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Fuerza. Leyes de Newton y DCL

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Fuerza. Diagrama de cuerpo libre. Yuri Milachay

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  • 1. Fuerza y equilibrio Vectores. Operaciones con vectores en el plano: cálculo de resultante. Fuerza. 3° de Newton. 1° Ley de Newton y equilibrio del punto.
  • 2.
    • La longitud de la flecha indica el valor de la magnitud física y su orientación es su dirección.
    Magnitudes escalares y vectoriales
    • Existen magnitudes físicas como la velocidad y la fuerza que para quedar definidas se requiere conocer la dirección , mientras que otras, como la temperatura o la masa , no. A las magnitudes que poseen dirección se les denomina vectoriales . Las otras magnitudes se denominan escalares .
    • Las magnitudes vectoriales se representan mediante vectores , los cuales geométricamente son líneas orientadas (flechas).
    Módulo o magnitud origen dirección 
  • 3. Suma de vectores. Método gráfico
    • Para sumar vectores con el método gráfico, se unen de manera consecutiva la punta de un vector con la cola del siguiente. La resultante se obtiene uniendo la cola del primer vector con la punta del último.
    • Esta operación es conmutativa; es decir, puede cambiarse el orden de los vectores que se están sumando y la resultante será la misma.
  • 4. Método de componentes vectoriales
    • El vector A puede representarse como la suma de dos vectores que se encuentran sobre los ejes x y y respectivamente. Estos vectores reciben el nombre de componentes del vector A .
    • A x y A y se denominan componentes del vector A y se pueden calcular mediante la siguiente relación:
  • 5.
    • Un vector unitario es un vector con magnitud 1, no tiene unidades y su único fin es especificar una dirección.
    • En un sistema de coordenadas x-y el vector unitario i tiene la dirección del eje +x y el vector j la dirección +y.
    Vectores unitarios
    • Escriba cada uno de los desplazamientos realizados por un cartero en el recorrido de la ruta mostrada en la figura en función de los vectores unitarios .
  • 6. Método de las componentes
    • Para sumar dos o más vectores mediante el método de las componentes, debe escribir cada uno de los vectores a través de sus componentes y luego sumar independientemente las componentes x y las componentes y de dichos vectores.
    • Calcule el desplazamiento total de cartero del ejercicio anterior utilizando el método de las componentes.
  • 7. Ejercicios
    • Calcule la resultante de los vectores A y B mostrados en la figura.
    • Calcule la resultante de los vectores A y B mostrados en la figura.
  • 8. Ejercicio
    • El vector A tiene componentes A x = 1,30 cm , A y = 2,55 cm ; el vector B tiene componentes B x = 4,10 cm , B y = - 3,75 cm . Calcule:
    • Las componentes de la resultante A+B
    • La magnitud y dirección de B-A
  • 9.
    • Se llama fuerza a la magnitud de la interacción entre cuerpos.
    • Sabemos que un cuerpo ha sufrido la acción de una fuerza por los cambios que se producen en él: se deforman o aceleran.
    • Fuerzas de contacto y fuerzas a distancia
    Fuerzas
  • 10. Fuerza como vector
    • La fuerza es la medida cuantitativa de la interacción de dos cuerpos en contacto o entre un cuerpo y su entorno.
    • Para describir una fuerza se necesita determinar su magnitud y dirección, por ello la fuerza es una magnitud vectorial .
    • La unidad SI de la magnitud fuerza es el newton ( N ).
    • Si varias fuerzas actúan sobre un cuerpo, el efecto sobre su movimiento es igual al que se le da cuando una sola fuerza, igual a la suma vectorial de las fuerzas ( resultante o fuerza neta ), actúa sobre el cuerpo.
  • 11. Ejercicio
    • Se tienen las siguientes fuerzas que se encuentran en el plano xy actuando sobre un bloque mostrado en la figura. ¿Cuál es la fuerza resultante?
    • Calcule la fuerza resultante que actúa sobre el bloque remolcado.
