Las Fuerzas

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Leyes de Newton y la suma de fuerzas analizando desde la base de la sumatoria de fuerzas y fuerza neta.

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Las Fuerzas

  1. 1. Las Fuerzas Prof. Elba M. Sepúlveda                                                                                              
  2. 2. Instrucciones <ul><li>Esta presentación muestra como obtener las ecuaciones para contestar problemas de fuerzas en una dimensión. </li></ul><ul><li>Puedes leer cada problema y activar el sonido. </li></ul><ul><li>Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página. </li></ul><ul><li>Cualquier duda puedes escribirme a </li></ul><ul><li>[email_address] </li></ul>
  3. 3. Fuerza <ul><li>Fuerza: es un jalón o empujón </li></ul><ul><li>Dinámica </li></ul><ul><li>Estudio del efecto de las fuerzas sobre la materia </li></ul>
  4. 4. Existen cuatro fuerzas básicas: <ul><li>fuerza gravitacional- fuerza de atracción entre dos objetos con masa </li></ul><ul><li>fuerza electromagnética- son fuerzas entre partículas cargadas. </li></ul><ul><ul><li>Son fuerzas que le dan la habilidad a algunos materiales a doblarse, apretarse y a estirarse. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ejemplos: fricción, fuerzas de contacto, fuerzas de tensión de superficie. </li></ul></ul>
  5. 5. Las fuerzas <ul><li>fuerza nuclear fuerte- es responsable de la estabilidad del núcleo. </li></ul><ul><ul><li>Esta fuerza representa la &quot;pega&quot; que mantiene los constituyentes nucleares (nucleones) unidos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Es la más fuerte. </li></ul></ul><ul><li>fuerza nuclear débil- es una fuerza de corto alcance de la fuerza nuclear la cual tiende a producir inestabilidad </li></ul>
  6. 6. Inercia <ul><li>Tendencia de los objetos a oponerse a cambios en su movimiento. </li></ul>
  7. 7. Primera Ley de Movimiento de Newton <ul><li>“ Inercia” </li></ul><ul><li>Establece: Un objeto permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a menos que actúe sobre el una fuerza no balanceada (neta) </li></ul>                                    
  8. 8. Segunda Ley de movimiento de Newton <ul><li>Establece: Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este se acelera. </li></ul><ul><li>La aceleración varía directamente con la fuerza aplicada no balanceada y tendrá la misma dirección que esta. </li></ul>F = m a
  9. 9. Ejemplo #1 <ul><li>Una fuerza no balanceada mueve una masa de 5 Kg. con una aceleración de 6 m/s 2 , Oeste. ¿Cuál es la fuerza aplicada? </li></ul>
  10. 10. Resultado Ejemplo #1 <ul><li>Una fuerza no balanceada mueve una masa de 5 kg con una aceleración de 6 m/s 2 , Oeste. ¿Cuál es la fuerza aplicada? </li></ul><ul><li>m= 5 kg </li></ul><ul><li>a= 6 m/s2 </li></ul><ul><li>F=? </li></ul><ul><li>F = 30 N, Oeste </li></ul><ul><li>F = m a </li></ul><ul><li>F = ( 5kg) (6 m/s 2 , O) </li></ul><ul><li>= 30 kg m/s 2 , O </li></ul>F= 30 N, Oeste
  11. 11. Ejemplo #2 <ul><li>Se aplica una fuerza de 15 N a un carrito de juguete. Si la aceleración es de 3 m/s 2 , ¿Cuál será la masa del juguete? </li></ul><ul><li>  </li></ul>
