Fuerzas y Leyes de Newton

FUERZAS Y Leyes de Newton Una fuerza es toda causa capaz de deformar un cuerpo o modificar su estado de reposo o movimiento. dirección Las fuerzas son magnitudes vectoriales y su unidad en el S.I. es el newton, N. magnitud sentido Punto de aplicación

Ej. Golpear un balón con el pie CAUSAS DEL MOVIMIENTO La dinámica es la rama de la física que estudia las causas de los cambios en los movimientos de los cuerpos TIPOS DE FUERZAS Las fuerzas se clasifican en dos grandes grupos: fuerzas por contacto y fuerzas a distancia o de campos En las fuerzas a distancia la interacción se produce entre dos cuerpos separados por una determinada distancia. Las fuerzas por contacto son aquellas que necesitan el contacto directo con un cuerpo para manifestarse. Ej. La acción entre dos imanes Ej. Golpear un balón con el pie

LEYES DE NEWTON PRINCIPIO DE INERCIA Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de MRU si sobre él no actúa ninguna fuerza, o si la resultante de todas las fuerzas (fuerza neta) que actúan sobre él es nula.

LEYES DE NEWTON PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA La resultante de las fuerzas (fuerza neta) que actúan sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que produce SF = m a

PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN LEYES DE NEWTON PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN Cuando dos cuerpos interaccionan: el primero ejerce una fuerza sobre el segundo y éste responde con una fuerza igual y de sentido contrario, estando cada una aplicada sobre cuerpos distintos. F21 m2 F12 m1

CONSECUENCIAS DE LAS LEYES DE NEWTON INERCIA.— Es una propiedad que tienen los cuerpos de oponerse a cualquier cambio en su estado de reposo o movimiento La medida cuantitativa de la inercia de un cuerpo es la MASA INERCIAL 1N = 1kg x 1m/s2 NEWTON.—Es la fuerza que actuando sobre un kilogramo de masa le produce una aceleración de 1 m/s2 Isaac Newton PESO.—Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos Es una magnitud vectorial cuyo módulo es: |P | = m |g | P P La dirección es vertical; el sentido, hacia abajo y el punto de aplicación se llama centro de masas o de gravedad.

DIFERENCIAS ENTRE MASA Y PESO -Magnitud vectorial -Magnitud escalar -Se mide con una balanza (en el S.I. en kg) -Es invariable -Se mide con el dinamómetro (en el S.I. en N por ser una fuerza) -Es variable porque depende del lugar de universo en el que esté el cuerpo

Es siempre perpendicular a la superficie de apoyo. FUERZA NORMAL Se representa por N En el S.I. se mide en Newtons (N) Es una fuerza que aparece siempre que un cuerpo está apoyado sobre una superficie; esta fuerza evita que la superficie se deforme. N = PY P x y Py Px F N P N = P a Px se le llama componente tangencial del peso y a Py componente normal del peso. Es siempre perpendicular a la superficie de apoyo.

FUERZA DE ROZAMIENTO Se representa por FR y es una fuerza que actúa en sentido opuesto al movimiento y se produce como consecuencia de la fricción que tiene lugar entre la superficie del móvil y la superficie sobe la que este se mueve, o bien del medio (gas o líquido) que atraviesa P x y Py Px FR F N P FR

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FUERZA DE ROZAMIENTO 1. La fuerza de rozamiento es independiente del área de las superficies en contacto. 2. La fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad del movimiento y actúa siempre en sentido contrario al mismo. 3. La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de las superficies en contacto y del estado de pulimento de las mismas. 4. La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal.

- El rozamiento dinámico aparece cuando el cuerpo está en movimiento. x y Py Px FR F N P FR FR = µ • N µ (mu) se llama coeficiente de rozamiento y es característico de las superficies en contacto. No tiene unidades. µ = FR/ N (Por eso se dice que es una magnitud adimensional) Existen dos clases de rozamiento: el ESTÁTICO y el DINÁMICO : El rozamiento estático aparece cuando se trata de poner un cuerpo en movimiento desde el reposo. - El rozamiento dinámico aparece cuando el cuerpo está en movimiento.

LA TENSIÓN La tensión se representa por T y es una fuerza de REACCIÓN que aparece sobre una masa siempre que se tira de la misma con una cuerda o un cable. PLANO HORIZONTAL P N a T F R En el S.I. se mide en N a P N T F R PLANO INCLINADO

APLICACIÓN DE LA E.F.D.-SF = ma 1.- Estudiar de forma aislada cada uno de los cuerpos, identificando todas las fuerzas que actúan sobre ellos. 2.- Definir dos direcciones: una la del movimiento, y la otra perpendicular a la del movimiento. 3.- Aplicar la E.F.D. a cada una de las direcciones anteriores: SFx=max (dirección del movimiento) SFy=may (dirección perpendicular al movimiento). 4.- Para cada una de las direcciones anteriores: - las fuerzas a favor del movimiento se toman (+) - las fuerzas en contra del movimiento se toman(-) 5.- Si la aceleración es: - (+) vo<v tendremos un movimiento acelerado. - (0) v = cte tendremos un movimiento uniforme. - (-) vo>v tendremos un movimiento de frenado.

