Download las fuerzas

LAS FUERZAS
La Dinámica es la parte de la Mecánica que estudia las causas del movimiento,
mientras las Estática es el estudio de los cuerpos en equilibrio.
1) Qué son las fuerzas
► Definición: “Fuerza es ……………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….………”
Por tanto, distinguimos entre:
- efectos……………………..
- y efectos……………………. de una fuerza.
► Una fuerza es el resultado de una interacción entre cuerpos. Hay fuerzas que se
ejercen
entre
cuerpos
que
están……………………………..
y
otras……………………….
Fuerzas (Interacciones)
Fundamentales
Se debe…
Es la responsable de…
Gravitatoria
Electromagnética
Nuclear Débil
Nuclear Fuerte
○ Comentarios a la tabla:
- Hacia abajo, aumenta la intensidad de las fuerzas y disminuye su alcance.
- Hoy en día, se ha unificado la fuerza electromagnética con la nuclear débil,
conociéndose como fuerza electrodébil.
► La fuerza es una magnitud………………. . Para definirla, además del módulo
(intensidad) hay que indicar su ……………………., …………………… y
…………………………………… .
En el S.I., se mide en newton (N):
1
► Operaciones con fuerzas.
● A menudo ocurre que dos o más fuerzas actúan sobre un cuerpo (fuerzas
concurrentes, cuyas direcciones …………………………………………..) . Piensa, por
ejemplo, en dos caballos que tiran de un carro. En este caso, cuando dos o más fuerzas
actúan a la vez, sus efectos se suman. En otras ocasiones, los efectos se restan, por
ejemplo, dos niños disputándose un paquete de chucherías.
● El conjunto de las fuerzas se puede sustituir entonces por una sola fuerza, llamada
fuerza resultante, que es ……………………………………………………………….
● CASOS: ¿Cómo se calcula gráficamente? Realizando operaciones con vectores.
○ Fuerzas que actúan en la misma dirección:
○ Igual sentido:
○ De distinto sentido:
○ Fuerzas concurrentes con distinta dirección:

F1
REGLA DEL P……………………
(válida para más de dos fuerzas concurrentes)
REGLA DEL P…………………….
2
2) Efectos estáticos: Las fuerzas y las deformaciones
Clasificación de los cuerpos, según su comportamiento ante una fuerza
Ej.: una lámina de plomo
Elásticos
Se deforman y no recuperan su forma original
cuando desaparece la fuerza, quedan deformados
permanentemente.
► La ley de Hooke
Enunciado: “cuando se aplica una fuerza a un muelle,
…………………………………………………………………
…………………………………………………………………
……………………….. “
Donde,
k: es la constante de …………………………………………..
y se mide en ………………………… (S.I.)
∆l: …………………………………………………………..…
…………………………………………………………………
► El dinamómetro
- Es un aparato que sirve para medir fuerzas.
- Se fundamenta en medir la deformación que produce un objeto en un
muelle.
- Se rige por la ley de ……………
ACTIVIDADES
√ Resumen en el cuaderno de los puntos 1, 2, 3.1 y 3.2
√ ¿De qué depende el comportamiento de un cuerpo ante una fuerza?
√ Diferencia entre límite de elasticidad y límite de rotura.
√ Pág. 39. Actividad 4.
√ Al sumar el vector a (-2, 4) y el vector b (1, 0) ¿Qué vector c se obtiene?
√ Realiza y comenta la experiencia sobre la ley de Hooke de la página 36.
√ Si un muelle experimenta un alargamiento de 2 cm al aplicarle una fuerza de
10 N, ¿cuánto se alargará al colgarle una pesa de 4 N de peso? (Sol: 0,8 m)
3
3) Efectos dinámicos: Las fuerzas y el movimiento.
► Principio de Inercia de Galileo:
● En la antigua Grecia, Aristóteles (384322
A.c.) concluyó que el estado natural de los cuerpos era el reposo y que todo cuerpo que
se mueve es movido por otro cuerpo, si no, todo cuerpo en movimiento disminuye su
velocidad hasta pararse.
● Galileo Galilei (1564-1642) lo negó. Realizó multitud de observaciones y estudió el
movimiento de los cuerpos en planos inclinados y superficies horizontales, y se dio
cuenta de que lo frenaba el movimiento eran las fuerzas de rozamiento (del aire y de las
superficies). Por tanto, el “estado natural” de los cuerpos no era el reposo.
Enunciado del principio de inercia:
“
“
► Principios de la dinámica
Isaac Newton (164-1727) completó el trabajo de
Galileo y publicó su obra “Principios Matemáticos de
la Filosofía Natural”, donde expresó sus conclusiones
en leyes o principios, conocidos como los
PRINCIPIOS
FUNDAMENTALES
DE
LA
DINÁMICA:
● Primer principio o LEY DE INERCIA. En una definición actual, establece:
“Todo cuerpo permanece en reposo o en MRU a menos que sobre él
actúe una ……………… neta externa”
- Es una ampliación del principio de inercia de Galileo. El estado de reposo se identifica
con el de MRU.