  12. 12. Resultado Ejemplo #2 <ul><li>Se aplica una fuerza de 15 N a un carrito de juguete. Si la aceleración es de 3 m/s 2 , ¿Cuál será la masa del juguete? </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>F= 15 N </li></ul><ul><li>a= 3 m/s 2 </li></ul><ul><li>m = ? </li></ul><ul><li>m= 5 kg </li></ul><ul><li>F= m a </li></ul><ul><li>m=F/a </li></ul><ul><li>= (15 N)/(3m/s 2 ) </li></ul><ul><li>= 5 (kgm/s 2 )(m/s 2 ) </li></ul><ul><li>= 5 kg </li></ul>m= 5 kg
  13. 13. Peso vs masa <ul><li>masa= cantidad de materia </li></ul><ul><li>peso= es la fuerza gravitacional ejercida sobre un objeto por un cuerpo masivo </li></ul>W= mg
  14. 14. Ejemplo #3 <ul><li>El peso de un objeto puede variar con su localización del centro de la Tierra. </li></ul><ul><li>La g L = (1/6) g T </li></ul><ul><li>¿Cuál es el peso en la Tierra de una masa de 4 kg? </li></ul><ul><li>¿Cuánto es el peso en la Luna? </li></ul>
  15. 15. Resultado #3 <ul><li>El peso de un objeto puede variar con su localización del centro de la Tierra. </li></ul><ul><li>La g L = (1/6) g T </li></ul><ul><li>¿Cuál es el peso en la Tierra de una masa de 4 kg? </li></ul><ul><li>¿Cuánto es el peso en la Luna? </li></ul><ul><li>m= 4 kg </li></ul><ul><li>g= - 9.81 m/s 2 </li></ul><ul><li>W=? </li></ul><ul><li>W = mg </li></ul><ul><li>= ( 4kg) (-9.81 m/s 2 ) </li></ul><ul><li>W = - 39.24 N </li></ul><ul><li>=39.24N, abajo </li></ul><ul><li>W L = - 6.5 N </li></ul><ul><li>=6.5N, abajo </li></ul>
  16. 16. Las fuerzas Diagramas de fuerzas I will be back!!
  17. 17. Diagrama de fuerzas <ul><li>Siempre haz diagramas y dibujos…!!!! </li></ul><ul><li>Es importante que hagas tus diagramas de fuerza con esto puedes resolver los problemas más fácilmente. </li></ul>F f F a F N W
  18. 18. Fuerza de fricción <ul><li>Es la resistencia al movimiento entre dos objetos en contacto. </li></ul><ul><li>Es una fuerza electromagnética que se debe a la atracción transitoria entre los puntos de contacto </li></ul><ul><li>Actúa paralela a las 2 superficies en contacto y en dirección opuesta al movimiento </li></ul><ul><li>F f =  F N </li></ul><ul><li>Donde F f = fuerza de fricción </li></ul><ul><li> = coeficiente de fricción </li></ul><ul><li>F N = fuerza normal </li></ul>
  19. 19. Fricción F=  N <ul><ul><li>Existen dos tipos de fricción: </li></ul></ul><ul><li>Fricción estática </li></ul><ul><ul><li>Se opone a que el objeto comience a moverse </li></ul></ul><ul><li>Fricción cinética </li></ul><ul><ul><li>Ocurre cuando el objeto se encuentra en movimiento </li></ul></ul><ul><li>Fricción estática > Fricción cinética </li></ul><ul><li>F s > F k </li></ul>
  20. 20. Fuerza normal <ul><li>Fuerza que mantiene las superficies en contacto y se escribe como: F N o N. En ocasiones tiene una magnitud igual al peso pero en dirección contraria. </li></ul><ul><li>Es perpendicular a las superficies en contacto. </li></ul><ul><li>F N = -W </li></ul>
  21. 21. Fuerza aplicada <ul><li>Fuerza que se hace sobre un objeto </li></ul><ul><li>Puede causar movimiento </li></ul><ul><li>Depende del punto de vista del investigador </li></ul><ul><li>Tiene que vencer la fuerza de fricción para causar un movimiento </li></ul><ul><li>Se escribe como F A </li></ul>
