Concepto de Fuerza, Clasificación de las Fuerzas, Postulados de Newton

Presentación del tema: "Concepto de Fuerza, Clasificación de las Fuerzas, Postulados de Newton"— Transcripción de la presentación:

1 Concepto de Fuerza, Clasificación de las Fuerzas, Postulados de Newton
Fuerzas y postulados de Newton MARITZA VIVAS NARVAEZ UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA Sede Neiva

2 Fuerzas y postulados de Newton
INDICE DE CONTENIDO Conceptos básicos. Tipos de fuerzas y ejemplos cotidianos Postulados de Newton Aplicaciones de las leyes de Newton Ejercicios Fuerzas y postulados de Newton

3 Fuerzas y postulados de Newton
Conceptos básicos ¿Qué es fuerza? Defina con sus propias palabras. Ejemplos ilustrativos: Tomado de: Física universitaria para ciencias e ingeniería Serway, Vol 1. Fuerzas y postulados de Newton

4 Fuerzas y postulados de Newton
Conceptos básicos En resumen… UNA FUERZA ES ALGO QUE CUANDO ACTUA SOBRE UN CUERPO, DE CIERTA MASA, LE PROVOCA UN EFECTO Fuerzas y postulados de Newton

5 Fuerzas y postulados de Newton
Conceptos básicos Además la fuerza cumple con propiedades básicas observables en la vida cotidiana: Es una magnitud vectorial: por que necesita de una magnitud, dirección y sentido. (figura) Una fuerza actuando sobre un objeto hace que éste o bien cambie su velocidad o bien se deforme. Las fuerzas obedecen el principio de superposición: varias fuerzas concurrentes en un punto dan como resultado otra fuerza que es la suma vectorial de las anteriores. Fuerzas y postulados de Newton

6 Conceptos básicos MASA
Es una propiedad fundamental de un objeto; es una medida numérica de su inercia; una medida fundamental de la cantidad de materia en el objeto. En otras palabras también se define como el parámetro característico de cada objeto que mide su resistencia a cambiar su velocidad. Es una magnitud escalar y aditiva. Su unidad en el sistema internacional es el Kilogramo Fuerzas y postulados de Newton

7 Fuerzas y postulados de Newton
Conceptos básicos Newton = kg.m/s2 Fuerza que se aplica a un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de un metro sobre segundo al cuadrado. Newton (N) dina= g.cm/s2 Es la fuerza que se aplica a un g de masa para que adquiera una aceleración de un centímetro sobre segundo al cuadrado Dina (dyn) 1kp= 1kg. 9,8m/s2 = 1N Es la fuerza que atrae a un kg de masas al nivel del mar y 45º de latitud Kilopondio o kilogramo fuerza (kp o kg-f) 1 lbf ≡ 4, newtons (kg·m/s²) Es aproximadamente igual a la fuerza gravitacional ejercida sobre una masa de 1 lb sobre una idealizada superficie de la tierra. Libra o libra fuerza (lb o lb-f) Unidades de fuerza: Fuerzas y postulados de Newton

8 Fuerzas y postulados de Newton
Conceptos básicos Unidad Equivalencia 1 Newton (N) 1 newton (N) 1 kilonewton (kN) 1000 N 1 kilopondio (1kp) 0,8 N 1 tonelada fuerza (1 tn) 1000 kp 1 libra (lb) 0,454 kp 4,448 N Fuerzas y postulados de Newton

9 Tipos de fuerza ¿QUÉ TIPOS DE FUERZAS ESTAN PRESENTES EN NUESTRA COTIDIANIDAD? Fuerzas y postulados de Newton

10 Tipos de fuerza Tipos de fuerza De contacto Fuerza normal
Fuerza de tensión Fuerza de fricción Fuerza elástica De campo Fuerza electromagnética Fuerza de peso Fuerza nuclear Fuerza nuclear fuerte Fuerza nuclear débil Fuerzas y postulados de Newton

11 Fuerzas y postulados de Newton
Fuerzas de contacto Son aquellas que se presentan por la interacción de dos o más cuerpos. Es decir, chocando sus superficies libres (como la fuerza normal). Fuerzas y postulados de Newton

12 Fuerzas de contacto: fuerza normal
Se representa con la letra 𝑁 y es la fuerza que aparece cuando hay contacto entre dos superficies. Esta fuerza es siempre perpendicular a la superficie. Fuerzas y postulados de Newton

