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Resumen de Fuerzas
1. Llamamos fuerza a una interacción capaz de producir variación en la velocidad de un cuerpo o
deformarlo
2. En la naturaleza existen 4 fuerzas fundamentales:
-
La fuerza de la gravedad
o Es una fuerza a distancia que ocurre entre dos cuerpos que poseen masa
o Es siempre atractiva y mutua
௠ ൉௠
o ‫ ܨ‬ൌ ‫ ܩ‬భమ మ
௥
o
o
o
o
o
-
F es el módulo de la fuerza. La dirección y sentido es en dirección hacia el otro cuerpo.
G es una constante, que vale… G = 6’67·10-11 en sistema internacional
m1 y m2 son las masas de los respectivos cuerpos
r es la distancia que hay entre los dos cuerpos
Es la fuerza más débil de las 4 que hay. Pero al acumularse una gran cantidad de masa en
las estrellas y planetas acaba siendo la predominante en el Universo
La fuerza eléctrica
o Es una fuerza a distancia que ocurre entre dos cuerpos que poseen carga eléctrica
o Si una fuerza mutua, atractiva entre cargas de distinto signo y repulsiva entre cargas de
igual signo
௤ ൉௤
o Fórmula:
‫ ܨ‬ൌ ݇ భ௥మ మ
o
F es el módulo de la fuerza. La dirección y sentido es en dirección hacia el otro cuerpo.
k es una constante, que vale… k = 9·109 en sistema internacional
q1 y q2 son las cargas de los respectivos cuerpos. Sean positivas o negativas para el
cálculo del módulo las pondremos positivas (el signo solo importa para la dirección)
r es la distancia que hay entre los dos cuerpos
Muchas otras fuerzas, como la de un muelle, la del rozamiento, provienen indirectamente
de ésta.
-
La fuerza nuclear fuerte.
o Es la fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones juntos en el núcleo del átomo
o Pasa casi imperceptible porque a distancias mayores de 10-15m no actua
o Tal como dice su nombre, es muy fuerte, porque mantiene unidos a los protones y
neutrones, a pesar de que los protones son todos de carga + y están a muy poca distancia,
por lo que la fuerza eléctrica es intensísima y de repulsión.
o Es una fuerza de atracción
-
La fuerza nuclear débil
o Es una interacción que interviene en las desintegraciones nucleares
o Básicamente es la que interviene cuando un neutrón se “rompe” en un protón y un
electrón, o el proceso “casi inverso”, cuando un protón se convierte en un neutrón más un
positrón
3. Cómo trabajar con varias fuerzas actuando sobre un mismo cuerpo
Obtendremos la fuerza resultante, que es una única fuerza que equivale a la suma vectorial de todas las
fuerzas implicadas
Para sumar varios vectores y hallar el resultante:
- se pone uno a continuación del otro
- La resultante será el vector que vaya del origen del primero al extremo del último
5. Otras manifestaciones de la fuerza:
• La fuerza normal
- Es una fuerza perpendicular a la superficie de un suelo o paredes cuya misión es impedir que un
cuerpo se hunda en el suelo o atraviese una pared.
- Esta fuerza será igual pero de sentido contrario a la que nosotros ejercemos sobre ese pared o
suelo.
• La fuerza elástica de un muelle
Si tenemos un muelle con una una longitud natural dada, si lo estiramos o contraemos el muelle
reacciona haciendo una fuerza en sentido contrario al desplazamiento
Fórmula:
F = − k·∆x
es decir, la fuerza es proporcional al desplazamiento
El sentido es contrario al desplazamiento que hicimos. Si desplazamos un extremo hacia la
derecha la fuerza en ese extremo será hacia la izquierda. Por eso aparece un signo menos
F es el módulo de la fuerza
k es la constante de recuperación, y es propia de cada muelle
∆x es el desplazamiento, lo que ha aumentado de longitud el muelle
Esta ley se cumple siempre que no estiremos el muelle más allá de un límite
Esto es el principio del funcionamiento del dinamómetro.
• L a fuerza de rozamiento entre dos cuerpos. Puede ser de varios tipos
+ Fuerza de rozamiento estática.
