Guia de fisica dinamica y estatica

INSTITUCIÓN EDUCATIVA DEPARTAMENTAL ANTONIO NARIÑO
APULO CUNDINAMARCA
AÑ0 2016
GUÍA DE ESTUDIO
GUIA No: 4 AÑO: 2017
AREA (S): CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL ASIGNATURA:
FISICA
GRADO: DECIMO PERIODO: CUARTO
TIEMPO ESTIMADO: UN PERIODO TIEMPO DE INICIO: 17 DE SEPTIEMBRE
DOCENTE: MARIO FERNANDO BAHAMON.
FRASE DE REFLEXION: Nadie te puede dar libertad. Nadie te puede dar igualdad o justicia ni nada. Si eres un
hombre, la tomas.-Malcolm X.
COMPETENCIA: COMPETENCIA EN EL CONOCIMIENTO Y LA INTERACCIÓN CON EL MUNDO FÍSICO
ESTANDAR: Establezco relaciones entre las diferentes fuerzas que actúan sobre los cuerpos en reposo o en
movimiento rectilíneo uniforme y establezco condiciones para conservar la energía mecánica.
TOPICO GENERATIVO: No es más grande quien más espacio ocupa, sino el que más vacío deja cuando se va.
EVALUACION DIAGNOSTICA:
1. ¿Quién es Isaac Newton?
2. ¿has escuchado acerca de las leyes que invento?
3. ¿Qué hacen que las cosas se muevan?
4. ¿Cuál es la diferencia entre masa y densidad?
5. ¿Qué es más denso un pan o una barra de hierro?
MARCO CONCEPTUAL
DINÁMICA
FUERZA, MASA y ACELERACIÓN
Hay tres conceptos que se usan todo el tiempo en dinámica. Estos conceptos son los de fuerza, masa y
aceleración.
¿Qué es una fuerza?
CONCEPTO: se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el estado de
movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese cuerpo.
Fuerza de Gravedad: es la fuerza con que un cuerpo es atraído hacia la tierra en un determinado lugar
Fuerza Normal(N): es la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre la misma. Ésta es de
igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie.
Fuerza de Tensión (T): es la fuerza ejercida en cualquier punto de una cuerda, considerada de masa
despreciable inextensible (que no se puede extender) sobre un cuerpo que está ligado a ella.
Fuerza Roce (Fr): es la fuerza que aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpo cuando uno de ellos se
desliza sobre otro.
MASA
la masa es una cantidad que me da una idea de qué tan difícil es acelerar o frenar a un cuerpo. Entonces
también se puede entender a la masa como una medida de la tendencia de los cuerpos a seguir en movimiento.
Esto vendría a ser lo que en la vida diaria se suele llamar inercia.
ACELERACIÓN
La aceleración es una cantidad que me dice qué tan rápido está aumentando o disminuyendo la velocidad de un
cuerpo.
Guía elaborada por: Mario Fernando Bahamón.
Docente: licenciado matemáticas y física
pág. 1
La masa de un cuerpo es la cantidad de materia
que ese cuerpo tiene.
MASA

NewtondeLey2ª←⋅= amF

1Kgr o 1Kg
.NfKg
N8,9KgF1
yentre
iaEquivalenc←=
LEYES DE NEWTON
1ª LEY DE NEWTON o PRINCIPIO DE INERCIA
2ª LEY DE NEWTON o PRINCIPIO DE MASA
Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, el tipo se empieza a mover con movimiento rectilíneo uniformemente
variado, es decir, la velocidad empieza a aumentar, y aumenta lo mismo en cada segundo que pasa.
Todo esto que dije antes se puede escribir en forma matemática como:
Si paso la masa multiplicanda tengo la forma más común de poner la ley de Newton:
UNIDADES DE FUERZA, MASA y ACELERACIÓN
Aceleración: a la aceleración la vamos a medir en m /s 2
. A esta unidad no se le da ningún nombre especial.
Masa: a la masa la medimos en Kilogramos. Un Kg masa es la cantidad de materia que tiene 1 litro de agua.
(Acordate que 1 litro de agua es la cantidad de agua que entra en un cubo de 10 cm de lado ó 1000 cm 3)
.
Fuerza: la fuerza la medimos en dos unidades distintas: el Newton y el Kilogramo fuerza.
1 Kgf es el peso de 1 litro de agua. Es decir ( y esto es importante ):
La otra unidad de fuerza que se usa es el Newton. Un Newton es una fuerza tal que si uno se la aplica a un
cuerpo que tenga una masa de 1Kg, su aceleración será de 1m/s 2
.
Para que te des una idea, una calculadora pesa más o menos 1 Newton.
(Unos 100 gramos).
Para pasar de Kgf a Newton tomamos la siguiente equivalencia:
De todas maneras generalmente para los problemas ellos te van a decir que tomes la equivalencia 1Kgf = 10 N.
(Para facilitar las cuentas).
pág. 2
m
F
a