- Define cualitativamente “fuerza”, como el ente capaz de producir cambios en el estado
de un cuerpo.
- Entenderemos por fuerza neta (o resultante) como la suma de todas las fuerzas
aplicadas a un objeto. Para que se produzca un cambio en el estado de movimiento, la
fuerza neta debe ser …………………..cero.
- Condición de equilibrio: un cuerpo está en equilibrio cuando no actúa ninguna fuerza
sobre él o bien cuando actúan varias fuerzas concurrentes de forma que la resultante sea
nula (sumatorio de fuerzas igual a cero)
4
● Segundo principio o principio fundamental de la Dinámica.
Determina cómo se producen los cambios en el movimiento cuando un cuerpo
está sometido a la acción de una fuerza neta (claro está, distinta de cero).
“Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza, le provoca una
………………….. de la misma dirección y sentido de la fuerza,
de forma que:
F=m . a”
Donde,
○ m es la masa (cantidad de materia) del cuerpo. Magnitud escalar que en el S.I
se expresa en kg.
○ a es la aceleración. Magnitud vectorial que en el S.I es expresa en …………
Luego, 1 N es la fuerza que, al actuar sobre un cuerpo de 1 kg le confiere una
aceleración de 1 m/s2
- El primer principio es un caso particular del segundo. Si la/s fuerza/s que actúa/n sobre
un cuerpo es/son nulas, no existirá aceleración.
● Tercer principio o principio de acción y reacción

FLuna, Tierra

FTierra, Luna
FLuna, Tierra = FTierra, Luna
“Cuando un cuerpo ejerce una fuerza llamada ………………, el
segundo le responde con una fuerza igual y de sentido contrario
denominada ….…………….”
Las fuerzas aparecen por parejas (………………………).
-
Describe una propiedad importante de las fuerzas: las fuerzas siempre actúan en
pares: FAB = -FBA De igual magnitud y sentido contrario.
Nunca se anulan entre sí porque se aplican en objetos diferentes. Por tanto, las
aceleraciones que sufren los objetos que interactúan son ………………………
5
4) Fuerzas cotidianas
► La fuerza peso (P) es la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre los
objetos. Cuando un cuerpo cae por acción de su propio peso, se mueve con la
aceleración de la gravedad (g = 9,8 m/s2, valor que dependerá de la latitud y la altitud)
○ Para calcular el peso de un objeto, la 2ª ley de Newton se reescribirá como:
○ El peso de un cuerpo es proporcional a su masa y no es una característica intrínseca
de los cuerpos
► La fuerza normal (N) es la fuerza de reacción de un plano sobre un cuerpo que
está apoyado sobre él.
○ N es una fuerza perpendicular al plano y de sentido opuesto al de apoyo. Su valor
depende de cada situación concreta.
√ Rescribe los
pares de fuerza:
► Las fuerzas de rozamiento o fricción (FR) Son las fuerzas que se oponen al
movimiento. Estudiaremos el rozamiento de un cuerpo contra la superficie en la que se
apoya.
FR =
○ Por tanto, su intensidad depende de la fuerza ………………. Y las
…………………………………………………………… El coeficiente de rozamiento
(μ) es un número adimensional cuyo valor depende del material de las dos superficies
de contacto.
○ Distinguimos entre fuerza de fricción estática (que es la que hay que vencer para
comenzar un movimiento -se opone al inicio-) y fuerza de fricción cinética que es la que
se opone al movimiento -lo frena-). Por lo que existen dos coeficientes de rozamiento
μestático y μdinámico
Siempre: μestático
μdinámico
► La tensión de una cuerda (T)
μ= 0.5
Las cuerdas son elementos de trasmisión de fuerzas
y se utilizan para arrastrar objetos o elevarlos por
poleas.
En una cuerda de masa despreciable, la tensión es
constante a lo largo de la misma.
√ Copia el dibujo en tu cuaderno y dibuja todas
las fuerzas implicadas (diagrama de fuerzas).
6
ACTIVIDADES.
√ Busca en el diccionario el significado de la palabra INERCIA.
√ ¿Por qué equilibrio no es lo mismo que reposo?
√ Aplica los principios de la dinámica a un caso de la vida cotidiana como, por
ejemplo, cuando vamos a tirar de un carrito de la compra.
√ Calcula tu peso en la Tierra y en la Luna (gluna = 1,6 m/s2)
√ Define tensión de una cuerda
√ Actividad 14 y 15 de la página 45.
√ Conocidos los μ acero-acero = 0,15 y μacero-hielo = 0,03, si llevas unos patines de
cuchilla de acero, ¿qué podrías deducir?
√ Dibuja las fuerzas existentes en: a) una piedra después de lanzarla hacia arriba
mientras asciende; b) Un coche de juguete arrastrado por un niño sobre el suelo;
c) un columpio separado 30º de la vertical d) un jamón colgado del techo.
√ Investiga en Internet sobre otro tipo de fuerza cotidiana: las fuerzas de arrastre
5) Fuerzas y tipos de movimiento.
