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Unidad II Borrador (Faltan Modificaciones)

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  • 1. Eje: “Fuerza y Movimiento” 7°Básico Prof. Aníbal Carvajal S.
  • 2. Objetivo “Identificar los principalesconceptos que se asocian a la fuerza y la gravedad.”
  • 3. Ley de la Gravitación Universal, de Newton. Todos hemos oído el relato del episodioen que cayó una manzana sobre el jovenIsaac Newton, cuando estaba sentado a lasombra de un manzano. Este incidentepuso a pensar a Newton en la caída de loscuerpos y le llevó, a la edad de 23 años, aldescubrimiento de la ley de la gravitaciónuniversal.Con frecuencia se ha cometido laequivocación de decir que Newtondescubrió la gravedad. Lo que Newtondescubrió, fue la ley de la gravitaciónuniversal. Cualquier par de cuerpos seatraen entre si con una fuerzadirectamente proporcional al productode sus masas e inversamenteproporcional al cuadrado de la distanciaque los separa.
  • 4. Si consideramos ahora la atracción que hayentre un cuerpo muy grande como la Tierra yotro objeto como nuestro propio cuerpo,la fuerza resulta ser bastante grande y fácilde medir, ya que es nuestro propio peso. Estaes la fuerza que nos mantiene en contacto conla Tierra.
  • 5. La atracción gravitacional mantiene a la Luna en suórbita en torno de la Tierra y a la Tierra en su órbita alrededor del Sol.
  • 6. Cuandopreguntas a uncompañero:¿Cuánto pesas tu?,realmente le estáspreguntando:¿Con qué intensidadla fuerza degravedad te atraehacia el centro dela Tierra?El peso, es decir, la fuerza de atracción gravitacional, es diferenteen la Luna, en la Tierra y en Júpiter, pero la cantidad de materia deun cuerpo es la misma en cualquier lugar del universo.
  • 7. Calcula el peso para las siguientesmasas: TIERRA LUNA 60Kg 20Kg 5Kg 44Kg 22.5Kg 5gr 1gr 1gr
  • 8. Como el peso es una fuerza, utilizamosun instrumento llamado Dinamómetro yla unidad que se usa es el Newton.El newton se define como la fuerzanecesaria para proporcionaruna aceleración de 1 m/s2a unobjeto de 1 kg de masa.
  • 9. ¿Que medidas debemos usar? Hay una preferencia creciente entre los científicos y los profesores de física, por el uso del kilogramo y el metro en lugar del gramo y el centímetro como unidades de masa y longitud. Conforme al sistema MKS (metro, kilogramo, segundo), la unidad de fuerza, llamada newton en honor a Sir Isaac Newton. El newton se define como la fuerza que al aplicarse a una masa de 1 kilogramo, le produce una aceleración de 1 m/seg2.
  • 10. La Masa El concepto de masa apareció en la física de Isaac Newton en la segunda mitad del siglo XVII. Newton identificó la masa como la cantidad de materia que forma el cuerpo. Generalmente se tiende a confundir estos dos conceptos, sin embargo, cada uno de ellos se mide con instrumentos diferentes y las magnitudes que representan son absolutamente distintas.
  • 11. LAS UNIDADES BÁSICASUna unidad básica es la que no se puede definir de otra.El Sistema Internacional define las unidades para un conjunto de 7magnitudes básicas: longitud, masa, tiempo, temperatura, intensidad decorriente eléctrica, intensidad luminosa y cantidad de sustancia. La listade estas unidades básicas, así como su nombre y símbolo. Magnitud Nombre Símbolo longitud metro m masa kilogramo kg tiempo segundo s temperatura termodinámica kelvín K intensidad de corriente eléctrica ampere A intensidad luminosa candela cd cantidad de sustancia mol mol
  • 12. Objetivo“Relacionar los conceptos de Fuerza, Masa y Aceleración en la solución de problemas simples.”
  • 13. Fuerza toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producirle una deformación.Cuando un cuerpo modifica su estado de reposo o de movimientodecimos que sobre él ha actuado una fuerza, y que ésta ha producidoun efecto dinámico.
  • 14. Elementos de la Fuerza la unidad de fuerza del Sistema Internacional es el Newton. Cuyo símbolo es N. Para medir las fuerzas se utilizan unos instrumentos llamados dinamómetros basados en que la deformación producida por una fuerza es proporcional a dicha fuerza. En toda magnitud vectorial como la fuerza, debemos considerar los siguientes elementos: 1. Punto de aplicación, que es el lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza. 2. La dirección, que queda señalada por la recta según la cual se manifiesta la fuerza. 3. El sentido, ya que en toda dirección hay dos sentidos opuestos. 4. El valor absoluto o intensidad de la fuerza (los matemáticos la llaman “norma").
  • 15. Aceleración Para que haya aceleración tiene que producirse una variación en lavelocidad, como en los dos dibujos primeros. En el tercer caso no hayaceleración (a = 0), pues el ciclista marcha manteniendo constante su velocidad
  • 16. Aceleración  La aceleración mide directamente la rapidez con que cambia la velocidad.si un automóvil lleva unavelocidad de 50 km/h y despuésde 1 segundo el velocímetrocambia a 55 km/h se puededecir que su velocidad varió 5km/h en 1 segundo. En otraspalabras, el concepto deaceleración siempre se relacionacon un cambio en la velocidad.
  • 17. Interesante Esta aceleración que se da en el movimiento de caída libre se llama aceleración de gravedad; suele representarse con la letra g y tiene un valor igual a 9,8 m / s2 en el vacío. Este número indica que cuando un cuerpo está en caída libre, su velocidad aumenta en 9,8 m/s2 en cada segundo que transcurre. Si el cuerpo es lanzado hacia arriba, en dirección vertical, su velocidad disminuye en 9,8 m/s2 en cada lapso de un segundo. Esta aceleración es independiente del peso del cuerpo.