13 Fuerzas de contacto: fuerza de tensión
Se representa con la letra 𝑇 y es la fuerza que aparece cuando existe cuerdas sosteniendo un cuerpo donde la masa de la cuerda es despreciable comparada con la del objeto. Esta tensión es igual a través de toda la cuerda. Fuerzas y postulados de Newton

14 Fuerzas de contacto: fuerza de fricción
Es la fuerza que aparece entre dos superficies de contacto. El sentido de dicha fuerza es de sentido opuesto al movimiento.  Fuerza de rozamiento estática. Cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Fuerza de rozamiento dinámica. cuando si hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Matemáticamente se puede expresar con la siguiente ecuación: 𝐹𝑟=𝑚 𝑁 Fuerzas y postulados de Newton

15 Fuerzas de contacto: fuerza elástica
La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas. La fuerza elástica se calcula como: F = - k  ΔX ΔX =  Desplazamiento desde la posición normal   k =  Constante de elasticidad del resorte   F =  Fuerza elástica Fuerzas y postulados de Newton

16 Fuerzas y postulados de Newton
¿Por qué están en reposo los cuerpos apoyados sobre una superficie o suspendidos de un hilo o resorte? Tomemos un resorte que se encuentra fijo por uno de sus extremos y del otro extremo se suspende un cuerpo. Bajo la acción de la fuerza de gravedad el resorte se estira y finalmente se detiene. Si colocamos otro cuerpo, el resorte se alargará aún más, pues la fuerza que actúa sobre él aumenta, pero finalmente se detiene. ¿Cuál es la causa de que esto suceda? Fuerzas y postulados de Newton Tomado de:

17 Fuerzas y postulados de Newton
Fuerzas de campo Surge debido a la interacción entre campos y que se producen cuando los cuerpos están separados cierta distancia unos de los otros. Para cada instante de tiempo las fuerzas sobre una partícula concreta debida a otras partículas depende de las posiciones de estas en el mismo instante, como si la fuerza "se transmitiera instantáneamente" o existiera una "acción a distancia" por parte de las otras partículas Fuerzas y postulados de Newton

18 Fuerzas de campo: fuerza electromagnética
Es aquella que se da entre la interacción de dos cuerpos y esta puede ser magnética o eléctrica. Un ejemplo de fuerza magnética se da cuando se frota un globo y después se acerca a nuestro cabello. Fuerzas y postulados de Newton

19 Fuerzas de campo: fuerza nuclear
La fuerza nuclear es aquella que se da en el interior del átomo donde hay una estabilidad del núcleo. Esta fuerza es electromagnética y de un alcance más corto. Existen dos fuerzas nucleares, la fuerza fuerte que actúa sobre los nucleones y la fuerza débil que actúa en el interior de los mismos. Fuerzas y postulados de Newton

20 Fuerzas de campo: atracción nuclear fuerte
Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones. Fuerzas y postulados de Newton

21 Fuerzas de campo: atracción nuclear débil
Esta fuerza es la responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva. El efecto más familiar es el decaimiento beta (de los neutrones en el núcleo atómico) y la radioactividad. La palabra "débil" deriva del hecho que un campo de fuerzas es de 1013 veces menor que la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias. Fuerzas y postulados de Newton

22 Fuerzas de campo: la gravedad (peso)
Todos los objetos son atraídos hacia la Tierra. La fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre un objeto se llama fuerza gravitacional 𝐹 𝑔 . Esta fuerza se dirige hacia el centro de la Tierra y su magnitud se llama peso del objeto. 𝐹 𝑔 =m 𝑔 Dado que g disminuye a medida que crece la distancia al centro de la Tierra, los objetos pesan menos a mayores altitudes que a nivel del mar. Fuerzas y postulados de Newton

23 Fuerzas y postulados de Newton
ACTIVIDAD Con base en lo explicado anteriormente diseñe un mapa mental en donde exponga los tipos de fuerzas, apoyándose en dibujos de ejemplos cotidianos con cada uno de ellos. Comparta con sus compañeros su resultado final. Recuerde las características de un mapa mental. Fuerzas y postulados de Newton

24 Aplicaciones de las leyes de Newton
Se discutirán dos modelos de análisis para resolver problemas en que los objetos están en equilibrio o aceleran a lo largo de una línea recta bajo la acción de fuerzas externas constantes. Recuerde que, cuando las leyes de Newton se aplican a un objeto, se tiene interés sólo en las fuerzas externas que actúan sobre el objeto. Fuerzas y postulados de Newton

