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DINÁMICA. LEYES DE NEWTON. PARTE 1.

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  • 1. La dinámica estudia las causas y los cambios del movimientode los cuerpos, a diferencia de la cinemática que estudia elmovimiento de los cuerpos sin preocuparse de lo que induce aeste movimiento.Muchos de los primeros científicos se ocuparon del estudiodel movimiento. Fue el científico inglés Isaac Newton (1642-1727) quien resumió las diversas relaciones y principios deesos primeros estudiosos en tres afirmaciones o leyes que seconocen como leyes del movimiento de Newton.El estudio de la dinámica es muy importante para conocer elmundo que nos rodea, y sus aplicaciones van desdedeterminar la fuerza necesaria para mover un automóvil hastapredecir el movimiento de los planetas y galaxias (de hecho,Newton ideó las leyes porque estaba estudiando losprincipios que regían los movimientos de los planetas).
  • 2. El descubrimiento de las leyes¿Qué habría ocurrido si Newton hubiera vivido en la costa?
  • 3. Una fuerza es algo que puede cambiar el estado de movimiento deun cuerpo (su velocidad).Para producir un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo,debe haber una fuerza neta, no equilibrada, diferente de cero
  • 4. INERCIA Experimento de GalileoInercia es la tendencia de los cuerpos a mantener un estado dereposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidadconstante).La masa es una medida cuantitativa de la inercia.
  • 5. Primera ley de Newton (principio de la inercia)En ausencia de la aplicación de una fuerza no equilibrada(Fneta = 0), un cuerpo en reposo permanece en reposo, y uncuerpo en movimiento permanece en movimiento con velocidadconstante (rapidez y dirección constantes).De acuerdo con la primera ley, concluimos que un cuerpoaislado está en reposo o en movimiento con velocidad constante. Fuerzas equilibradas Objetos en reposo Objetos en movimiento (v = 0 m/s) (v ≠ 0 m/s) Permanece en movimiento Permanece en reposo con la misma velocidad
  • 6. ¿En cuál o cuáles de las situaciones siguientes lafuerza neta sobre el cuerpo es cero?a) Un avión que vuela al norte con rapidez constante de 120 m/s y altitud constanteb) Un automóvil que sube en línea recta por una colina con pendiente de 3º, con una rapidez constante de 90 km/hc) Un halcón que se mueve en círculos con rapidez constante de 20 km/h a una altura constante de 15 m sobre un campo abiertod) Una caja con superficies lisas, sin fricción, que está en la parte de atrás de un camión cuando éste acelera hacia adelante en un camino plano a 5 m/s2
  • 7. El significado de Fuerza•Cada vez que existe una interacción entre dos objetos, hay unafuerza actuando sobre cada uno de ellos.•Cuando la interacción cesa, los objetos dejan de experimentarla fuerza.•La fuerza existe sólo como el resultado de una interacción. Por simplicidad, todas las fuerzas (interacciones) entre objetos pueden ser colocadas en dos categorías: •fuerzas de contacto, y •fuerzas resultantes de una interacción a distancia
  • 8. Fuerza de contacto: Son tipos de fuerzas en las que los cuerposque interactúan están físicamente en contacto.Ejemplos de fuerzas de contacto incluyen la fuerza de fricción,fuerzas de tensión, fuerza normal, fuerza de resistencia del aire yfuerzas aplicadas.Fuerzas de acción a distancia: Son tipos de fuerzas en las que loscuerpos que interactúan no se encuentran en contacto físico, peroson capaces de empujarse o atraerse a pesar de su separaciónfísica.Ejemplos de fuerzas de interacción a distancia incluyen la fuerzagravitacional, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética.
  • 9. Segunda ley de Newton (principio de la fuerza)La aceleración de un objeto producida por una fuerza neta esdirectamente proporcional a la magnitud de la fuerza neta,tiene la misma dirección de la fuerza neta, y es inversamenteproporcional a la masa del objeto.
  • 10. ¿Cuál de estos dos objetos alcanzará másrápido la velocidad de 1 metro por segundo?
  • 11. En términos de una ecuación, la fuerza neta es igual al productode la masa del objeto y su aceleración: F ma La FUERZA NETA y no ninguna fuerza individual, es la que se relaciona con la aceleración. La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas.