  22. 22. Tensión <ul><li>Puede ser la fuerza o tirón ejercido por un resorte, cuerda o cable cuando está atado a un cuerpo y se tensiona. </li></ul><ul><li>Actúa hacia fuera del objeto y paralela al resorte, cuerda o cable en el punto de unión. </li></ul><ul><li>Se escribe como T o F T </li></ul>
  23. 23. Fuerza de empuje <ul><li>Es un término general dado a fuerzas que mueven objetos </li></ul><ul><li>Se escribe como F e y </li></ul><ul><li>Se usa para expresar el movimiento de cohetes, autos, aviones y personas. </li></ul><ul><li>Va en la misma dirección de la aceleración del objeto contra cualquier fuerza existente. </li></ul>
  24. 24. Instrucciones… <ul><li>Ahora discutiremos varios casos en los que se utiliza el análisis de fuerzas y sus respectivos diagramas para obtener las ecuaciones. </li></ul><ul><li>Se intercalan ejemplos para ayudar a coprender los conceptos los cuales puedes contestar antes de ver la respuesta. </li></ul><ul><li>Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página. </li></ul><ul><li>Cualquier duda puedes escribirme a </li></ul><ul><li>[email_address] </li></ul>
  25. 25. Caso #1 <ul><li>Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 100 kg se mueve a la derecha a velocidad constante , </li></ul><ul><li>se encuentra sobre una superficie horizontal y se le aplica una fuerza de 250N. </li></ul>F f F A F N W
  26. 26. Fuerza neta… en resumen… <ul><li>F neta = ma =  F x </li></ul><ul><li>F N = -W F N = W (magnitud) </li></ul><ul><li>F neta = suma de fuerzas </li></ul><ul><li>F neta = F A – F f </li></ul><ul><li>Como viaja a velocidad constante entonces: </li></ul><ul><li>F= ma= 0 </li></ul><ul><li>F A = F f </li></ul><ul><li>F f = 250 N = F A </li></ul><ul><li>Datos importantes: </li></ul><ul><li>Masa y/o peso del objeto </li></ul><ul><li>Velocidad constante </li></ul><ul><li>a=0 </li></ul><ul><li>Fuerza aplicada </li></ul><ul><li>Superficie horizontal </li></ul><ul><li>Fuerza neta=F=ma= fuerza no balanceada </li></ul>
  27. 27. Balanceo de Fuerzas…
  28. 28. Ejemplo #4 <ul><li>Un objeto que pesa 50N se mueve sobre el piso a la derecha a una velocidad constante. Si se le aplica una fuerza de 20 N </li></ul><ul><li>A) Determina el coeficiente de fricción </li></ul><ul><li>B) Si se coloca una pesa de 30 N sobre el bloque, qué fuerza se requerirá para mantener al bloque y a la pesa viajando a una velocidad constante? Haz el diagrama </li></ul>F f F g=20 N F N W= 50N
  29. 29. Resultado #4 <ul><li> =F f /F N = F A /W = 20N/50N = 2/5 = </li></ul><ul><li> =0.40 **no tiene unidades </li></ul><ul><li>W T = F N en magnitud </li></ul><ul><li>W 1 = 50N W 2 = 30N </li></ul><ul><li> =0.40 W T = 80N </li></ul><ul><li>F A = F f =  F N =(.40) (80N)= 32N </li></ul>F f F g=20 N F N W= 50N F f F g=20 N F N W= 50N
  30. 30. Caso #2 <ul><li>Determina la fuerza neta cuando un objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal , se le aplica una fuerza de 150N y no hay fuerza de fricción . </li></ul><ul><li>Determina su aceleración </li></ul>F f F g F N W
  31. 31. Discusión caso #2 <ul><li>Superficie sin fricción </li></ul><ul><li>Aumenta su velocidad; hay aceleración </li></ul><ul><li>Superficie horizontal </li></ul><ul><li>Masa=25 kg </li></ul><ul><li>Fuerza aplicada 150N </li></ul><ul><li>Fuerza neta=?? </li></ul><ul><li>F N = W en magnitud </li></ul><ul><li>A) </li></ul><ul><li>F neta = ma =  F x = F A – F f </li></ul><ul><li>F neta = suma de fuerzas </li></ul><ul><li>F neta = F A = 150N </li></ul><ul><li>B) </li></ul><ul><li>F A = ma </li></ul><ul><li>a =F A /m </li></ul><ul><li>= 150N/25kg = 6m/s 2 </li></ul><ul><li>a=6m/s 2 , derecha </li></ul>0 F f F g F N W