25 Partícula en equilibrio
Si la aceleración de un objeto representado como partícula es cero, el objeto se considera con el modelo de partícula en equilibrio. En este modelo, la fuerza neta sobre el objeto es cero: 𝑭 =0 Ejemplo: una lámpara suspendida de una cadena unida al techo, el diagrama de cuerpo libre para la lámpara muestra que las fuerzas que actúan sobre ésta son la fuerza gravitacional hacia abajo y la fuerza T hacia arriba que ejerce la cadena. Fuerzas y postulados de Newton

26 Partícula bajo una fuerza neta constante
Si un objeto experimenta una aceleración, su movimiento se puede analizar con el modelo de partícula bajo una fuerza neta. La ecuación apropiada para este modelo es la segunda ley de Newton: Ejemplo: una caja que se jala hacia la derecha sobre una superficie horizontal sin fricción, Suponga que quiere encontrar la aceleración de la caja y la fuerza que el suelo ejerce sobre ella. Las fuerzas que actúan sobre la caja se ilustran en el diagrama de cuerpo libre de la figura Fuerzas y postulados de Newton

27 Fuerzas y postulados de Newton
Ejemplo 1) Un semáforo que pesa 122 N cuelga de un cable unido a otros dos cables sostenidos a un soporte como en la figura. Los cables superiores forman ángulos de 37.0° y 53.0° con la horizontal. Estos cables superiores no son tan fuertes como el cable vertical y se romperán si la tensión en ellos supera los 100 N. ¿El semáforo permanecerá colgado en esta situación, o alguno de los cables se romperá? Fuerzas y postulados de Newton

28 Fuerzas y postulados de Newton
Diagrama de cuerpo libre Ambos valores son menores que 100 N (apenas para T2), de modo que los cables no se romperán. Fuerzas y postulados de Newton

29 Fuerzas y postulados de Newton
Ejercicios en clase 1) En la película It Happened One Night(Columbia Pictures, 1934), Clark Gable está de pie adentro de un autobús estacionado en frente de Claudette Colbert, quien está sentada. De pronto el autobús comienza a moverse hacia adelante y Clark cae en el regazo de Claudette. ¿Por qué ocurrió esto? 2) Suponga que un camión cargado con arena acelera a lo largo de una autopista. Si la fuerza impulsora que se ejerce sobre el camión permanece constante, ¿qué ocurre con la aceleración del camión si su remolque tiene una fuga de arena. 3) Un automóvil se mueve hacia adelante lentamente y aumenta su rapidez. Un estudiante afirma “el automóvil ejerce una fuerza sobre sí mismo” o “el motor del automóvil ejerce una fuerza en el automóvil”. Argumente que esta idea no puede ser exacta y que la fricción que ejerce el camino es la fuerza propulsora sobre el automóvil. Haga su evidencia y razonamiento tan persuasivo como sea posible. ¿Es fricción estática o cinética? Sugerencia:Considere un camino cubierto con grava ligera. Considere una impresión clara de la huella de la llanta sobre un camino de asfalto, obtenida al recubrir la huella con polvo. Fuerzas y postulados de Newton

30 Fuerzas y postulados de Newton
Ejercicios en clase 4) Un ladrillo de masa M está sobre una almohadilla de hule de masa m. Juntos se deslizan hacia la derecha con velocidad constante sobre un estacionamiento cubierto de hielo. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre del ladrillo e identifique cada fuerza que actúa sobre él. b) Dibuje un diagrama de cuerpo libre de la almohadilla e identifique cada fuerza que actúa sobre ella. c) Identifique todos los pares de fuerzas acción– reacción en el sistema ladrillo–almohadilla–planeta. 5) Los sistemas que se muestran en la figura P5.23 están en equilibrio. Si las balanzas de resorte se calibran en newtons, ¿qué lectura indica en cada caso? Ignore las masas de las poleas y cuerdas, y suponga que las poleas y el plano inclinado en el inciso d) no tienen fricción. Fuerzas y postulados de Newton

31 Fuerzas y postulados de Newton
Links de estudio Para lectura personal: Leyes de newton y sus aplicaciones: Concepto de fuerza y su clasificación: Fuerzas y postulados de Newton