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Fuerzas concurrentes perpendiculares 7 Estudio de las fuerzas 1 Física y Química 4º ESO Interacciones y fuerzas La fuerza es una magnitud vectorial Las.

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Presentación del tema: "Fuerzas concurrentes perpendiculares 7 Estudio de las fuerzas 1 Física y Química 4º ESO Interacciones y fuerzas La fuerza es una magnitud vectorial Las."— Transcripción de la presentación:

1 Fuerzas concurrentes perpendiculares 7 Estudio de las fuerzas 1 Física y Química 4º ESO Interacciones y fuerzas La fuerza es una magnitud vectorial Las fuerzas causan en los cuerpos cambios de forma (deformaciones) y cambios en su estado de movimiento (aceleraciones) Una fuerza aplicada en el extremo de un muelle puede estirarlo o comprimirlo Si se aplica en un punto intermedio lo estira en parte Las fuerzas son magnitudes vectoriales que se pueden representar gráficamente mediante vectores La suma vectorial de fuerzas proporciona una única fuerza denominada resultante R = F 1 + F 2 Fuerzas concurrentes de igual dirección y sentido R = F 1 F 2 Fuerzas concurrentes de igual dirección pero de sentidos opuestos

2 F l – l 0 7 Estudio de las fuerzas 2 Física y Química 4º ESO Las fuerzas y su medida Dinamómetro La medida de las fuerzas se basa en la medida de las deformaciones que producen en los cuerpos (alargamiento de un muelle) Hooke establece que que el alargamiento (l – l 0 ) producido en un muelle elástico es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza que lo produce: F = K. (l – l 0 ) El alargamiento (l – l 0 ) producido en un muelle, es directamente proporcional a la fuerza aplicada

3 7 Estudio de las fuerzas 3 Física y Química 4º ESO La inercia. Primer principio de la dinámica La distancia recorrida sobre un plano horizontales tanto mayor cuanto más pulida esté su superficie En el espacio exterior, lejos de los planetas, una sonda mantiene su estado de movimiento sin necesidad de gastar energía Si la fuerza resultante sobre un cuerpo es nula, un cuerpo en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme mantiene su estado de forma indefinida Al lanzar un cuerpo para que deslice sobre el suelo, acaba por pararse al cabo de un cierto tiempo debido a las fuerzas de rozamiento que actúan sobre él Si se elimina el rozamiento, el cuerpo seguiría moviéndose, tendiendo a mantener su estado de movimiento, pero si estuviera en reposo y ninguna fuerza actuase sobre él, permanecería en reposo indefinidamente v v = 0 v v

4 a F Las aceleraciones de un cuerpo son proporcionales a las fuerzas que las producen Si se duplica la fuerza, se duplica la aceleración 7 Estudio de las fuerzas 4 Física y Química 4º ESO Fuerzas y aceleración. Segundo principio de la dinámica a1a1 F2F2 a2a2 F1F1 a2a2 F2F2 a1a1 F1F1 La fuerza causa un cambio de velocidad de los cuerpos, es decir, produce una aceleración Cuanto mayor es la fuerza, mayor es el cambio de velocidad, y por tanto mayor es la aceleración La aceleración producida en un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada: es el llamado segundo principio de la dinámica o segunda ley de Newton La constante k es característica de cada cuerpo y se llama masa inercial m

5 La Tierra ejerce una fuerza P sobre el libro; el libro, una reacción P sobre la Tierra. La mesa ejerce una fuerza N sobre el libro; el libro, una fuerza N sobre la mesa 7 Estudio de las fuerzas 5 Física y Química 4º ESO Acción y reacción. Tercer principio de la dinámica Principio de acción y reacción: Si un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza (reacción) de igual magnitud pero de sentido contrario Este principio se conoce como tercer principio de la dinámica Las fuerzas de acción y reacción están aplicadas sobre cuerpos distintos Son fuerzas iguales y opuestas pero no se anulan entre sí por ese motivo Los efectos de dichas fuerzas sobre los cuerpos pueden ser muy diferentes