Actividad.- Calcula la aceleración, la velocidad y la posición que alcanza cada masa a los 5 segundos de iniciado el movimiento, si parte del reposo. y F1 F2 m F3 30º x F4 Datos: m = 5 kg F1 = 10 N; F2 = 25 N F3 = 3 N; F4 = 10 N No existe rozamiento. Calcula previamente el vector a. Datos: m = 15 kg = 0.2 a = 30º

Actividad.- Determina la aceleración en los siguientes sistemas: Datos: m2 = 10 kg m1 = 5 kg m = 0.2

Actividad.-

Actividad: Sobre un plano de inclinación variable colocamos una masa de 5 kg. Sobre dicho plano, en cada experiencia, la masa podrá recorrer una distancia de 1 metro, partiendo del reposo: Completa la siguiente tabla. Justifica el resultado al comparar los dos coeficientes de rozamiento. a v(m/s) t(s) a(m/s2) me m 5º 0 x x x x 10º 0 x x x x 15º 0 x x x x 20º 0 x x x 22º 1.86 x 25º 1.34 x 30º 1.00 x

Actividad.- Considerando la m = cte, deriva p en función del tiempo: ESTADO DE MOVIMIENTO DE UN CUERPO EN TRASLACIÓN Definamos una nueva magnitud que nos informe del ESTADO DE MOVIMIENTO de un cuerpo EN TRASLACIÓN. MOMENTO LINEAL O CANTIDAD DE MOVIMIENTO p = mv -Es una magnitud vectorial de dirección y sentido coincidentes con los de v. -Su unidad en el S.I. (kg ms-1) Actividad.- Considerando la m = cte, deriva p en función del tiempo: a) ¿Qué ecuación se obtiene?. Redefine la E.F.D. b) Si la fuerza neta fuera nula: ¿variaría p? c) ¿En qué sistemas se cumplirá la conservación del momento lineal?. d) Indica varios sistemas en donde se cumpla el Principio de Conservación del Momento Lineal. v m

Actividades.- 1.- Una partícula de 5 kg de masa, moviéndose a 2 m/s, choca contra otra partícula de 8 kg de masa inicialmente en reposo. Si el choque es frontal y ambas partículas quedan juntas después del choque (choque inelástico) hallar la velocidad del conjunto después del choque. (Sol: v = 0.77i m/s) 2.- Un cuerpo de 5 kg de masa se mueve sobre una mesa lisa con velocidad de 10 m/s y choca contra otro cuerpo de 10 kg de masa, que se desplaza en dirección perpendicular al anterior con velocidad de 5 m/s. Ambos bloques después del choque quedan unidos y se desplazan juntos. Calcular: La velocidad de ambos después del choque. La dirección de su velocidad. (Sol: v = 3.33i+3.33j m/s;; v = 4.71 m/s q=45º I cuadrante) 3.- Una partícula de masa 0.2 kg moviéndose a 0.4 m/s choca contra otra partícula de masa 0.3 kg que está en reposo. Después del choque la primera partícula se mueve a 0.2 m/s en una dirección que hace un ángulo de 40º con la dirección original. Hallar la velocidad de la segunda partícula. (Sol: v=0.164 i-0.086 j m/s ) 4.- Una granada se mueve horizontalmente con respecto al suelo a 8 km/s explota dividiéndose en tres fragmentos iguales. Uno sale en dirección horizontal (la misma que llevaba la granada) a 16 km/s. El segundo sale hacia arriba formando un ángulo de 45º y el tercer fragmento, hacia abajo formando un ángulo de 45º. Hallar la velocidad del segundo y del tercer fragmento. (Sol: v1 = v2 = 5656.8 m/s )

ESTADO DE MOVIMIENTO DE UN OBJETO EN TRASLACION EN MOVIMIENTOS CURVILÍNEOS Hay objetos como los planetas, que siguen movimientos circulares o elípticos. es decir, movimientos curvilíneos. El ESTADO DE MOVIMIENTO en estos casos precisa de una nueva magnitud que incluya el momento lineal y el radio vector: MOMENTO CINÉTICO O MOMENTO ANGULAR L = r x p = r x mv -Es una magnitud vectorial de dirección y sentido definido por un producto vectorial, siendo por lo tanto perpendicular al plano que definen r y p. -Su unidad en el S.I. (kg m2 s-1) Actividad.- Deriva L en función del tiempo: a) ¿Qué ecuación se obtiene?. b) ¿Cómo se define la nueva magnitud dinámica en la rotación o giro de un objeto alrededor de un punto? c) ¿La nueva magnitud es escalar o vectorial?. d) Unidad en el S.I. de la nueva magnitud dinámica. e) ¿En qué condiciones se cumplirá que L = cte?

F1 =F2 =F3 =F4 = 100 N o Actividades.- 1.- Un cuerpo de 3 kg de masa se mueve con una velocidad v = 3i+4j m/s Determina su momento angular con respecto al origen O(0,0) m cuando el cuerpo se encuentra en el punto P(4,1) m. (Sol: L = 39k kgm2s-1) 2.- Calcula el momento resultante con respecto al origen en : y(m) F1 5 F4 F2 F1 =F2 =F3 =F4 = 100 N -5 o 5 x(m) F3 -5 3.- Una partícula de 2 kg de masa se desplaza con una velocidad constante de 4 m/s en el plano XY como se indica en la figura.  Hallar el momento cinético respecto al punto A (2,0)m, cuando la partícula está en los puntos B (6,2) m, C (6,4) m y D (6,6)m