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
- Defina el concepto
de fuerza
- Indique y defina
cuales so as fuerzas fundamentales de la naturaleza
- Mencione los efectos
que provocan la fuerzas al ser aplicada a un cuerpo
- Resuelva los
siguientes ejercicios aplicando la ley de Hooke
- 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
- 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
- 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
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