Impide que un cuerpo que está inmóvil se ponga en movimiento cuando le aplicamos una
fuerza. Esta fuerza de rozamiento estática siempre se opone a la fuerza que hacemos.
Puede tomar valores desde 0 hasta un valor máximo dado por FROZ.EST.MAX = µs·N
Es decir, si nosotros hacemos una fuerza menor que FROZ.EST.MAX entonces el cuerpo no se moverá
Pero si hacemos una fuerza mayor entonces el cuerpo empieza a moverse, y entonces actúa la
fuerza de rozamiento cinetica.
Ej: Imagina que FROZ.EST.MAX = 5 newtons
Si no hacemos fuerza alguna, entonces F=0, y FROZ.EST = 0
Si hacemos una fuerza F=2, entonces la FROZ.EST = 2 pero en sentido contrario, por tanto el
cuerpo no se mueve, el ser SUMA FUERZAS = 0
Si hacemos una fuerza F=4, entonces la FROZ.EST = 4 pero en sentido contrario, por tanto el
cuerpo no se mueve, el ser SUMA FUERZAS = 0
Si hacemos una fuerza F=6, entonces la FROZ.EST = 5 , porque no puede pasar de 5, que es el
máximo, y en sentido contrario, por tanto el cuerpo se mueve, el ser SUMA FUERZAS ≠ 0
+ Fuerza de rozamiento dinámica.
Es una fuerza de contacto que siempre tiende a frenar a un cuerpo que se desliza junto a otro.
Siempre va en sentido es el contrario al de la velocidad
Sólo existe mientras hay velocidad, y toma siempre el mismo valor: FROZ.CIN = µk·N
µs y·µ
µk· dependen de los materiales en contacto
µs >·µ
µk· (esto es el fundamento del sistema de frenado ABS)
+ Fuerza de rozamiento sólido-fluido.
Ocurre cuando un sólido se desplaza en el seno de un fluido.
La resistencia del fluido va frenando al solido, por tanto esta fuerza va también en sentido
contrario a la velocidad del sólido.
Si la velocidad es baja entonces la fuerza es proporcional a v:
Faire = − kL · v
Faire = − kT · v2
Pero si la velocidad es alta entonces es proporcional a v2:
Esas constantes kL y kT dependen de la forma del sólido.
Ejemplo de caída libre con rozamiento con el aire
Si dejamos caer un cuerpo, inicialmente v=0 y Faire = 0.
El cuerpo se acelera debido a una F = Fg – Faire = 9’8 – 0 = 9’8 newton hacia abajo
Como hay aceleración, al poco el cuerpo ya lleva una pequeña velocidad y por tanto ya hay un
pequeño rozamiento con el aire, por ejemplo Faire = 1 (sentido contrario a la velocidad).
El cuerpo se acelera debido a una F = Fg – Faire = 9’8 – 1 = 8’8 newton hacia abajo.
Sigue con aceleración (aunque menor que la inicial), por tanto la velocidad sigue aumentando.
Como la velocidad aumenta también aumenta el rozamiento con el aire, por ejemplo Faire = 8
El cuerpo se acelera debido a una F = Fg – Faire = 9’8 – 8 = 1’8 newton hacia abajo.
Sigue con aceleración, pero ya es muy pequeña, por tanto la velocidad aumenta, pero muy poco
La velocidad llega a un momento en que Faire = Fg
En ese momento F = Fg – Faire = 0 newton.
A partir de ese momento el cuerpo sigue cayendo con velocidad constante.
A esa velocidad se la llama velocidad terminal.
6.Leyes de Newton
1ª.- Si la fuerza resultante sobre un cuerpo es cero, este mantendrá la velocidad que tenía
2ª.- ΣF = m·a
3ª.- Ley de acción y reacción: F12 = -F21
7.Como resolver problemas de fuerzas.
Si es un problema de estática entonces ΣF = 0
Si es un problema con movimiento:
1
ΣF = m·a
de aquí obtenemos la aceleración
Una vez tengo la aceleración sigo como un problema de cinemática