=
Una cosa que tiene una masa de 1 Kg pesa 1 Kgf.
Una cosa que pesa 1 Kgf tiene una masa de 1 Kg.
Leer!
 
Newton1sm1Kg1N1
am
2
F
←⋅=

1 Kgf = 9,8 Newtons
Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento a menos que una fuerza actúe sobre él"
Tomado: http://cienciasecu.blogspot.com.co/2012/11/primera-ley-
de-newton.html

Nota: A veces 1 kilogramo fuerza se pone también así:
PESO DE UN CUERPO
La Tierra atrae a los objetos. La fuerza con que La Tierra atrae a las cosas se llama fuerza PESO. Antes la ley de
Newton se escribía F = m ⋅ a. Ahora se va a escribir P =m ⋅ g. Esto sale de acá. Fijate.
En éste dibujo, la aceleración de caída vale g (= 9,8 m/s2
) y la fuerza que tira al cuerpo hacia abajo acelerándolo
es el peso P.
Fuerza es igual a masa por aceleración, F = m . a. En La Tierra la aceleración es la de la gravedad ( g ) y la
fuerza F es el peso del cuerpo.
Entonces reemplazo a por g y F por P en F = m . a y me queda:
La equivalencia 1 Kgf = 9,8 N que puse antes sale de esta fórmula. Supongamos que tengo una masa de 1 Kg
masa. Ya sabemos que su peso en Kilogramos fuerza es de 1 Kgf. Su peso en Newtons será de P = 1 Kg x 9,8
m / s 2
,
⇒ P ( = 1 Kgf ) = 9,8 N.
EJEMPLO DE CÓMO SE USA LA 2ª LEY DE NEWTON
CALCULAR LA ACELERACIÓN DEL CUERPO DEL DIBUJO. MASA DEL CUERPO 10 Kg.
Con este ejemplo quiero que veas otra vez este asunto de la convención de signos que te expliqué antes. Fijate.
El dibujo que me dan es este.
El cuerpo va a acelerar para la derecha porque la fuerza 20 N es mayor que la suma de las otras dos ( 15 N ).
Planteo la 2da ley:
Una vez más, fijate que al elegir sentido positivo en sentido de la aceleración, las fuerzas que van al revés son
negativas.
EJEMPLO: calcule la magnitud de la fuerza que se requiere para acelerar un automóvil de 900 kg, a partir del
reposo, hasta alcanzar una rapidez de 12 m/s en 8 segundos.
DATOS INCOGNITAS
m= 900 Kg a =
vi = 0 f=
vf= a2 m /s
t = 8 seg
Solución:
3ª LEY DE NEWTON o PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN
pág. 3
).así(vacuerpo
delnAceleració
→
←=⇒
⋅=
⋅
⇒⋅=⇒
⋅=−−⇒⋅=∑
2
2
s
m
5,0a
agK10
s
mKg
5aKg10N5
amN10N5N20amF
Diagrama de un cuerpo
que está cayendo
debido a la fuerza PESO.
P = m.
g
FUERZA PESO

DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE
El diagrama de cuerpo libre es un dibujito que se hace para poder resolver los problemas de dinámica más
fácilmente.
Casi siempre es absolutamente imprescindible hacer el diagrama de cuerpo libre para resolver un problema. Si
no hacés el diagrama, o lo hacés mal, simplemente terminás equivocándote.
Si lo queréis ver de otra manera te digo lo siguiente: Muchas veces los chicos resuelven los problemas de
dinámica así nomás, aplicando alguna formulita o algo por el estilo. Sin hacer ni dibujo, ni diagrama ni nada.
¿ CÓMO SE HACEN LOS DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE ?
Cuerpo libre significa cuerpo solo, sin nada al lado. Eso es exactamente lo que se hace. Se separa al cuerpo de
lo que está tocando (imaginariamente). Se lo deja solo, libre.
En lugar de lo que está tocando ponemos una fuerza. Esa fuerza es la fuerza que hace lo que lo está tocando.
Construir los diagramas de cuerpo libre en los siguientes casos:
1) Cuerpo apoyado sobre el piso:
2) Cuerpo que cuelga de una soga.
3) Cuerpo que es elevado hacia arriba con aceleración a.
4) Dos cuerpos unidos por una soga que son arrastrados por una fuerza F.
5) Dos cuerpos que pasan por una polea.(Atención). A este aparato se lo suele Llamar Máquina de Atwood.
6) Un cuerpo que está cayendo por acción de su propio peso.
7)-Sistema de dos cuerpos que caen. Uno está en un plano horizontal Y el otro cuelga de la soga.
Ejemplo:
Una persona desea empujar una heladera que pesa 60 Kgf.
¿Dónde le resultaría más fácil hacerlo?
a) - En la Tierra, donde la heladera pesa 60 Kgf.
b) - En la Luna, donde la heladera pesa 10 Kgf.
c) - En una nave espacial donde no pesa nada.
Para entender el asunto conviene considerar que no hay rozamiento entre la heladera y el piso en ninguno de los
casos.
Hagamos un esquema de las 3 situaciones y veamos lo que nos dice la intuición al respecto:
Intuición: bueno, este problema es muy fácil. Más difícil es mover una cosa cuanto más pesa. Por lo tanto en la
Tierra me cuesta un poco, en la Luna me cuesta menos, y en el espacio no me cuesta nada.
Incluso en el espacio cualquier cosa que uno toque ya sale volando.
Analicemos un poco lo que nos dice la intuición. ¿Tendrá razón?
Rta: No. La intuición se equivoca. Más difícil es mover un cuerpo (acelerarlo) cuanto más masa tiene, y no
cuanto más pesa.
Lo que pasa es que en la Tierra, cuanto más masa tiene un cuerpo, más pesa. De ahí que uno relaciona el
esfuerzo que uno tiene que hacer para mover el cuerpo, con el peso que tiene. Lo cual es verdad EN LA
TIERRA. ( Es decir, no es verdad en el caso general ).
Vamos a otro ejemplo:
Una persona desea patear una pelota de plomo que pesa 10 Kgf.
¿En donde le va a doler más el pie ? :
a) - En la Tierra. ( P = 10 Kgf )
pág. 4
Tomado: http://slideplayer.es/slide/2330326/