  • 18. Ley de Newton Según la Primera ley de Newton, “todo cuerpo en reposo que reciba una fuerza experimenta un cambio”. Newton se basó en la teoría de Galilei (sin roce los cuerpos no se detienen) para establecer su Ley de la Inercia: “un cuerpo que se encuentra en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme, tiende a mantener ese estado siempre que no sea afectado por algún tipo de fuerzas”.
  • 19. Fuerza, masa y aceleración La Segunda ley de Newton: Todos los objetos que en movimiento están variando continuamente su velocidad, adquieren aceleración. El cambio de velocidad (aceleración o deceleración) de un cuerpo es producido por un desequilibrio entre las fuerzas que actúan sobre él. Esta aceleración o deceleración del objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el. La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2
  • 20. Movimiento Rectilíneo La rapidez se calcula o se expresa en relación a la distancia recorrida en cierta unidad de tiempo y su fórmula general es la siguiente: v = rapidez d = distancia o desplazamiento t = tiempo Usamos v para representar la rapidez, la cual es igual al cociente entre la distancia (d) recorrida y el tiempo (t) empleado para hacerlo.
  • 21. Como corolario, la distancia estará dada por lafórmula:Según esta, la distancia recorrida por un móvil seobtiene de multiplicar su rapidez por el tiempoempleado.A su vez, si se quiere calcular el tiempo empleado enrecorrer cierta distancia usamos:
  • 22. Ejercicio 1Un automóvil se desplaza con una rapidez de 30 m porsegundo, con movimiento rectilíneo uniforme. Calcule ladistancia que recorrerá en 12 segundos.Analicemos los datos: Entonces:
  • 23. Ejercicio 2 El automóvil de la figura se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme ¿cuánto demorará en recorrer 258 kilómetros si se mueve con una rapidez de 86 kilómetros por hora? Entonces:
  • 24. Ejercicio 3 ¿Con qué rapidez se desplaza un móvil que recorre 774 metros en 59 segundos? Entonces:
  • 25. Ejercicio 4 Los dos automóviles de la figura parten desde un mismo punto, con movimiento rectilíneo uniforme. El amarillo (móvil A) se desplaza hacia el norte a 90 km por hora, y el rojo (móvil B), hacia el sur a 80 km por hora. Calcular la distancia que los separa al cabo de 2 horas.
  • 26. Ejercicio 5 El corredor de la figura trota de un extremo a otro de la pista en línea recta 300 m en 2,5 min., luego se devuelve y trota 100 m hacia el punto de partida en otro minuto. Preguntas: ¿Cuál es la rapidez promedio del atleta al recorrer ambas distancias? ¿Cuál es la rapidez media del atleta al recorrer los 400 metros?
  • 27. Movimiento de Caída Libre La aceleración en los movimientos de caída libre, conocida como aceleración de la gravedad, se representa por la letra g y toma un valor aproximado de 9,81 m/s2 (algunos usan solo el valor 9,8 o redondean en 10). Si el movimiento considerado es de descenso o de caída, el valor de g resulta positivo como corresponde a una auténtica aceleración. Si, por el contrario, es de ascenso en vertical el valor de g se considera negativo, pues se trata, en tal caso, de un movimiento decelerado.
  • 28. Para resolver problemas con movimiento de caídalibre utilizamos las siguientes fórmulas: Algunos datos o consejos para resolver problemas de caída libre: Recuerda que cuando se informa que “Un objeto se deja caer” la velocidad inicial será siempre igual a cero (v0 = 0). En cambio, cuando se informa que “un objeto se lanza” la velocidad inicial será siempre diferente a cero (v0 ≠ 0).
  • 29. Ejercicio 1 Desde la parte alta de este moderno edificio se deja caer una pelota, si tarda 3 segundos en llegar al piso ¿cuál es la altura del edificio? ¿Con qué velocidad impacta contra el piso? Paso 1, calculando Vf :
  • 30. Paso 2, calculando h : Respuesta: La pelota se deja caer desde una altura de 44,15 metros e impacta en el suelo con una velocidad de 29,43 metros por segundo.
  • 31. A aceleración (a) se define matemáticamente como: variación de la velocidad a = —————————————— intervalo de tiempo transcurrido vf — vi velocidad final — velocidad inicial a = ——————————————— tf — ti tiempo final — tiempo inicial
  • 32. kg
  • 33. Problemas1) Un cohete parte del reposo con aceleración constante y logra alcanzar en 30 s una velocidad de 588 m/s. Calcular:a) Aceleración.b) ¿Qué espacio recorrió en esos 30 s?
  • 34.  Datos: v0 = 0 m/s vf = 588 m/s t = 30 s Ecuaciones: (1) vf = v0 + a • t (2) x = v0 • t + a • t ²/2 a) De la ecuación (1): vf = v0 + a • t vf = a • t a = vf/t a = (588 m/s)/(30 s) a = 19,6 m/s ²
  • 35. Problema N°2 Un móvil que se desplaza con velocidad constante aplica los frenos durante 25 s y recorre 400 m hasta detenerse. Calcular: a) ¿Qué velocidad tenia el móvil antes de aplicar los frenos? b) ¿Qué desaceleración produjeron los frenos?.
  • 36. Problema N°3 ¿Cuánto tiempo tardará un móvil en alcanzar una velocidad de 60 km/h, si parte del reposo acelerando constantemente con una aceleración de 20 km/h ²?
  • 37. Problema N°4 Un móvil parte del reposo con una aceleración de 20 m/s ² constante. Calcular: a) ¿Qué velocidad tendrá después de 15 s?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 15 s?.

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