    z x y
  • 12. Inercia, masa y Primera ley de Newton
    • Inercia: Es la tendencia de los cuerpos a permanecer en su estado de movimiento. En otras palabras, es la oposición que presentan los cuerpos al cambio de su estado de movimiento
    • Masa: Es una magnitud física fundamental Es una medida de la inercia que presentan los cuerpos
    • La primera ley de Newton establece que todo cuerpo que se mueve con velocidad constante o está en reposo en algún sistema de referencia, permanecerá en tales estados de manera indefinida hasta que una fuerza externa le modifique su estado de movimiento.
    En el tren bala se minimiza la fricción sobre los rieles, por lo que se mueve prácticamente con MRU .
  • 13.
    • La tercera ley de Newton afirma que para toda fuerza, llamada acción , existe otra fuerza de igual valor y opuesta llamada reacción , tal que
    3ª Ley de Newton
    • Observaciones
    • Las fuerzas siempre se presentan en los cuerpos que están interactuando (ver gráfico anterior).
    • A cualquiera de las dos fuerzas se le puede llamar acción o reacción.
    • Estos pares de acción-reacción y se ejercen simultáneamente.
    • El par acción y reacción no actúan en el mismo cuerpo. Por lo que considerados aisladamente estas fuerzas no se pueden cancelar.
    2 1 F 12 F 21 Las fuerzas siempre se presentan en pares
  • 14. Fuerzas mecánicas Peso  Normal N N
    • Fuerza de acción a distancia (fuerza gravitacional) siempre de atracción.
    • Siempre apunta hacia el centro de la tierra.
    • Su valor es constante si la altura respecto del nivel del mar no es muy grande. Numéricamente: w=mg
    • La reacción del peso está en el centro de la tierra
    • Fuerza de contacto (fuerza de origen electromagnético)
    • Siempre es perpendicular a las superficies en contacto y siempre es de repulsión.
    • Su valor depende de las condiciones del problemas es decir es variable.
    • La reacción de la normal se encuentra en la otra superficie de contacto.
  • 15. Fuerzas mecánicas T 2 Tensión de la cuerda Fricción f r
    • Fuerza que se transmite a través de una cuerda (fuerza electromagnética)
    • Siempre apunta en el sentido de tracción nunca de compresión (con las cuerdas siempre se jala nunca se empuja).
    • Su valor es variable, depende de las condiciones del problema
    • Su dirección es la de la cuerda en la que actúa
    • Fuerza de contacto, paralela a las superficies.
    • Siempre se opone a la tendencia de movimiento o al movimiento relativo entre las superficies.
    • Existen dos tipos de fricción: Estática (cuando las superficies en contacto están en reposo relativo) y Cinética (cuando se encuentran en movimiento relativo)
    T 3 T 1
  • 16.
    • Es un esquema gráfico en el que se colocan las fuerzas que actúan sobre el cuerpo que se quiere analizar, mas no las de reacción. Para realizar el DCL se debe aislar el cuerpo de interés del resto del universo, tal como se muestra en la figura.
    Diagrama de cuerpo libre mg N DCL
  • 17. Diagrama de cuerpo libre Se separan las partes y se analizan las fuerzas que actúan sobre los bloques
  • 18. Diagrama de cuerpo libre N 2 Fuerzas que actúan sobre el bloque pequeño Fuerzas que actúan sobre el bloque grande Fuerzas que actúan sobre el piso N 1 mg N 1 N 2 Mg
  • 19. Ejercicios de DCL
    • Construya el DCL del bloque mostrado en la figura. Considere que el bloque está en reposo y que existe fricción entre las superficies.
    • Construya el DCl de cada uno de los bloques mostrados en la figura. Considere que el bloque de masa m 1 se desplaza hacia abajo y que existe fricción entre las superficies.
  • 20. Ejercicios de DCL
    • Construya el DCL de cada uno de los bloques mostrados. Considere que las superficies en contacto son rugosas, que m 2 >m 1 y que el sistema está en reposo.
    • Construya el DCL de cada uno de los bloques mostrados suponiendo que el sistema está en reposo.

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