b) - En la Luna. ( P = 1,66 Kgf )
b) - En una nave espacial donde la pelota no pesa nada.
Patear una pelota significa acelerarla hasta que adquiera una determinada velocidad. En los tres casos el pie le
va a doler lo mismo. Lo que importa es la masa del objeto, no su peso.
ACTIVIDAD INDIVIDUAL 1: LEYES DE NEWTON:
COMPETENCIA EN EL CONOCIMIENTO Y LA INTERACCIÓN CON EL MUNDO FÍSICO
REALIZA EN TU CUADERNO EL SIGUIENTE TALLER INVESTIGATIVO.
• Defina y explique que es fuerza y sus tipos.
• ¿Que es?: peso, masa y energía.
• Mencione cuatro (4) diferencia entre peso y masa.
• ¿Cuál es la unidad de medición?: de la masa y el peso.
• ¿Qué es dinámica?, y que entiendes de ella.
• A que se le llama cálculo de dinámica y cuál es su ecuación.
• ¿Qué es diagrama de cuerpo libre?
• Explique con tus propias palabras la 1ro; 2da y 3ra ley de NEWTON.
• ¿Qué es?: inercia y que entiendes por inercia.
• Realiza dos (2) diagrama de cuerpo libre (DCL). “sin tomar en cuenta los que se encuentra en la guía”
https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA
Observe el video y realice un pequeño resumen donde se evidencie lo visto en él.
1. En qué ciudad y el año en que nació y año murió el personaje del video.
2. En que remas del conocimiento realizo sus aportes y que aportes realizo.
3. Nombre las leyes que invento el personaje y su enunciado.
COMPETENCIA RESOLUCION DE PROBLEMAS
1) ¿Cuántos newton pesa un cuerpo de 70 kg de masa?
2) ¿Cuántas dinas pesa un objeto de 25,5 gr. de masa?
3) Calcular la masa de un cuerpo que al recibir una fuerza de 20 N adquiere una aceleración de 5 m/s2.
4) ¿Qué masa tiene una persona de 65 kgf de peso en:
a) Un lugar donde la aceleración de la gravedad es de 9,8 m/s2
.
b) Otro lugar donde la aceleración de la gravedad es de 9,7 m/s2
.
5) Si la gravedad de la Luna es de 1,62 m/s2
, calcular el peso de una persona en ella, que en la Tierra es de 80
kgf.
pág. 5

https://www.youtube.com/watch?v=jJL2AUSXMrMel
Ver el video de la vida y obra de Isaac newton Y responder
Donde nació Isaac newton.
Como se llama la mama de Isaac newton.
Que quería que estudiara la mama de Isaac
newton.
Que construyo newton de niño.
De que tuvo que trabajar Isaac newton para costear la universidad.
Como era la personalidad de newton.
Nombre los científicos que realizaron aportes a los conocimientos
de newton.
Nombre 4 aspectos importantes de Isaac newton.
Nombre aspectos importantes de sus descubrimientos y
aplicaciones.
Cual fue la materia lo apasiono.
PREPAREMONOS PARA EL ICFFES.
Encierre en un círculo la letra correspondiente a la respuesta correcta.
1. El centro de masa y el centro de gravedad:
a. Siempre son los mismos.
b. A veces coinciden.
c. Son completamente diferentes.
2. Algunas veces se hace referencia a la primera ley de Newton como la ley de la inercia. Una medida de la
inercia de un objeto se obtiene por su:
pág. 6

a. Tamaño
b. Rapidez
c. Forma
d. Masa
3. En la ausencia de una fuerza, un objeto estará siempre:
a. En reposo
b. En movimiento con velocidad constante
c. Acelerado
4. La segunda ley de Newton del movimiento relaciona la aceleración de un objeto sobre el que actúa una
fuerza que es:
a. Inversamente proporcional a su masa
b. Cero
c. Inversamente proporcional a la fuerza
d. Independiente de la masa.
5. El Newton como unidad de fuerza, es equivalente a:
a. Kg x m / s
b. Kg x m / s2
c. Kg x m2
/ s
d. ninguno
6. El par de fuerzas de la tercera ley de newton consiste en fuerzas que:
a. Siempre son opuestas, pero algunas veces no son iguales.
b. Siempre se cancelan una a la otra cuando se aplica la segunda ley a un cuerpo.
c. Siempre actúan sobre el mismo objeto.
d. Siempre son idénticas tanto en magnitud, como en dirección, pero actúan sobre diferentes objetos.
7. Una fuerza del par de fuerzas de acción – reacción :
a. Nunca produce una aceleración.
b. Siempre es mayor que la otra
c. Puede o no producir un cambio en la velocidad.
d. Ninguno de éstos.
8. La acción producida por un cuerpo sobre otro se denomina:
a. Presión
b. Esfuerzo
c. Fuerza
9. Un cuerpo de peso 2N cuelga de un resorte y se estira 10 cm, la constante elástica del resorte es:
a. 0.2
b. 20
c. 5
10. La aceleración en m/s2 que produce una fuerza de 50 N a un cuerpo cuya masa es de
5000 g, es:
a. 250
b. 100
c. 10
1. ¿Qué aceleración tiene un cuerpo que pesa 40 kgf, cuando actúa sobre él una fuerza de 50 N?
2. Un vehículo tiene una masa de 100 kg y actúa sobre él una fuerza de 50 Kg?
3. ¿Qué aceleración adquiere?
4. Calcule la masa de un objeto al que una fuerza constante de 300 N. le induce una aceleración de 50 10-3
m / seg2
.
5. A un cuerpo de 98 kg, le aplico una fuerza de 196 N. ¿Qué aceleración le produce, y cuál será su
velocidad al cabo de 1 minuto?
6. Un patín que pesa 0,5 Kg, adquiere una aceleración de 40 cm/s2
¿Cuál es el valor de la fuerza en dinas
que intervino?
7. Calcular la masa de un cuerpo que aumenta su velocidad en 1,8 km/h en cada segundo cuando se le
aplica una fuerza de 60 kgf.
8. Un automóvil de 1000 kg de masa marcha a 100 km/h, frena uniformemente y se detiene después de 5
segundos.
a) Calculen la fuerza de frenado.
b) ¿Quién ejerce esa fuerza?
c) Hallen el coeficiente de rozamiento entre el caucho y el asfalto
ACTIVIDAD 8: LEYES DE NEWTON:
1. Sobre un cuerpo de masa 12 gramos actúa una fuerza de 72 dinas. ¿Qué aceleración experimenta?
pág. 7