6 m 7 Estudio de las fuerzas 6 Física y Química 4º ESO Movimientos rectilíneos bajo fuerzas constantes Movimiento de caída libre: la fuerza peso El peso de un cuerpo medido con un dinamómetro es menor en la cima que en el pie de la montaña Un cuerpo próximo a la superficie de la Tierra cae con la aceleración de la gravedad Si el cuerpo tiene una masa m, la fuerza que actúa sobre él es el peso Movimiento de un cuerpo sobre un plano horizontal liso El cuerpo de masa m desliza sobre un plano horizontal sin rozamiento, debido a la acción de la fuerza La aceleración que adquiere es:

7 7 Estudio de las fuerzas 7 Física y Química 4º ESO Fuerzas de rozamiento La fuerza de rozamiento se debe al carácter rugoso de las superficies de contacto La fuerza de rozamiento es paralela a la superficie de deslizamiento Tiene la dirección del movimiento pero sentido opuesto Depende del tipo de superficie sobre la que desliza el cuerpo Si el cuerpo o está en reposo o desliza por el plano horizontal con velocidad constante Si el cuerpo desliza por un plano horizontal con aceleración constante La F r se opone siempre al movimiento

8 La fuerza gravitatoria de la Tierra sobre la Luna es la fuerza centrípeta que hace girar a esta última alrededor de la Tierra O m 7 Estudio de las fuerzas 8 Física y Química 4º ESO Fuerzas en el movimiento circular uniforme Un móvil con movimiento circular, aunque posea movimiento uniforme, tiene aceleración centrípeta Sobre dicho cuerpo debe actuar una fuerza que produzca esa aceleración. Es la fuerza centrípeta Sobre cualquier móvil con movimiento circular uniforme actúa una fuerza denominada centrípeta, de dirección radial y sentido hacia el centro de la trayectoria, cuyo módulo es :

9 7 Estudio de las fuerzas 9 Física y Química 4º ESO Las fuerzas sobre los sólidos Sólido deformable Los sólidos se clasifican en deformables o indeformables Un sólido deformable cambia de forma cuando se aplica una fuerza sobre él Un sólido indeformable o sólido rígido no cambia su forma cuando se aplica una fuerza sobre él Se denomina sólido rígido a un sólido que en determinadas condiciones se comporta como sólido indeformable Sólido rígido El efecto de una fuerza sobre un sólido rígido depende del punto de aplicación, pudiendo provocar en el sólido un movimiento de translación o un movimiento de rotación ( o giro)

10 Eje de giro O 7 Estudio de las fuerzas 10 Física y Química 4º ESO Momento de una fuerza La fuerza necesaria para abrir una puerta disminuye al alejar su punto de aplicación al eje de giro La experiencia demuestra que el giro producido por una fuerza situada en el plano perpendicular al eje de giro: - depende de la intensidad de la fuerza F - depende de la distancia d entre el eje de giro y el punto de aplicación de la fuerza La intensidad del momento de una fuerza es igual al producto del módulo de la fuerza por la distancia entre el eje de giro y la dirección de la fuerza 90º d

11 O O1O1 O2O2 O O1O1 O2O2 7 Estudio de las fuerzas 11 Física y Química 4º ESO Composición de fuerzas paralelas Composición de fuerzas paralelas del mismo sentido Composición de fuerzas paralelas de sentidos opuestos La suma de dos fuerzas paralelas y del mismo sentido es una fuerza : de la misma dirección y sentido que las componentes cuyo módulo es la suma de los módulos: R = F 1 + F 2 cuyo punto de aplicación cumple la relación: F 1. d 1 = F 2. d 2 En este caso la resultante es un vector : su módulo es la diferencia de los módulos: R = F 1 F 2 cuyo punto de aplicación cumple la relación: F 1. d 1 = F 2. d 2 de la misma dirección pero de sentido el de la mayor de sus componentes d1d1 d2d2 d1d1 d2d2

12 Par de fuerzas sobre el volante de un coche 7 Estudio de las fuerzas 12 Física y Química 4º ESO Par de fuerzas Se denomina par de fuerzas a dos fuerzas paralelas, iguales en módulo y de sentidos contrarios, de modo que la fuerza resultante es: R = F 1 – F 2 = F – F = 0 El módulo del momento del par de fuerzas es igual al producto del módulo de una de las fuerzas que forman el par por la distancia entre las rectas sobre las que actúa cada una de ellas: M = F. d Par de fuerzas sobre un aspersor de riego

