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Instrucciones
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Las Fuerzas
Esta presentación muestra como obtener las
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SEGUNDA LEY DE NEWTON
PROF. ELBA M. SEPÚLVEDA
Noviembre 2010
ecuaciones para contestar problemas de fuerzas
en una dimensión.
Puedes leer cada problema e intentar resolverlo.
Luego puedes cotejar tu solución con la solución
demostrada en la próxima página.
Cualquier duda puedes escribirme a
[email protected]
Prof. Elba M. Sepúlveda
Reflexión
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Las fuerzas
Es excelente tener la
fuerza de un gigante,
pero es tiránico usarla
como un gigante.
William Shakespeare
Prof. Elba M. Sepúlveda
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DIAGRAMAS DE FUERZAS
Prof. Elba M. Sepúlveda
No sabía
que esta era
una clase de
arte…
El objetivo es ser
capaz de representar
el movimiento en
formas diferentes
Diagramas de fuerzas
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Fuerza de fricción
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FN
Es la resistencia al movimiento entre
Ff
Fa
dos objetos en contacto.
Es una fuerza electromagnética que se
debe a la atracción transitoria entre
los puntos de contacto
Actúa paralela a las 2 superficies en
contacto y en dirección opuesta al
movimiento
Ff = µ FN
Donde Ff =
fuerza de
fricción
µ = coeficiente
de fricción
FN = fuerza
normal
W
Siempre haz diagramas y dibujos…!!!!
Prof. Elba M. Sepúlveda
Prof. Elba M. Sepúlveda
F=µN
Fricción
Fuerza normal
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Fricción estática
Se opone a que el objeto comience a moverse
Fuerza que mantiene las superficies en contacto
Fricción cinética
Ocurre cuando el objeto se encuentra en
movimiento
Fricción estática > Fricción cinética
Fs > Fk
Prof. Elba M. Sepúlveda
y se escribe como: FN o N. En ocasiones tiene
una magnitud igual al peso pero en dirección
contraria.
Es perpendicular a las superficies en
contacto.
FN = -W
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Fuerza aplicada
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Fuerza que se hace sobre un objeto
Ejemplos empleando las
Leyes de Newton
Puede causar movimiento
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Depende del punto de vista del
investigador
Tiene que vencer la fuerza de fricción para
causar un movimiento . No es el único
caso, también puede haber movimiento
cuando hay velocidad constante.
Se escribe como FA y en ocasiones puede
escribirse como T (tensión)
Prof. Elba M. Sepúlveda
Prof. Elba M. Sepúlveda
Reflexión
Instrucciones…
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El amor por la
Ningún ejército puede
detener la fuerza de una
idea cuando llega a
tiempo.
Victor Hugo
Prof. Elba M. Sepúlveda
fuerza nada vale, la
fuerza sin amor es
energía gastada en
vano.
Albert Einstein
Ahora discutiremos varios casos en los que se
utiliza el análisis de fuerzas y sus respectivos
diagramas para obtener las ecuaciones.
Se intercalan ejemplos para ayudar a coprender
los conceptos los cuales puedes contestar antes de
ver la respuesta.
Luego puedes cotejar tu solución con la solución
demostrada en la próxima página.
Cualquier duda puedes escribirme a
[email protected]
Prof. Elba M. Sepúlveda
Segunda Ley de movimiento de Newton
Segunda ley de Newton en acción
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Ejemplo de aceleración negativa o deceleración
Establece: Cuando una fuerza no
balanceada actúa sobre un objeto, este se
acelera.
La aceleración varía directamente con la
fuerza aplicada no balanceada y tendrá la
misma dirección que esta.
F=ma
Prof. Elba M. Sepúlveda
Prof. Elba M. Sepúlveda
Fuerza neta… en resumen…
Caso #1 Velocidad constante
FN
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Ff
Determina la fuerza neta cuando el
objeto de masa m = 100 kg se mueve a
la derecha a velocidad constante,
se encuentra sobre una superficie
horizontal y se le aplica una fuerza de
250N.
FA
W
Fneta = ma = ΣFx
FN = -W
Prof. Elba M. Sepúlveda
FN = W
(magnitud)
Fneta = suma de fuerzas
Fneta= FA – Ff
Como viaja a velocidad
constante entonces:
F= ma= 0
FA = F f
Ff = 250 N = FA
Prof. Elba M. Sepúlveda
Datos importantes:
Masa y/o peso del
objeto
Velocidad constante
a=0
Fuerza aplicada
Superficie horizontal
Fuerza neta=F=ma=
fuerza no balanceada
Balanceo de Fuerzas…
Ejemplo para velocidad constante
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Un objeto que pesa 50N se mueve sobre el piso
a la derecha a una velocidad constante. Si se le
aplica una fuerza de 20 N
A) Determina el coeficiente de fricción
B) Si se coloca una pesa de 30 N sobre el
bloque, qué fuerza se requerirá para mantener
al bloque y a la pesa viajando a una
F
velocidad constante? Haz el diagrama
N
Ff
Prof. Elba M. Sepúlveda
Caso #2 – Sin fricción
FN
Ff
µ=Ff/FN = FA/W = 20N/50N
Fg=20 N
Ff
µ = 2/5 =
**no tiene unidades
W
FN
Determina la fuerza neta cuando un
W2 = 30N
WT= 80N
µ=0.40
F
FA = Ff = µFN
=(.40) (80N) = 32 N
FA = 32N – La fuerza aplicada necesaria
f
Prof. Elba M. Sepúlveda
Fg
W= 50N
WT = FN en magnitud
W1= 50N
FN
20
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µ=0.40
W= 50N
Prof. Elba M. Sepúlveda
Resultado del ejemplo
Fg=20 N
WT= 50N+30N
Fg=20 N
objeto de masa m = 25 kg se
encuentra sobre una superficie
horizontal, se le aplica una fuerza de
150N y no hay fuerza de fricción.