2. A un automóvil cuya masa es 1500 kg va a 60 km/h se aplica los frenos y se detiene en 1,2 minutos. ¿Cuál es
la fuerza de fricción que el pavimento ejerció sobre el mismo?
3. Una bala de 20 gramos adquiere una velocidad de 400 m/s al salir del cañón del fusil que tiene 50 cm de
longitud. Calcule:
a. La aceleración
b. La fuerza
4. Qué tiempo deberá actuar una fuerza de 80 N sobre un cuerpo cuya masa es de 12,5 kg para lograr detenerlo
si posee un velocidad de 720 km/h.
5. calcule la magnitud de la fuerza que se requiere para acelerar un automóvil de 850 kg, a partir del reposo,
hasta alcanzar una rapidez de 15 m/s en 12 segundos.
ACTIVIDAD INDIVIDUAL 9: ESTATICA:
1. Una pelota de 300N cuelga atada a otras dos cuerdas, como se observa en la figura. Encuentre las
tensiones en las cuerdas A, B Y C.
2. Una pelota de 100N suspendida por una cuerda A es tirada hacia un lado en forma horizontal mediante otra
cuerda B y sostenida de tal manera que la cuerda A forma un ángulo de 30° con el poste vertical ¿ encuentre las
tensiones en las cuerdas A y B.
3. Una pelota de 250N cuelga atada a otras dos cuerdas, como se observa en la figura. Encuentre las
tensiones en las cuerdas A, B Y C.
pág. 8

1. Calcule las tensiones en las cuerda “A” y “B” del sistema mostrado.
2. Encuentre la tensión el cable “A” y la compresión en el soporte “B” en la siguiente figura, si el peso es de
95 N.
3 A través de los temas vistos resolver los siguientes problemas aplicados a la
ingeniería civil
pág. 9

ACTIVIDAD INDIVIDUAL 11: PREPAREMONOS PARA EL ICFES
pág. 10

Ley de Hooke
Elaboración de un dinamómetro
El dinamómetro es un instrumento de medida que se utiliza para medir la intensidad de las fuerzas. Su
funcionamiento se basa en las propiedades elásticas que tienen algunos materiales al ser deformados por la
acción de la fuerza.
En la siguiente práctica aprenderás a construir y calibrar un dinamómetro.
Materiales
• 1 tabla cuadrada de 30 cm _ 40 cm.
• Un bloque de madera de 5 cm de lado y 10 cm de alto.
• 1 tornillo.
• 1 armella o alcayata.
• 1 clip.
• 1 banda de caucho.
• 1 vaso de icopor.
• Cuerda.
pág. 11