  32. 32. Caso #3 <ul><li>Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza de 100N y la fuerza de fricción es de 10N. </li></ul><ul><li>Determina la aceleración </li></ul>F f F g F N W
  33. 33. Discusión caso #3 <ul><li>Superficie horizontal </li></ul><ul><li>Sin fricción </li></ul><ul><li>Aumenta la velocidad </li></ul><ul><li>F neta = ? </li></ul><ul><li>m = 25 kg </li></ul><ul><li>F A =100N </li></ul><ul><li>F f = 10N </li></ul><ul><li>F neta = ma =  F x = F A – F f </li></ul><ul><li>100N –10N = 90N </li></ul><ul><li>F neta = 90N, derecha </li></ul><ul><li>Determina la aceleración </li></ul><ul><li>m = 25 kg </li></ul><ul><li>F neta = ma </li></ul><ul><li>a= F neta /m= 90N/25kg= </li></ul><ul><li>=3.6 m/s 2 </li></ul><ul><li>a= 3.6 m/s 2 , derecha </li></ul>F f F g F N W
  34. 34. Caso#4 <ul><li>Se lanza una bola directamente hacia arriba. Si su masa es de 5.1 kg y la fuerza aplicada es de 200N, arriba, </li></ul><ul><li>¿Cuál será la fuerza neta? </li></ul><ul><li>¿Cuál será su aceleración? </li></ul><ul><li>****se encuentra suspendido con una cuerda o su equivalente… se le aplica una fuerza </li></ul><ul><li>Puede haber resistencia del aire </li></ul>W F A R T
  35. 35. Discusión caso#4 <ul><li>Suspendido en aire </li></ul><ul><li>Lanzado hacia arriba </li></ul><ul><li>Se le aplica una fuerza </li></ul><ul><li>m= 5.1 kg </li></ul><ul><li>F A =200N, arriba </li></ul><ul><li>g=9.81m/s 2 </li></ul><ul><li>W= mg= (5.1 kg) (-9.81m/s 2 ) </li></ul><ul><li>-50N </li></ul><ul><li>W= 50N, abajo </li></ul><ul><li>F neta = ma =  F x = F A – W </li></ul><ul><li>F neta = 200N – 50N </li></ul><ul><li>F neta = 150N </li></ul><ul><li>F neta = 150N, arriba </li></ul><ul><li>¿Cuál será su aceleración? </li></ul><ul><li>a= F neta /ma = 150N/5.1kg = 29.4 m/s, arriba </li></ul><ul><li>a= 29 m/s 2 , arriba </li></ul>W F A R T
  36. 36. Caída libre <ul><li>Caída libre- ocurre cuando es el peso la única fuerza que actúa sobre un objeto </li></ul><ul><li>Resistencia del aire- es una fuerza de fricción del aire contra un objeto. Esta fuerza es en dirección opuesta al movimiento y depende de la forma del objeto </li></ul>
  37. 37. Velocidad terminal <ul><li>Es una velocidad constante debido a la resistencia del aire y cuando esta iguala el peso del objeto </li></ul><ul><li>Peso = resistencia del aire </li></ul><ul><li>W= mg= F r </li></ul>                                                                    
  38. 38. Tercera Ley de Newton <ul><li>Ley de Acción y reacción </li></ul><ul><li>Establece: Toda fuerza está acompañada de otra fuerza de igual peso pero en dirección opuesta. </li></ul><ul><li>Ej. Deportes…bate y bola, raqueta y bola, ”bowling” , empujar una pared y otros… </li></ul>
  39. 39. Tercera Ley de Newton <ul><li>En las imágenes se puede apreciar la tercera ley de Newton y también las otras dos leyes. </li></ul>                                          

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