Concepto de Fuerza Por: Robinson Usma B. Leyes de Newton Concepto de Fuerza Por: Robinson Usma B.

Discusión Qué es Fuerza? Como se representa? Cuales son los elementos de una fuerza? Podría decirse que siempre que hay fuerza hay movimiento? Enuncia las tres leyes de Newton. Qué es inercia? Qué es masa? Qué es peso? Qué es aceleración? Qué es un sistema en reposo o en equilibrio? Ver las tres leyes

Primera Ley Ley de inercia: Todo cuerpo tiende a conservar su estado de movimiento (reposo o movimiento uniforme) a menos que sobre él actúe una fuerza externa. (En paisa sería lo siguiente: lo que está quieto o moviéndose a velocidad constante se quedará así a no ser que una fuerza entre en la escena).

Segunda Ley Ley de fundamental de la dinámica: ésta ley se representa con la expresión donde F es la fuerza, m es la masa del cuerpo y a es la aceleración que éste experimenta. Ejemplo. Se tiene un bloque de madera de 25 kg de masa apoyado sobre una superficie sin fricción. ¿Cuál es la fuerza que se requiere para que este bloque adquiera una aceleración de 30 m/seg2 ? La unidad de fuerza en el sistema internacional es el Newton que equivale a la fuerza necesaria para que un cuerpo de 1 kg de masa experimente una aceleración de 9.8 m/seg2, es decir, que si tengo un cuerpo que tiene una masa de 1kg y necesito que este se mueva con una aceleración de 9.8 m/seg2 debo aplicarle una fuerza de un Newton

Tercera Ley Ley de Acción – Reacción: “Si un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, éste produce otra fuerza de la misma intensidad (reacción), pero opuesta sobre el primero”.

Algunas Fuerzas comunes Peso Normal Tensión Fricción Fuerza de empuje de un fluido Fuerzas elásticas (resortes) Fuerza de atracción gravitacional.

Con que fuerza atrae la tierra a la luna? Masa de la Tierra (M = 5,98 x 1024 kg) Masa de la Luna (7,34 × 1022 kg) Distancia de la tierra a la luna: 3,84 × 108 m. Constante de gravitación universal Con que fuerza atrae la tierra a la luna?

PROBLEMAS DE APLICACIÓN

Identifica las fuerzas en cada caso

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Identifica las fuerzas en cada caso

Identifica las fuerzas en cada caso

Identifica las fuerzas en cada caso

Identifica las fuerzas en cada caso

Identifica las fuerzas en cada caso

Identifica las fuerzas en cada caso

Elementos de la fuerza La fuerza es una magnitud vectorial, por tanto, se deben considerar los siguientes elementos: 1. Punto de aplicación, que es el lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza. 2. La dirección, que queda señalada por la recta según la cual se manifiesta la fuerza. 3. El sentido, ya que en toda dirección hay dos sentidos opuestos. 4. La magnitud o intensidad de la fuerza.

Fuerzas en Poleas

Fuerzas en Poleas

Fuerzas en Poleas

Fuerzas de tensión (aplicación)

Fuerzas de tensión (aplicación)

Diagramas de Fuerzas Introducir ecuaciones para condiciones de equilibrio Introducir ecuaciones de movimiento

Descomposición de Fuerzas Sobre un bloque de masa m=100 kg actúan las fuerzas mostradas. F1=50N F2=30N F3=25N Hallar la fuerza resultante sobre el bloque. Magnitud Dirección Sentido.

Problemas Tipo Si m1=10 kg, m2=20 kg. ¿Que pasará con el sistema? Considere superficie sin fricción μ=0 ¿Qué fuerza se debe aplicar para que el sistema este en equilibrio? m1

Problemas Tipo m2 Si m1=20 kg. ¿Cuanto tiene que valer m2 para que el sistema este en equilibrio? Considere μ=0,5 m1

Problemas Tipo Si m1=20 kg, m2=10 kg. ¿Qué fuerza se debe aplicar para poner el sistema en equilibrio? m1 m2

Problemas Tipo Si m1=20 kg, m2=10 kg. ¿Qué fuerza se debe aplicar para poner el sistema en equilibrio? m2 m1 m1 m2

Problemas para analizar

Análisis de Movimiento

Maquinas simples

La Rueda Permite el desplazamiento del cuerpo al que está unido su eje disminuyendo las fuerzas de rozamiento. Las ruedas dentadas también transportan el movimiento y la fuerza o par de giro.