Determina su aceleración
Prof. Elba M. Sepúlveda
FN
Discusión caso #2
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Aumenta su velocidad;
Fg
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0
Superficie sin fricción
Caso #3 Faplicada y Ff
Ff
Determina la fuerza neta cuando el
W
A)
hay aceleración
Superficie horizontal
Masa=25 kg
Fuerza aplicada 150N
Fuerza neta=??
FN = W en magnitud
objeto de masa m = 25 kg se encuentra
sobre una superficie horizontal, se le
aplica una fuerza de 100N y la fuerza de
fricción es de 10N.
Determina la aceleración
Fneta = ma = ΣFx= FA –
Ff
Fneta = suma de fuerzas
Fneta = FA = 150N
B)
FN
FA = ma
a =FA/m
Ff
= 150N/25kg =
a=6m/s2, derecha
Prof. Elba M. Sepúlveda
Discusión caso #3
Caso#4 – Objetos lanzados
FN
Ff
Fg
Sin fricción
Aumenta la velocidad
FA =100N
Ff = 10N
Fneta = ma = ΣFx= FA –
Ff
100N –10N = 90N
Fneta = 90N, derecha
Prof. Elba M. Sepúlveda
FA
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Superficie horizontal
m = 25 kg
W
Prof. Elba M. Sepúlveda
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Fneta = ?
Fg
6m/s2
W
Determina la
aceleración
m = 25 kg
Fneta = ma
a= F neta /m=
90N/25kg=
=3.6 m/s2
a= 3.6 m/s2, derecha
Se lanza una bola directamente
hacia arriba. Si su masa es de
0.51 kg y la fuerza aplicada es de
20N, arriba,
¿Cuál será la fuerza neta?
¿Cuál será su aceleración?
****considera las fuerzas que ocurren cuando
R
W
sube, baja o si se encuentra atado a una cuerda.
¿Puede haber resistencia del aire ?
Prof. Elba M. Sepúlveda
FA
Discusión caso#4
Caso#5 Elevadores
T
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Suspendido en aire
Un elevador lleno de personas se
Lanzado hacia arriba
Se le aplica una fuerza
Fneta = ma = ΣFx= FA – W
m= 0.51 kg
Fneta = 20N – 5.0N
FA =20N, arriba
Fneta = 15.0N
g=9.81m/s2
Fneta = 15.0N, arriba
W= mg
¿Cuál será su aceleración?
= (0.51 kg) (-9.81m/s2)
a= Fneta /ma
-5.0N
= 15.0N/0.51kg
W= 5.0N, abajo
= 2.94 m/s2, arriba
a= 29
W= 5.0N, abajo
m/s2
R
W
Considera el elevador cuando sube, baja o se
mueve a velocidad constante
¿Puede haber resistencia del aire?
, arriba
Discusión caso#5
Prof. Elba M. Sepúlveda
FA
Considera otros casos…
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Suspendido en aire
T
Se le aplica una fuerza
Fneta = ma = ΣFx= T – W
m= 500 kg
Fneta = 5000N – 4905N
T=FA =5000N, arriba
g=9.81m/s2
W= mg= (500 kg) (-9.81m/s2)
-4905N
W= 4905N, abajo
Prof. Elba M. Sepúlveda
Lanzado hacia abajo
Fneta = 95N
Fneta = 95N, arriba
¿Cuál será su
aceleración?
a= Fneta /ma =
95N/500kg
= 0.19 m/s, arriba
a= 0.19 m/s2 , arriba
T
mueve directamente hacia arriba.
Si la masa es de 500 kg y si la
tensión del cable es 5000N,
arriba,
¿Cuál será la fuerza neta?
¿Cuál será su aceleración?
a= 29 m/s2 , arriba
Prof. Elba M. Sepúlveda
halado hacia arriba
FA
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R
W
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Pase de futbol
R
W
Caída libre
Velocidad terminal
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Caída libre- ocurre cuando es el
peso la única fuerza que actúa sobre
un objeto
Resistencia del aire- es una fuerza
de fricción del aire contra un objeto.
Esta fuerza es en dirección opuesta
al movimiento y depende de la
forma del objeto
Prof. Elba M. Sepúlveda
Es una velocidad constante debido a la resistencia
del aire y cuando esta iguala el peso del objeto
Peso = resistencia del aire
W= mg= Fr
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Problemas asignados
Referencias
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Física: Una Ciencia para Todos
Capítulo 5
19 al 29 impares páginas 86 a la 88
Problemas A 1 al 4 página 92
Problemas B 1 y 2 página 93
Física Principios y Problemas
Capítulo 6
Problemas 1-21 páginas 119-141 impares
Prof. Elba M. Sepúlveda
Murphy, J. T. Zitzewitz, P.W., Hollon J.M
y Smoot, R.C. (1989). Física: una
ciencia para todos [traducción
Caraballo, J. N. Torruella , A. J y Díaz
de Olano, C. R.]. Ohio, Estados Unidos:
Merril Publishing Company.
Zitzewitz, P.W. (2004). Física principios y
problemas [traducción Alonso, J.L.y
Ríos Martínez, R.R.]. Colombia:
McGraw- Hill Interamericana Editores,
S. A. de C. V.
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Preparado por
Prof. Elba M. Sepúlveda, MA.Ed.
©2010