• Cinta adhesiva.
• Hoja de papel.
• Monedas de la misma denominación.
Procedimiento:
1. Atornilla el bloque de madera al centro de la tabla.
2. Clava la armella o alcayata en una de las caras del bloque para suspender de ella la banda de
caucho.
3. Con el fondo del vaso de icopor, realiza un plato que vas a utilizar para colocar los objetos que vas a
pesar.
4. Amarra tres pedazos de cuerda al plato.
5. Fija los extremos de la cuerda al clip con cinta adhesiva.
6. Con el clip, cuelga el plato de la banda de caucho.
Análisis de resultados
1. Con ayuda de tu profesor calibra el dinamómetro por medio de una balanza. Luego, establece en la
hoja una escala en gramos y fíjala sobre la tabla.
2. Coloca monedas sobre el plato y realiza cinco mediciones diferentes.
Luego, grafica la fuerza en newton en función de la distancia que se elonga la banda de caucho.
ACTIVIDAD DE SINTESIS:
EXPERIMENTOS SENCILLOS DE LAS LEYES DE NEWTON
Experimento de la Primera Ley de Newton
Necesitas dos cajas de CDs y un hilo. Sólo debes atar con el hilo una de las cajas y ponerla sobre una
mesa. A continuación, debes disponer la otra caja a cierta distancia de la primera. Por último, toma del hilo y
arrastra la primera caja hacia la segunda. Notarás que la caja de CD golpea a la que está en reposo y
provoca que ésta última se mueva. La ley en cuestión indica que un cuerpo que está en reposo cambiará de
estado cuando es golpeado por una fuerza ajena, mientras que si no interviene una fuerza ajena seguirá en
reposo.
Experimento de la Segunda Ley de Newton
En primer lugar, toma cualquier objeto de tamaño pequeño y poco peso. Átalo con un hilo o soga largo y
déjalo sobre una superficie. A continuación, sólo debes halar de la soga fuerte y rápida. Mediante esta
experiencia, comprobarás la segunda Ley de Newton: el objeto en cuestión (de poca masa) cae al suelo
debido a la aceleración y fuerza que se ejerce sobre él. Entre más aceleración, más lejos irá el objeto. La
aceleración depende de la masa y de la fuerza y viceversa.
Experimento de la Tercera Ley de Newton
Debes realizar el mismo procedimiento que en el experimento de la primera ley, con la diferencia que sobre
una de las cajas de CD (la que permanece en reposo) pondrás un objeto relativamente pesado y sobre la
otra (la que vas a mover con el hilo) un objeto de menor tamaño. Al realizar la experiencia, podrás notar que
el objeto que está sobre la segunda caja se mueve cuando choca contra el objeto que está sobre la primera
caja. La ley indica que toda acción tiene una reacción, razón por la cual el objeto de la segunda caja golpea
al de la primera porque la reacción en ella es moverse, sin importar su peso o su masa.
Donde podemos encontrar los experimentos
http://www.experimentossencillos.com/16/experimentos-sencillos-de-las-leyes-de-newton
CRONOGRAMA:
ACTIVIDAD FECHA EVALUACIÓN
AUTOEVALUACIÓ
N
COEVALUACIÓN HETEROEVALUACIÓN
Taller 1 X
Taller 2 X
EVALUACION X
Taller 3 X
Taller 4 X
EVALUACION X
Taller 5 X
Taller 6 X
Taller 7 X
Taller 8 X
AUTOEVALUACION
pág. 12

LECTURAS RECOMENTADAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1tica_%28mec%C3%A1nica%29
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f1_estatica.php
DIRECCION SITIOS WEB DE INTERES:
http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/leyesnewton2.htm
http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/leyesnewton3.htm
BIBLIOGRAFIA:
Bautista Ballén, Mauricio, et al .física I edición 20 .2001.editorial Santillana.
FISICA 1. Pilar Cristina Barrera Silva. Bogotá. Grupo Editorial Norma . 2005
VALERO, Michel. FÍSICA FUNDAMENTAL. 1 .Editorial Norma. Bogotá, Colombia. Última
Edición
pág. 13

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