Estas fuerzas, constantes, están representadas por vectores de igual
módulo.
I)
II)
III)
IV)
¿En cuáles de los siguientes casos la partícula puede tener velocidad constante?
A) En I, III y IV
B) En II, III y IV
C) En I y III
D) En I y IV
E) En ningún caso.
Respuesta Literal D
Explicación
Pueden tener velocidad constante, aquellos cuerpos que se encuentran en estado inercial,
lo que implica que la fuerza neta es nula.
Segunda: Ley de movimiento:
Siempre que una fuerza no equilibrada actúa sobre un cuerpo, en la dirección y sentido
de la fuerza se produce una aceleración, que es directamente proporcional
a la fuerza
e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
Es decir si aumenta la aceleración aumenta la fuerza dependiendo de la
masa, a mayor masa mero aceleración y menor masa mayor aceleración.
∑ 𝐹 = 𝑚𝑎
∑ 𝐹𝑥 = 𝑚𝑎
∑ 𝐹𝑦 = 𝑚𝑎
Tercera: Ley de acción y reacción:
Cuando u n cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A con
una fuerza de igual magnitud, igual dirección y de sentido contrario.
𝐹𝐴𝐵 = 𝐹𝐵𝐴
Pregunta de opción múltiple
Si dos automóviles A y B chocan frontalmente, entonces:
A)
La fuerza de acción que ejerce A sobre B es igual en magnitud, a la que ejerce B
sobre A.
B)
El automóvil de mayor tamaño ejercerá más acción que el menor.
C)
El automóvil que se desplace con mayor rapidez ejerce más acción.
D)
El que más se destroce ha recibido más acción.
E)
El automóvil de menor masa ejercerá menos acción
Respuesta literal A
Explicación
Basta conocer la tercera ley de newton, siempre las fuerzas son iguales en magnitud y
de sentido contrario, no importando las masas de los cuerpos en interacción
Diagrama de cuerpo libre DLC
Es un diagrama vectorial que describe todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Por lo
tanto es una herramienta utilizada para el planteamiento de ecuaciones, de un problema
en particular.
EQUILIBRIO DE UNA PARTÍCULA
Partícula.- Cantidad de materia que posee masa pero de tamaño poco significativo,
es física un cuerpo puede ser considerado como partícula cuando no se toma en
cuenta el estudio de las dimensiones.
Para que un cuerpo este en equilibrio se debe cumplir que:
∑𝐹 = 0
∑ 𝐹𝑥 = 0
∑ 𝐹𝑦 = 0
EJERCICIOS EN CLASE.
Taller de Física # 1
Instrucciones:
En cada una de las preguntas, elija la respuesta correcta; explique el porque o resuelva el ejercicio
de ser el caso.
1.- Cual es el valor del área mayor
a. 234020 cm2.
b. 156092009 mm2.
c. 243 m2.
d. 49000 dm2.
2.- A tres masas en reposo m1=1 kg, m2=2 kg, m3=3 kg, se le aplican fuerzas iguales y constantes,
que las ponen en movimiento se cumple que:
a. Ninguna de las tres se acelera.
b. las tres se aceleran de igual manera.
c. m3 se acelera más que m2 y m2 más que m3.
d. m1 se aceleran más que m2 y m2 más que m3.
3. Un bloque se desliza sobre una superficie horizontal, con una velocidad constante. La fuerza neta que
actúa es:
a. Nula.
b. Constante.
c. Proporcional a la normal.
d. Variada.
4. Un libro se encuentra en reposo sobre una mesa horizontal, la fuerza de reacción a la fuerza
gravitatoria sobre el libro es la que ejerce:
a. el libro a la mesa
b. la mesa al libro
c. la tierra a la mesa
d. el libro a la tierra por la gravedad.
5. Determine la magnitud y dirección  de F1, para que la partícula este en equilibrio.
a)
b)
c)
d)
16 0; 137 lbf.
330; 4,64 N.
120, 12 lbf.
No es posible solucionar.
EQUILIBRIO DEL CUERPO RÍGIDO
Cuerpo rígido
Conjunto de partículas que se encuentran separadas entre sí por una distancia fija es decir nos
interesa el estudio de las dimensiones, lo que conlleva analizar ciertos aspectos que detallaremos a
continuación.
Centro de gravedad de un cuerpo (CG)
El Centro de Gravedad (CG) de un cuerpo es el punto donde se encuentra en equilibrio,
consideramos dos casos:
Cuerpos homogéneos y de forma geométrica definida se encuentra en el centro de simetría
del cuerpo. Ejemplo cuerpos de forma circular, esférica, etc.,
Cuerpos heterogéneos el centro de gravedad de un objeto hecho de distintos materiales
puede estar muy lejos de su centro geométrico, por ejemplo una esfera hueca y llena de plomo
hasta la mitad, en este caso el CG no coincidirá con su centro geométrico sino que estará en algún
lugar de la parte con plomo en este caso El centro de gravedad dependerá de la masa y de sus
dimensiones.
Fuerzas no concurrentes
Las fuerzas concurrentes son aquellas que actúan en un solo punto, Al referirnos a cuerpos rígidos
las fuerzas no actúan en un mismo punto in embargo, hay muchos casos en los cuales las fuerzas
que actúan en un objeto no tienen un punto común de aplicación a las cuales denominaremos
fuerzas no concurrentes.
Línea de acción
Consideramos a una línea imaginaria donde actúan las fuerzas como se indica en el gráfico.
Brazo de palanca (b)
La distancia perpendicular del eje de rotación a la línea de acción de una fuerza
recibe el nombre de
brazo de palanca de esa fuerza. Es decir es la distancia
entre dos fuerzas opuestas que provocan un movimiento circular, y al describir
esta una circunferencia suele llamarse radio de giro.
Momento de Fuerza o Torque
El momento de una fuerza o momento de torsión se puede definir como la
tendencia a producir un cambio en el movimiento de rotación.
Como ya
vimos, tanto la magnitud de una fuerza F
Tomando en cuenta el movimiento de las manecillas del reloj consideramos:
positivo en sentido anti horario, y negativo en sentido horario.
Las unidades del momento de torsión son unidades de fuerza por longitud, es
decir en Newton x metros (N • m)
Se establece entonces la primera condición de equilibrio es la sumatoria de
todas las fuerzas igual a cero es decir:
∑𝐹 = 0
∑ 𝐹𝑥 = 0
∑ 𝐹𝑦 = 0
Y la segunda condición de equilibrio se considera al equilibrio rotacional
como:
∑𝑀 = 0
Pregunta de opción múltiple:
Cuando la suma de las fuerzas y momentos que actúan sobre un cuerpo es
igual a cero entonces el cuerpo posiblemente
A) Está en reposo.
B) Se mueve con velocidad constante.
C) Está en equilibrio traslacional.
D) Todas las anteriores.
E) Ninguna de las anteriores
Respuesta Literal D
Explicación
Cuando la fuerza neta (total) que actúa sobre un cuerpo es nula, implica que el
cuerpo se encuentra en estado inercial, por lo tanto, puede estar en reposo o
con velocidad constante. Además implica un equilibrio traslacional del cuerpo.