13 7 Estudio de las fuerzas 13 Física y Química 4º ESO Condiciones de equilibrio de un sólido La resultante de las fuerzas que actúan sobre el sólido debe ser nula: R = 0 Conclusión: el sólido no se desplaza El momento resultante de las fuerzas que actúan sobre el sólido debe ser nulo: M = 0 Conclusión: el sólido no gira, condición que debe cumplirse para cualquier punto del cuerpo respecto al que se calculan los momentos Deben cumplirse dos condiciones:

14 TERCER GÉNERO SEGUNDO GÉNERO PRIMER GÉNERO 7 Estudio de las fuerzas 14 Física y Química 4º ESO La palanca La palanca es una barra con un punto de apoyo llamado fulcro. Hay 3 clases de palancas: Tienen el punto de apoyo entre los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia El punto de aplicación de la resistencia está entre el fulcro y el punto de aplicación de la potencia El punto de aplicación de la potencia está entre el fulcro y el punto de aplicación de la resistencia Ley de la palanca: P. b p = R. b r

15 Polea móvil Polea fija 7 Estudio de las fuerzas 15 Física y Química 4º ESO La polea La polea consta de una rueda con un canal por el que pasa la cuerda pudiendo girar sobre un eje que pasa por su centro El momento resultante respecto al centro de la polea debe ser nulo, por tanto: P. r = R. r siendo r el radio de la polea, o bien P = R En una polea fija la potencia es igual a la resistencia, pero la polea permite cambiar la dirección de la fuerza

16 7 Estudio de las fuerzas 16 Física y Química 4º ESO Centro de gravedad de un sólido G Centro de gravedad de un sólido El centro de gravedad (c.d.g.) de un sólido es un punto imaginario G, en donde se aplica el peso del cuerpo Puede estar situado fuera del cuerpo, como en el caso de un aro, o del marco de un cuadro rectangular Un sólido está compuesto de partes más pequeñas de modo que la Tierra ejerce la fuerza peso sobre cada una de ellas

17 7 Estudio de las fuerzas 17 7 Física y Química 4º ESO Centro de gravedad de sólidos regulares Lámina plana rectangular G Lámina plana triangular G Esfera G Cubo G Ortoedro G Aro G Cilindro G Cono G h h/4 El centro de gravedad de sólidos simétricos coincide con su centro de simetría

18 Determinación del centro de gravedad de sólidos de planos irregulares 7 Estudio de las fuerzas 18 Física y Química 4º ESO Centro de gravedad de sólidos irregulares Al suspender un sólido de un punto, la fuerza peso genera un momento que hace que el cuerpo gire hasta que el centro de gravedad esté en la misma vertical que el punto de sustentación Para calcularlo, se suspende el cuerpo irregular de un punto de forma sucesiva en dos posiciones diferentes; se marca la vertical en cada caso y se determina la posición del c.d.g. como la intersección de ambas líneas G

19 7 Estudio de las fuerzas 19 Física y Química 4º ESO Centro de masas Para sólidos pequeños la posición del centro de gravedad no depende de su situación respecto al centro de la Tierra. Es más útil hablar del centro de masas que de centro de gravedad, ya que la masa es una constante que no depende del lugar donde se encuentre La estatua de bronce de Felipe IV de Madrid tiene la cola del caballo maciza y el resto hueco, al objeto de que el centro de gravedad quede desplazado hacia la cola, posibilitando así el equilibrio del conjunto

20 7 Estudio de las fuerzas 20 Física y Química 4º ESO Sólidos en equilibrio O G G O O G El equilibrio de un sólido puede ser: Estable: si el c.d.g. está por debajo del punto de sustentación Inestable: si el c.d.g. está por encima del punto de sustentación Indiferente: si el c.d.g. coincide con el punto de sustentación Equilibrio estable G Equilibrio indiferente G Equilibrio inestable G


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