EL MUNDO DE LA CIENCIA

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"Soy lo suficientemente artista como para dibujar libremente sobre mi imaginación. La imaginación es más importante

que el conocimiento. El conocimiento es limitado. La imaginación circunda el mundo" Albert Einstein




miércoles, 17 de julio de 2013

LEYES DE NEWTON

GUÍA # 2

CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
GUIA DE APRENDIZAJE DE FÍSICA PARA EL GRADO DÉCIMO
TEMA: Primera ley de Newton o Ley de la inercia y tipos de fuerzas

OBJETIVO: Aplicar la primera ley de Newton a la solución de problemas relacionados con fuerzas

Esta ley postula, por tanto, que. “un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él”. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
Ejemplo, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
Sistemas de referencia inerciales. Son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

Un sistema de referencia inercial es aquel en el que es válido el principio de inercia
Masa inercial. Es una medida de la resistencia de una masa al cambio de su velocidad con relación a un sistema de referencia inercial.
Fuerzas comunes:

1.    El peso de los cuerpos (m . g): El peso es una fuerza que experimenta un cuerpo de masa “m” debido a la tierra.
El peso es un vector por lo tanto tiene tamaño y dirección


2.    Fuerza Normal (N): Es la fuerza que ejerce la superficie sobre un cuerpo que está sobre ella, esa fuerza es perpendicular a la superficie y hacia a fuera:
 

 La fuerza normal depende de las diferentes fuerzas que el cuerpo experimenta ( si no hay otra fuerza diferente al peso en el eje de la y,  N es igual a m.g).

3.    Fuerza de tensión (T): Es la fuerza que ejerce una cuerda o un  alambre sobre el objeto al cual está unida.


                                                                                                                                          
4.    Fuerza de fricción (f): Es aquella que se opone al movimiento, es ejercida por la superficie de contacto.

Esta fuerza es proporcional a la normal (f α N)             
     


                                        



µ es la pendiente de la fuerza.
Hay dos fuerzas de fricción:

  1. Fuerza de fricción estática: fsµs N (µs es el coeficiente de fricción estático)
En el instante en que empieza a moverse el objeto es igual si no es menor.

  1. fs= µs N               
  Cuando está en movimiento fuerza de fricción cinética:     fk = µk N 
          
        Mientras más lisas sean las superficies de contacto µs es menor. µs > µk
       Cuando µ = 0 no hay fricción.



ACTIVIDAD

Lea cuidadosamente la guía y con base en ello responda en su cuaderno:

1.    Explique brevemente en que consiste la ley de la inercia.

2.    Para que un cuerpo permanezca en su estado de reposo o de movimiento como debe ser la sumatoria de todas las fuerzas.

3.    Qué pasa con un cuerpo si la fuerza neta es diferente de cero?

4.    Explique qué significan cada una de las siguientes expresiones:

a.    ∑ F= 0
b.    ∑ F=  m . a

5.    Elabore un resumen de cada una de las fuerzas que pueden actuar sobre un objeto, Realice los esquemas.

6.    Un cuerpo de masa “m” es arrastrado por una persona con una cuerda, la cual forma un ángulo Ɵ con la horizontal. Elabore el diagrama de cuerpo libre donde se muestre cada una de las fuerzas que actúan sobre él.

Resuelva los siguientes problemas:

7.    El peso de una caja es de 400 N. Si un hombre ejerce una fuerza de 200 N con una cuerda que forma con a horizontal un ángulo de 30°, determinar:
a.    Las fuerzas que actúan sobre la caja.
b. La fuerza normal y la fuerza de rozamiento, si la caja se mueve con velocidad constante.

8.  Un bloque A se desliza sobre la superficie del bloque B con una aceleración de 2m/s2. ¿cuál será el coeficiente de rozamiento cinético µk entre el bloque A y el bloque B?, Realice el diagrama de cuerpo libre.

9. Un hombre arrastra una caja por el suelo mediante una cuerda que forma un ángulo de 30° con la horizontal. ¿con qué fuerza tendría que tirar el hombre si la caja que tiene una masa de 500 g, se mueve con velocidad constante y el coeficiente de rozamiento cinético (µk) es de 0,4?. Realice el diagrama de cuerpo libre.

   fs ≤ µsN (µs es el coeficiente de fricción estático)

En el instante en que empieza a moverse el objeto es igual si no es menor. 
a.  fs = µsN

b. Cuando está en movimiento fuerza de fricción cinética:  :   fk = µkN

Mientras más lisas sean las superficies de contacto µ es menor µs > µk
cuando µ = 0 no hay fricción.




GUÍA DE FÍSICA


CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
GUIA DE APRENDIZAJE DE FÍSICA PARA EL GRADO DÉCIMO
TEMA: FUERZA

COMPETENCIA: Mediante un taller determinar la fuerza aplicada a un resorte, el alargamiento y su contante elástica aplicando la ley de Hooke

Concepto de Fuerza

Podemos decir que el resultado de la
 interacción entre un objeto y su medio circundante es lo que denominamos fuerza. La fuerza que actúa sobre un cuerpo puede deformarlo, cambiar su estado de movimiento, o ambas cosas.
Debemos decir que las interacciones conocidas en la naturaleza son: 1) la fuerza gravitatoria, que aparecen entre los objetos a causa de sus masas, 2) la fuerza electromagnética, debidas a las cargas eléctricas, polos de un imán y o corrientes eléctricas, 3) las fuerzas nucleares fuertes, que es la que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo del átomo evitando su repulsión  y 4) las fuerzas nucleares débiles, que dominan las interacciones entre las partículas subatómicas, es decir de algunas reacciones nucleares y de una desintegración radiactiva llamada desintegración beta.

