Download (Primer principio de la dinámica).

UNIDAD DIDÁCTICA
DINÁMICA
En esta unidad didáctica seguimos con la parte de la Física que llamamos Mecánica, pero ahora
no queremos describir el movimiento, de lo que se encarga la Cinemática, sino que queremos
preguntarnos por las causas que provocan que los cuerpos se muevan de una forma determinada, cosa
que estudia la Dinámica.
Abordamos la Dinámica que fue construida por numerosos científicos a lo largo de los siglos
XVIII y XIX. No obstante, al igual que la Cinemática se asocia al nombre de Galileo (1564 – 1642), la
Dinámica debe gran parte de su cuerpo teórico a Newton (1642 – 1727).
A.0.- Critica la frase siguiente: “Para que un cuerpo permanezca en movimiento ha de estar
actuando una fuerza sobre el mismo”.
Una vez hemos introducido el problema que vamos a estudiar vamos a plantear el guión que
vamos a seguir:
1. Las fuerzas como interacciones entre cuerpos.
2. Clases de fuerzas. Unidades. Carácter vectorial de las fuerzas. Instrumentos de
medida. Efectos de las fuerzas.
3. Relación entre la fuerza y la velocidad. (Primer principio de la dinámica).
4. Relación entre la fuerza y la aceleración. (Segundo principio de la dinámica).
5. La cantidad de movimiento. Una nueva magnitud de la dinámica.
6. Profundización en el concepto de fuerza. (Tercer principio de la dinámica).
7. Fuerzas elásticas y de rozamiento.
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1 Las fuerzas como interacciones entre cuerpos.
A.1.- ¿Cómo interpretas las siguientes situaciones (siempre desde el punto de vista de las
fuerzas que intervienen, no hay que olvidar que estamos estudiando Dinámica)? :
a) Dejas caer un objeto que tienes en la mano.
b) Colocas dos imanes cerca y se acercan o se alejan según los coloques.
c) Una persona empuja una pared.
A.2.- Interpreta los fenómenos de la actividad anterior en el caso que:
a) No estuviera la Tierra.
b) Sólo hubiera un imán.
c) No estuviera la pared.
A.3.- Después de las actividades anteriores te será fácil responder a las siguientes preguntas:
a) ¿Por qué te duele la mano al dar un puñetazo en la mesa?.
b) ¿Por qué no cae al suelo un bolígrafo que está sobre la mesa?.
2 Clases de fuerzas. Unidades. Carácter vectorial de las fuerzas.
Instrumentos de medida. Efectos de las fuerzas.
A.4.- Indica las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en las siguientes situaciones, señalando
quién las ejerce:
a) Un cuerpo está cayendo verticalmente hacia una mesa.
b) Un imán se queda pegado a una plancha metálica.
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c) Unos papelitos se acercan a un bolígrafo que ha sido frotado con lana.
d) El cuerpo está en reposo respecto a la mesa y sobre ella.
e) El cuerpo se desliza por la mesa.
f) Una lámpara colgada del techo.
g) Un corcho flota en el agua de un estanque.
A.5.- La unidad en que se mide la fuerza en el Sistema Internacional (que es el que tenemos
que utilizar siempre), es el Newton.También se utilizan otras unidades como la dina (Sistema
Cegesimal o C.G.S.) y el kilogramo-fuerza o kilopondio. Más adelante definiremos estas unidades y
las relacionaremos adecuadamente con las unidades de las magnitudes fundamentales.
Por otro lado hay que recordar que las fuerzas son magnitudes vectoriales, es decir, que no sólo
hay que especificar la intensidad sino también la dirección y el sentido para que queden determinadas,
y podemos aplicar todo lo visto en vectores (cálculo del módulo, suma y resta de fuerzas,
transformación de coordenadas cartesianas a polares y viceversa, etc.).
Por último, el instrumento que mide las fuerzas se llama dinamómetro, y hay que diferenciarlo
de la balanza que mide masas. Piensa diferentes tipos de dinamómetros que se te ocurran.
A.6.- ¿Qué tipos de efectos pueden producir las fuerzas?
3 Relación entre la fuerza y la velocidad. (Primer principio de la
dinámica).
Hasta ahora tenemos claro que la fuerza es una interacción entre cuerpos, y no una propiedad
de los mismos; hemos visto que hay fuerzas a distancia (gravitatoria, eléctrica, magnética,...) y de
contacto (rozamiento, normal, tensión,...); y sabemos que se trata de una magnitud vectorial cuyo
módulo podemos medir con el dinamómetro y expresar sus unidades en el Sistema Internacional (SI)
en newtons.
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Vamos ahora a ver la relación con algunas de las magnitudes vistas en Cinemática.
Comenzaremos con la velocidad.
A.7.- ¿Cómo sería el movimiento de un objeto que se lanza si no estuviera la Tierra?.
A.8.- Describe el movimiento de una piedra que gira en una circunferencia vertical atada a una
cuerda, antes y después de romperse la cuerda, y si existe o no existe la Tierra.
