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Fis   dinámica (teoría 2)
 

Fis dinámica (teoría 2)

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    Fis   dinámica (teoría 2) Fis dinámica (teoría 2) Document Transcript

    • SIGNOS DE LAS FUERZAS Usualmente se asumen dos formas de establecer los signos (positivo y negativo) a las fuerzas según la circunstancia en la que se evalúe su acción. 1. En reposo: los signos de las fuerzas se colocan en semejanza a los signos del Plano Cartesiano, estableciendo como centro del sistema el centro de masa del objeto en el que evalúa la acción de las fuerzas. Por ello los signos serán positivo si actúa hacia arriba o a la derecha y negativo si la fuerza se ejerce hacia abajo o a la izquierda. 2. En movimiento: se considerarán positivas aquellas fuerzas que favorecen el movimiento (o que van en el mismo sentido de él), mientras que serán negativas las fuerzas que se opongan al movimiento. Como está en reposo verticalmente los signos corresponden a los del eje y en el plano cartesiano. Asumiendo que el carro se mueve hacia el oeste, los signos fueron colocados de acuerdo con el movimiento. FUERZAS EQUILIBRADAS Se considera que dos o más fuerzas están en equilibrio cuando la sumatoria de ellas es cero. Por ejemplo: Cualquier objeto que descansa sobre una superficie, se mantiene en reposo debido a que las fuerzas que actúan sobre él son equilibradas entre sí. En este caso, la fuerza normal tiene el mismo módulo que el peso, y como son opuestas (de signos contrarios) al sumarse habrá una fuerza neta de 0 Nw. ∑ = NwFx 0 PNFy −=∑ yxN FFF += )(0 PNNwFN −+= NwPNFN 0=−= REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE FUERZAS La forma de representar las fuerzas mediante diagramas tiende a ser siempre de la misma forma: con flechas (vectores) cuyo origen coincide con el dentro de masa del objeto que se estudia. Pero según algunas características pueden distinguirse dos tipos: 1. Diagrama de fuerzas: sobre la imagen o dibujo (original) de la situación se marca un punto (centro de masa) y se dibujan los vectores de las fuerzas. Cuando el ejercicio no tiene una imagen ilustrativa, se representa el objeto y demás elementos que intervengan usando figuras geométricas básicas, y sobre el cuerpo objeto de estudio se ubica el punto (centro de masa) y se trazan las fuerzas. 2. Diagrama de cuerpo libre (DDCL): es una representación aislada de las fuerzas, donde el objeto es representado sólo por el punto (centro de masa) y a partir de allí se dibujan las fuerzas. Ejemplo: haciendo el diagrama de las fuerzas que actúan sobre el trineo. PRINCIPIOS O LEYES DE LA DINÁMICA 1. Ley de Inercia “Todo objeto se mantendrá en su estado de reposo o movimiento, a menos que una fuerza no equilibrada lo altere (acelere)” Quiere decir que si una partícula está en reposo, las fuerzas que actúen sobre ella deben estar equilibradas (el resultado de su suma es cero). Además, si se le aplican más fuerzas pero ellas siguen equilibradas tampoco lograrán hacer que se mueva (que cambie su rapidez). Por ejemplo: Aunque el señor empuje con bastante fuerza, el carro no se (horizontalmente) mueve porque la fuerza de rozamiento entre el suelo y las ruedas equilibra la fuerza aplicada por el hombre. Además, no se moverá verticalmente porque la fuerza (vertical y hacia abajo) del peso es equilibrada por la fuerza normal que la superficie ejerce al contrario (verticalmente hacia arriba) + + - - Diagrama de fuerzas sobre la imagen original Diagrama de fuerzas representando los objetos DDCL
    • Si el objeto está moviéndose, las fuerzas que hacen que esto ocurra deben ser equilibradas para que se mantenga en un movimiento inercial. Eso sólo ocurrirá si el móvil se desplaza en M.R.U. pues es la única forma en que su velocidad no sufrirá ningún cambio y por lo tanto su aceleración será cero. Por ejemplo: el caballo mantiene un paso constante que le permite avanzar 4 metros en cada segundo que pasa. Como su rapidez es constante, al mantenerse viajando en línea recta su aceleración será cero. Esto indica que las fuerzas que actúan sobre el sistema (caballo y carreta juntos) son equilibradas. “Siempre ocurrirá, por inercia, que cualquier cuerpo tienda a mantener su estado de reposo o de MRU” Quiere decir, que su objeto está en reposo sobre una superficie y la superficie es acelerada, el objeto tenderá a permanecer como estaba pues la fuerza (no equilibrada) fue aplicada a la superficie y no a él. Es lo que ocurre cuando un carro arranca y el cuerpo de las personas, equipaje y demás objetos “sueltos” que estén dentro tenderán a irse hacia atrás. También suele pasar, que si un automóvil que va andando frena repentinamente los objetos saldrán “expedidos” hacia adelante. En realidad los objetos no son impulsados por la frenada, sino que tienden a mantenerse en MRU con la rapidez con la que venían moviéndose ya que no hay fuerza no equilibrada que intente frenarlos. (Por ello se implementó el cinturón de seguridad) Otro caso, que obedece a la inercia es el cambio de dirección: si un automóvil realiza una curva las personas y demás objetos “sueltos” tienden a irse hacia al lado contrario de la curva. No hay una fuerza que los empuje hacia allá, en realidad lo que hay es una tendencia inercial a seguir el movimiento en línea recta. Si no hubiera puertas los cuerpos saldrían del carro y viajarían en línea recta “como venían”. Esa misma situación pasa con todo el automóvil cuando al tomar una curva no reduce suficientemente su rapidez, y en lugar de voltear derrapa en la curva porque la fuerza de roce con el pavimento no es lo suficientemente grande como para detener el movimiento rectilíneo que el carro intentará mantener por inercia. 2. Ley Fundamental de Dinámica “La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que se le aplique e inversamente proporcional a su masa” Entonces, mientras más fuerza se aplique a un objeto se logrará que adquiera una aceleración mayor. Y si se disminuye la fuerza aplicada entonces la aceleración también menguará. Caso contrario ocurre si lo que varía es la masa. Porque a medida que un cuerpo tiene mayor masa la aceleración que se logra es menor si se aplica siempre la misma cantidad de fuerza para acelerarlo. 3. Ley de Acción y Reacción “Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario, sobre el primero” Este principio sólo es posible cuando hay dos objetos “distintos” en contacto. Por lo que ambas fuerzas (acción y reacción) ocurren en objetos diferentes. Siempre que se estudien las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sólo se observará una de esas fuerzas (acción o reacción) en el objeto, pues actúan cada una en un cuerpo distinto. Además, aunque el nombre “acción y reacción” pudiera hacer pensar que una fuerza ocurre primero que la otra; ellas son simultáneas, ambas se producen cuando se da el contacto entre los objetos. Por ejemplo: para poder caminar (hacia adelante) nuestro pie empuja contra el suelo hacia atrás y la fuerza “de reacción” que el suelo hace en sentido contrario nos impulsa para poder movernos. De igual forma ocurre cuando nadamos, al remar en un bote, con un cohete cuya propulsión de gases es expedida hacia atrás, entre otras situaciones.