De las cuatro fuerzas fundamentales, dos de ellas operan en la escala del núcleo atómico, pero producen enormes efectos observables. Estas son las fuerzas nucleares débiles y fuertes.

Las fuerzas electromagnéticas.  Afectan a los cuerpos eléctricamente cargados, esta aplicada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Pueden ser de repulsión o de atracción.

En cambio en la dimensión cósmica dominan las fuerzas gravitatorias, entre planetas, galaxias o estrellas. También se registran en todo fenómeno de nuestra experiencia terrestre asociada a la caída de los cuerpos, cursos de agua, proyectiles, tropismos, etc.

La acción combinada de estas fuerzas fundamentales producen efectos que se asocian con fuerzas específicas o derivadas. Tales como la elástica, de rozamiento y fuerzas de vínculo.

Las fuerzas de vínculo impiden que un cuerpo acceda a una determinada región del espacio: si se empuja una pared, ésta impide pasar al otro lado; un cuerpo apoyado no puede atravesar el piso o la mesa que lo sustenta; una lámpara de techo es retenida por una cadena; un carrito de una montaña rusa no puede salirse del riel

Efectos Mecánicos
El efecto más evidente de una fuerza es poner en movimiento un objeto: patear una pelota, trasladar un mueble de un lugar a otro, etc.

Por otro lado, una fuerza puede modificar el movimiento: al chocar dos autos, cabecear una pelota o desviar con un imán una bolita metálica en movimiento, en estos casos se altera la dirección del movimiento. También es posible acelerar o frenar un cuerpo mediante acción de fuerzas, sin desviarlo de su trayectoria.

Finalmente, una fuerza puede provocar deformaciones de los cuerpos, como comprimir un resorte, aplastar una caja, tensar un arco o cuando mares avanzan sobre la costa por la influencia de la luna (mareas).

Unidades de Fuerza

En el SIU, la fuerza se mide en newtons (N), el cual equivale a la fuerza necesaria para sostener un cuerpo de 102 gramos en la Tierra. Por lo tanto 1N equivale a una fuerza de 102 gramos fuerza (g-f)
Un N también equivale a la fuerza que se debe ejercer sobre un kilogramo de masa, para ocasionar una aceleración de 1 m/s2 en la Tierra
N = kg . m / s2


Ley de Hooke (Elasticidad)

Cuando un objeto se somete a fuerzas externas, sufre cambios de tamaño o de forma, o de ambos. Esos cambios dependen del arreglo de los átomos y su enlace en el material.
Cuando un peso jala y estira a otro y cuando se le quita este peso y regresa a su tamaño normal decimos que es un cuerpo elástico.

Elasticidad: Propiedad de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto, y el objeto regresa a su forma original cuando cesa la deformación.


Ley de Hooke:
La cantidad de estiramiento o de compresión (cambio de longitud), es directamente proporcional a la fuerza aplicada.

F = K . x  (F es fuerza; k: constante elástica; x: alargamiento del resorte)


ACTIVIDAD:

Con base en la lectura del documento resolver
  1. Defina el concepto de fuerza
  2. Indique y defina cuales so as fuerzas fundamentales de la naturaleza
  3. Mencione los efectos que provocan la fuerzas al ser aplicada a un cuerpo
  4. Resuelva los siguientes ejercicios aplicando la ley de Hooke
  1. Para un resorte que cumple la ley de Hooke y que presenta como constante clásica de elasticidad el valor de 19.62 N/cm. Se le cuelga un objeto que causa una deformación de 58.86 cm. ¿Cuál es la masa del objeto?
Gravedad= 9,81 m/s2  ; Peso (fuerza) = masa x gravedad; F = k . x

  1. Si se ejerce una fuerza de 200 N sobre un resorte cuya longitud es 20 cm y se observa que la longitud del resorte alcanza un valor de 25 cm. Determinar:
·         La constante elástica del resorte
·         El alargamiento si se aplica una fuerza de 300 N.
·         La fuerza que se debe aplicar para que el alargamiento sea de 8 cm
·         El valor de la constante del resorte si sobre el mismo resorte se aplica una fuerza de 300 N

  1. Tres pasajeros, con una masa de 210 kg, suben a un vehículo de 1100 kg comprimiendo los muelles de este 3 cm. Considerando que los muelles actúan como un solo resorte, calcular:
·     La constante elástica de los muelles del vehículo, si la fuerza aplicada por los  tres pasajeros es de 2058 N
·         La longitud, x, que baja el vehículo si la fuerza aplicada es de 2744 N
·         La fuerza que se debe aplicar al vehículo para que descienda 6 cm