  • 12. La cantidad ma no es unafuerza
  • 13. La fuerza es una cantidad que es medida usando una unidadconocida como el newton.Un newton es la cantidad de fuerza requerida para lograr que unamasa de 1.0 kg adquiera una aceleración de 1.0 m/s2.Un newton es abreviado por “N”. m 1 N 1 kg 2 s
  • 14. La segunda ley de Newton nos da una relación entre el peso yla masa de un cuerpo: W mg
  • 15. ¿Cuál de los siguientes cuerpos tiene un pesoaproximado de 1 N?a) Una moscab) Una manzanac) Una sillad) Un autoe) Un avión
  • 16. masa vs. pesoEl peso es la fuerza de atracción gravitacional que un cuerpoceleste ejerce sobre un objeto.La masa de un objeto se refiere a la cantidad de materia contenidapor el objeto.La masa de un objeto (medida en kg) será la misma sin importar ellugar en que se encuentra el objeto en el universo. La masa no sealtera por la localización del cuerpo, la atracción de la gravedad,rapidez o la existencia de otras fuerzas.Por otro lado, el peso de un objeto (medido en newtons) varía deacuerdo a la posición del objeto en el universo. El peso dependedel planeta que ejerce la atracción y de la distancia a la que seencuentra el objeto del planeta. El peso, que es equivalente a lafuerza de gravedad, depende del valor de la aceleración de lagravedad.
  • 17. Frecuentemente podemos usarmal las unidades del SI para masay peso en la vida cotidiana.
  • 18. El peso de un cuerpo es unafuerza que actúa sobre el cuerpoTODO el tiempo, esté o no encaída libre.
  • 19. Un tractor tira de un remolque cargado sobre un camino plano,con una fuerza constante de 440 N. Si la masa total delremolque y su contenido es de 275 kg, ¿qué aceleración tiene elremolque? (Desprecie todas las fuerzas de fricción)
  • 20. Dos bloques con masas m1 = 2.5 kg y m2 = 3.5 kg descansan enuna superficie sin fricción y están conectadas por un hilo ligero.Se aplica una fuerza horizontal F = 12.0 N a m1, como se indicaen la figura. (a) ¿Qué magnitud tiene la aceleración de lasmasas? (b) ¿Qué magnitud tiene la fuerza (T) en el hilo?
  • 21. Un bloque con masa de 0.50 kg viaja con una rapidez de2.0 m/s en la dirección x sobre una superficie plana sin fricción.Al pasar por el origen, el bloque experimenta durante 1.5 s unafuerza constante de 3.0 N que forma un ángulo de 60º conrespecto al eje x. ¿Qué velocidad tiene el bloque al término deeste lapso?
  • 22. Tercera ley de Newton (principio de acción y reacción)Para cada fuerza (acción), hay una fuerza igual y opuesta(reacción).Las fuerzas ocurren siempre en pares o que no puede existiruna fuerza aislada individual.La fuerza de acción esigual en magnitud a lafuerza de reacción yopuesta en dirección.Estas fuerzas siempreactúan sobre cuerposdiferentes.
  • 23. La fuerza normal ( N ) es la fuerzade soporte ejercida sobre un objeto, elcual está en contacto con otro objetoestable. N mg ¿La fuerza normal y el peso constituyen un par acción-reacción?
  • 24. La fuerza normal y el peso NOconstituyen un par acción-reacción.
  • 25. N mg FyN mg Fy
  • 26. N mg cos
  • 27. Al terminar de dibujar un diagrama decuerpo libre, deberemos poder contestar,para cada fuerza, la pregunta: “¿qué otrocuerpo la está aplicando?
  • 28. Un automóvil que viaja a 72.0 km/h por un camino recto yplano se detiene uniformemente en una distancia de 40.0 m. Siel coche pesa 8.80 103 N, ¿qué fuerza de frenado se aplicó?
  • 29. Diagramas del cuerpo libre (DCL)Los diagramas del cuerpo libre son gráficos utilizados para mostrarlas magnitudes relativas y direcciones de las fuerzas que actúansobre un cuerpo en una determinada situación.La magnitud relativa de la flecha en un DCL refleja la magnitud dela fuerza.La dirección de la flecha nos indica la dirección en que está actuandola fuerza.Cada fuerza dibujada en el DCL debe ir acompañada de una letra (as)que indiquen el tipo de fuerza. Es costumbre cuando se realiza un DCL, dibujar el objeto como una caja y ubicar en el centro de esta todas las fuerzas que actúan.
  • 30. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
  • 31. Una fuerza de 10.0 N se aplicacon un ángulo de 30º respecto a lahorizontal, a un bloque de 1.25 kgque descansa en una superficie sinfricción, como se ilustra en lafigura. (a) ¿Qué magnitud tiene laaceleración que se imprime albloque? (b) ¿Qué magnitud tienela fuerza normal?
  • 32. Un letrero de 3.0 kg cuelga en un pasillo, como se muestra enla figura. ¿Qué resistencia mínima a la tensión debe tener elcordón empleado para colgar el letrero?
  • 33. Una persona (peso total = 600 N) se encuentra dentro de un ascensorque desciende con una aceleración de 2.0 m/s2. Determine el valor de lalectura de la báscula sobre la que se encuentra.
  • 34. Una piedra pende del techo mediante un hilo delgado, y una sección delmismo hilo cuelga de la parte inferior de la piedra. Si una persona le daun súbito jalón al hilo que cuelga, ¿de dónde es probable que se rompael hilo: debajo de la piedra o arriba de ella? ¿Y qué ocurre si la personale da un jalón lento y constante?

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