A.9.- Describe el movimiento de un cuerpo que desliza por una superficie, cuando ésta es
rugosa y cuando es tan perfectamente pulida como para considerarla sin rozamiento.
A.10.- Contesta a las siguientes preguntas:
a) ¿Qué podemos decir sobre el movimiento de un cuerpo sobre el que no actúa ninguna
fuerza?.
b) ¿Qué podemos decir sobre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que se mueve con
MRU?.
c) ¿Qué hacemos si queremos que un cuerpo que se mueve con un MRU cambie a otro tipo de
movimiento?.
Enuncia el primer principio de la Dinámica y lee el texto de los Diálogos de Galileo.
4 Relación entre la fuerza y la aceleración. (Segundo principio de la
dinámica).
Nos debe de haber quedado claro en el apartado anterior que la fuerza no está directamente
relacionada con la velocidad, sino más bien con los cambios de ésta. En el tema anterior vimos que la
magnitud que describía esta variación era la aceleración (instantánea y vectorial).
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A.11.- Escribe la ecuación que relaciona las fuerzas con la aceleración y saca conclusiones
respecto a los valores de fuerza y aceleración en módulo, dirección y sentido.
A.12.- En esta actividad el profesor redefinirá el concepto de masa como masa inercial, y
definirá las diferentes unidades de fuerza: newton, dina y kilogramo-fuerza o kilopondio.
A.13.- Diseña un experimento para medir la masa de un objeto aplicando la definición vista en
este apartado.
A.14.- Realiza los ejercicios correspondientes a esta actividad que encontrarás al final de las
fotocopias.
5 La cantidad de movimiento. Una nueva magnitud de la dinámica.
A.15.- Un camión y una moto están en movimiento. ¿Cuál consideras que tiene una mayor
“cantidad de movimiento”?. Dar una respuesta razonada donde se indique claramente los criterios que
has manejado para dar la respuesta.
A.16.- Define la nueva magnitud y su relación con el concepto de fuerza teniendo en cuenta los
dos primeros principios de la dinámica.
A.17.- Realiza los ejercicios correspondientes a esta actividad que encontrarás al final de las
fotocopias.
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6 Profundización en el concepto de fuerza. (Tercer principio de la
dinámica).
Hemos construido dos principios de la Dinámica. Para establecer el tercero, hemos de
profundizar en el concepto de fuerza como interacción entre dos cuerpos.
A.18.- Dibuja las fuerzas que actúan sobre cada cuerpo del sistema en los casos siguientes:
a) Un libro sobre la mano.
b) Dos bolas (una de doble masa que la otra) antes, durante y después de chocar sobre un
plano sin rozamiento.
c) Un cuerpo arrastrado sobre una superficie horizontal con una cuerda (que tiene masa
despreciable) de la que se tira con una mano.
d) Dos imanes que se encuentren próximos.
e) Un cañón que dispara un proyectil.
f) Un cuerpo que cuelga del techo enganchado por un muelle.
A.19.- Una piedra dejada en libertad es atraída por la Tierra y cae al suelo, pero la Tierra es
atraída por la piedra. ¿Por qué no sube la Tierra?.
A.20.- En qué momento hace más fuerza un objeto que se lanza sobre un muelle sujeto a la
pared:
V
a) En el instante de contacto.
V
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b) Cuando
el
muelle
se
está
comprimiendo,
moviéndose aún el cuerpo.
V=0
c) Cuando está comprimido a tope y el cuerpo está
quieto.
A.21.- Al tirar el chico de la figura de la cuerda, ¿quién hace más
fuerza: el chico a la cuerda o la cuerda al chico?.
A.22.- Haz una recapitulación de los principios de la Dinámica, y realiza los ejercicios
correspondientes a esta actividad que encontrarás al final de las fotocopias.
7 Fuerzas elásticas y de rozamiento.
Ya que no disponemos de mucho tiempo para trabajar esta unidad didáctica, el profesor
explicará los siguientes apartados y se pasará directamente a la realización de ejercicios. En estos
apartados vamos a trabajar dos tipos de fuerzas características: las fuerzas elásticas y las fuerzas de
rozamiento.
A.23.- Atiende a la explicación que dará el profesor sobre las fuerzas elásticas y haz los
problemas correspondientes que encontrarás al final de las fotocopias.
A.24.- Atiende a la explicación que dará el profesor sobre las fuerzas de rozamiento y haz los
problemas correspondientes que encontrarás al final de las fotocopias.
A continuación vamos a ver una serie de anexos donde se explican conceptos relacionados con
diferentes fuerzas. En concreto se trata de conocer las expresiones para las fuerzas de atracción
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gravitatoria y electrostática, el principio de Arquímedes, el concepto de presión, el principio de Pascal
y la presión en los fluidos, incluyendo entre éstos la presión atmosférica.
A.25.- Cuando termines de ver todos los anexos, haz un mapa conceptual de lo visto en el tema.
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