Historia de la Rueda (primeras evidencias) Rodillos de madera fabricados a partir de troncos de árbol ya fueron empleados por los egipcios hacia el 3500 a.C para el transporte de cargas pesadas. Tornos de alfarería (hacia el 3300 a. de C. en el oriente medio), en forma de sencillo disco de madera montado sobre un cono giratorio impulsado a mano. Hacia el 3200 a. de C. empieza a aplicarse como elemento de transporte formando parte de carros de tracción animal. Hacia el 2900 a. de C. se aplicó en Sumeria para la molienda de trigo (molino de ruedas). Hacia el 1500 a. de C. empezó a emplearse como elemento motor accionado por la fuerza muscular del hombre (rueda de varios metros de diámetro por la que se mueven varios hombres haciéndola girar).

Biela-Manivela La biela-manivela transforma el movimiento giratorio de la manivela en uno alternativo de la biela

Cuña Se forma por dos planos inclinados opuestos, las conocemos comúnmente como punta, su función principal es introducirse en una superficie. Ejemplo: Flecha, hacha, navaja, pica-hielo, cuchillo.

Palanca Es una barra rígida con un punto de apoyo, a la que se aplica una fuerza y que, girando sobre el punto de apoyo, vence una resistencia. VIDEO

 «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo» Arquímedes – Siglo III A.C

Plano Inclinado En el plano inclinado se aplica una fuerza para vencer la resistencia vertical del peso del objeto a levantar. Cuando el ángulo del plano inclinado es más pequeño se puede levantar más peso con una misma fuerza aplicada pero, a cambio, la distancia a recorrer será mayor.

Polea La polea simple transforma el sentido de la fuerza; aplicando una fuerza descendente se consigue una fuerza ascendente. El valor de la fuerza aplicada y la resultante son iguales, pero de sentido opuesto. En un polipasto la proporción es distinta. VIDEO

Tuerca-Husillo El mecanismo tuerca husillo trasforma un movimiento giratorio aplicado a un volante o manilla, en otro rectilíneo en el husillo, mediante un mecanismo de tornillo y tuerca.

Polipastos

Polipastos Máquina que se utiliza para levantar o mover una carga con gran ventaja mecánica. Se necesita aplicar una fuerza mucho menor al peso que hay que mover. lleva dos o mas poleas para minimizar el esfuerzo.

Polipasto con una polea móvil El peso se reparte entre las dos cuerdas. R = 120 N F = ? n = 1 La fuerza que tenemos que hacer es: F = R/2 n F = 120/ 2 → F = 60 N

Polipastos Es un polipasto con dos poleas móviles. El peso se reparte entre las dos poleas, y cada polea reparte su peso entre las dos cuerdas, luego: R = 120 N F = ? n = 2 F = R /2 n → F = 120 /2 · 2 → F = 30 N

Palanca Palanca de segundo grado En una palanca de segundo grado, la resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza. R = 120 N F = ? BR = 1 m BF = 1 m + 3 m = 4 m Aplicando la ley de la palanca y sustituyendo: F · BF = R · BR F · 4 = 120 · 1 → F = 30 N

Conclusiones Maquinas Todas las máquinas simples convierten una fuerza pequeña en una grande, o viceversa. Algunas convierten también la dirección de la fuerza. La relación entre la intensidad de la fuerza de entrada y la de salida es la ventaja mecánica.

Conclusiones Maquinas A menudo, una herramienta consta de dos o más máquinas o artefactos simples, de modo que las máquinas simples se usan habitualmente en una cierta combinación, como componentes de máquinas más complejas.

Física 10º - I.E.E Docente: Robinson Usma B Torque de una fuerza Física 10º - I.E.E Docente: Robinson Usma B

Momento o torque de una fuerza

El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar. El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instilación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está frenando.

Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el ejemplo de la gráfica en la figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico.

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano”

La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor La potencia indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm. Potencia = Torque x velocidad angular Veamos las unidades: En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton metro) La potencia se expresa en W (Vatios) Debido a que los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W Relaciones útiles: Potencia (en kW) = (Torque (Nm) . Revoluciones por minuto del motor (rpm)) / 9550 1kW = 1,34 hp (Horsepower ó caballo de potencia) El PS es el caballo en el sistema métrico. 1kW = 1,359 PS 1Nm = 0,73756 lbf ft

Gracias por la atención prestada