► MRUA.
La fuerza resultante (y por tanto la aceleración) que tiene la dirección del movimiento,
provoca cambios en el módulo del vector velocidad, pero no es su dirección. Será, pues,
una aceleración ………………………
√ Ejercicio resuelto de la Pág. 46: Un cochecito de masa 750 g está en reposo
y, de pronto, es tirado por una fuerza de 5 N. Calcula la aceleración que
adquiere, el espacio que recorre y su velocidad en 3 s. ¿Qué ocurrirá si la fuerza
de 5 N desaparece?
● ESTRATEGIAS para la resolución de problemas de dinámica:
1) Identificar las fuerzas que actúan sobre el objeto de estudio. Para ello es
imprescindible trazar un DIAGRAMA DE FUERZAS, en el que aislemos cada
uno de los objetos del sistema.
2) Elegir un Sistema de Referencia (ejes X e Y)
3) Escribir la segunda ley de Newton (en forma de componentes)
4) Resolver sistema de ecuaciones para determinar cuantitativamente el valor de la
aceleración.
√ Ejercicio resuelto de la Pág. 49
► MCU: La fuerza centrípeta.
La aceleración normal (aN) o centrípeta es la que mide la variación de la dirección de
la velocidad con el tiempo. Aplicando la segunda ley de Newton, si un cuerpo tiene
aceleración centrípeta, tiene FUERZA CENTRÍPETA (Fc)
√ Actividad 19, de la Pág. 51: Se coloca una piedra de 600 g en
una honda de 50 cm y se la hace girar a una velocidad constante
de 4 m/s. Dibuja la fuerza que hace girar la honda y calcula su
módulo.
7
ACTIVIDADES de repaso. A partir de la Pág. 53 del libro:
√ Ley de Hooke: 25, 29,
√ Vectores: 31
√ Fuerzas y movimiento: Ej. Res. 10 y 11; 35, 37, 38, 39, 41, 43, 47, 51, 53 y 55
6) La ley de gravitación universal.
► Introducción histórica: A lo largo de la historia se han sucedido distintos modelos
que intentan explicar el movimiento de los astros (el Sol, la Luna y los planetas) en el
universo.
Isaac Newton encontró la respuesta
definitiva a la dinámica de los planetas a
partir del estudio detallado de las Leyes de
Kepler y gracias a su genio matemático:
“Los planetas giran alrededor del Sol
describiendo ………………… …………
El Sol ejerce sobre los planetas una fuerza
de atracción gravitatoria que hace que los
planetas giren en torno a él”.
Consecuencias:
○ Síntesis newtoniana: Unificó la mecánica terrestre y celeste (las leyes que gobiernan
el movimiento de los cuerpos en la Tierra gobiernan el movimiento de los astros en el
cielo)
○ Supuso una nueva concepción mecanicista del mundo (todos los fenómenos podían
tener una interpretación a través de la mecánica, lo cual podría conducir al ateísmo)
► La ley de la gravitación universal
● Enunciado
“Todos los cuerpos del universo ………………………………………………................
………………………………………………………………………………………………
................................................................................................................................................
........................................................................................................................................ “
● Expresión matemática:
Donde:
○Mym
○d
○ G es
y su valor en el S.I.
G=
● Características de la fuerza gravitatoria:
8
○ Es una fuerza universal: todos los cuerpos con masa están sometidos a esta fuerza.
○ Es una fuerza de atracción.
○ Es un vector que tiene la dirección de la recta que une el centro de gravedad de ambos
cuerpos.
○ Solo se observa cuando uno o los dos cuerpos tienen masas muy grandes.
ACTIVIDADES
√ Qué es un modelo geocéntrico? ¿Y heliocéntrico? Pon ejemplos. Completa en
tu cuaderno la tabla de la actividad 38 de la Pág.81
√ Has un resumen de las leyes de Kepler.
√ Pág. 69: Actividades 6, 8 y 9.
● Consecuencias:
a) La fuerza peso
√ Recordemos P = m. g. Demuestra que el peso y la fuerza gravitatoria son la
misma fuerza.
√ Completa y comenta la siguiente tabla:
Astro
Tierra
Luna
Marte
Masa (kg)
6,0.1024
7,2.1022
6,5.1023
Radio (km)
6370
1740
3380
g (m/s2)
√ ¿Cómo queda la LGU para un cuerpo a una distancia h de la Tierra? Considera
h una distancia considerable.
b) El equilibrio
c) Los ciclos de las mareas.
ACTIVIDADES (A partir de la Pág. 81)
√ Ejercicio 40
√ La dinámica del universo: Ejercicio resuelto 5;
47, 48, 49 y 51.
√ Consecuencias de la LGU: Ejercicio resuelto 6;
52, 55, 57 y 62.
√ Realiza un MAPA CONCEPTUAL como cierre de la unidad.
Si quieres más información puedes consultar en:
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/dinamica/index.htm
http://educaplus.org/play-315-Leyes-de-la-din%C3%A1mica.html
http://ellaboratoriodefyq.blogspot.com/
9