LAS FUERZAS
¿QUÉ ES UNA FUERZA?
Cuando empujamos algo, se dice que nuestras manos y el objeto empujado interactúan. Las fuerzas se utilizan para explicar estas interacciones entre los cuerpos, es decir lo que le ocurre a un cuerpo debido a la presencia lejana o cercana de otro cuerpo.Concepto de fuerza
- Las fuerzas pueden ser por:
- contacto: cuando no existe separación entre los cuerpos interactuantes (damos una patada a un balón).
- a distancia: cuando existe separación entre los cuerpos interactuantes (cuando un objeto cae desde una cierta altura).
- Definición:
Es la acción de un cuerpo sobre otro, sea por contacto directo o a distancia.
- cambios de forma cuando el objeto sobre el que actúa una fuerza adopta forma diferente a la inicial.
- cambios de velocidad cuando al actuar una fuerza sobre un cuerpo aparece una aceleración que ocasiona un cambio de velocidad.
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Si las fuerzas que actúan están en equilibrio, se anulan y no se produce ningún resultado.
Una de estas fuerzas es la fuerza de rozamiento.
La fuerza es una magnitud vectorial porque para definirla correctamente debemos conocer:
- su dirección
- su sentido
- su punto de aplicación
- el valor de su módulo o intensidad.
La fuerza se representa mediante flechas con la dirección y el sentido. Es importante el lugar donde actúa la fuerza, su punto de aplicación.
Suma de fuerzas de la misma dirección
- Si dos o más fuerzas actúan sobre el mismo objeto, con el mismo punto de aplicación y misma dirección y mismo sentido pueden sumarse obteniendo la fuerza resultante, F que también tiene la misma dirección y sentido.
- Si dos o más fuerzas tienen la misma dirección pero sentido contrarios , sus valores se restan y la fuerza resultante tiene el sentido de la mayor de ellas.
2. LAS FUERZAS CAMBIAN DE FORMA
Uno de los efectos de las fuerzas es el cambio de forma de los cuerpos. En un sólido los cambios de forma pueden ser:
- elásticos : El cuerpo recupera la forma inicial cuando deja de actuar la fuerza que ha provocado el cambio.
- plásticos : el cuerpo adopta la nueva forma y no recupera la forma inicial cuando deja de actuar la fuerza.
- roturas : el cuerpo se fragmenta a causa de la fuerza actuante.
Un mismo cuerpo puede experimentar los tres tipos de cambios. Por ejemplo, si estiramos suavemente una prenda elástica recuperará su forma inicial, si estiramos más intensamente podemos llegar a deformar la prenda y si la fuerza aplicada es suficientemente intensa podemos llegar a romperla.
Ley de Hooke En los cuerpos elásticos la deformación es proporcional a la fuerza aplicada  | |||||
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3. LAS FUERZAS CAMBIAN LA VELOCIDAD
Además de la deformación de los cuerpos, las fuerzas pueden producir variaciones en el movimiento de los cuerpos. Si sobre un cuerpo se aplican fuerzas puede:
es la parte de la física que estudia la reacción entre fuerzas y el movimiento de los cuerpos. Isaac Newton enunció las leyes que aún so la referencia:
- frenar o disminuir la velocidad de un cuerpo, incluso pararlo.
- poner en movimiento un cuerpo que esta parado.
- aumentar la velocidad de un cuerpo que ya está en movimiento.
- cambiar la dirección en la que se mueve, hacerlo girar.
- Dinámica
es la parte de la física que estudia la reacción entre fuerzas y el movimiento de los cuerpos. Isaac Newton enunció las leyes que aún so la referencia:
PRIMERA LEY DE NEWTON
Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas o las que actúan no se compensan el cuerpo está en reposo o se mueve en línea recta con velocidad constante.
SEGUNDA LEY DE NEWTON O PRINCIPIO DE INERCIA
Si una fuerza neta actúa sobre un cuerpo, éste adquiere una aceleración directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masa
TERCERA LEY DE NEWTON
Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
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4. FUERZA DE LA GRAVEDAD
¿Qué es la
gravedad?
Si soltamos un cuerpo desde una altura el cuerpo cae
debido a la fuerza que la Tierra ejerce sobre él. Esta fuerza se llama fuerza gravitatoria o simplemente gravedad . Es un ejemplo típico de fuerza de
acción a distancia. Otro ejemplo de fuerza gravitatoria es el peso que no debemos confundir con la
masa: habitualmente decimos que "pesamos
un cuerpo" cuando realmente estamos calculando su masa.
La masa: es la medida de la
cantidad de materia que posee un cuerpo
- Se mide en kilogromas (kg) en el SI de unidades.
- Los instrumentos que se utilizan para medir la masa son las balanzas
El peso es la fuerza que la
Tierra ejerce sobre los cuerpos.
- Se mide en Newton (N) en el SI de unidades.
- Si se deja caer libremente cualquier objeto en el planeta Tierra lo hace con un movimiento uniformemente acelerado, siendo el valor de la aceleración:
g = 9.8 m/s2
De
acuerdo con a segunda ley de Newton , el peso (P) de un cuerpo de masa (m)
viene dado por la expresión:
P = m.g
- El instrumento que se utiliza para medir el peso es el dinamómetro
5. FUERZAS EJERCIDAS POR
LOS LÍQUIDOS
Cuando nos metemos
en el interior de una piscina parece que pesamos menos. Por otra parte también
sabemos que algunos objetos se hunden en un líquido mientras que otros flotan.
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen sobre los cuerpos
sumergidos en ellos una fuerza que los empuja hacia la superficie
del fluido.
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Al introducir un objeto, por
ejemplo de hierro en una probeta con una cierta cantidad de agua, el
volumen marcado por el nivel del agua
aumenta. La diferencia entre el volumen final y el inicial se llama
volumen desalojado o desplazado. Evidentemente este volumen coincide
con el volumen del objeto sumergido en el agua.
Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un
fluido experimenta una fuerza ascensional (llamada empuje) igual al peso
del volumen desalojado
FLOTABILIDAD
El principio de Arquímedes explica por qué
unos cuerpos flotan y otros no.
La
flotabilidad depende de la relación entre el peso del cuerpo y el empuje que le
proporciona el fluido, es decir el peso del volumen de fluido
desalojado.
¿Qué
puede ocurrir?
Para un cuerpo totalmente sumergido:
- si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde.
- si el peso iguala el empuje, el cuerpo flota entre dos aguas (submarino)
- si el peso del cuerpo es menor que el empuje el cuerpo asciende y se mantendrá en la superficie del fluido.
OS DEJAMOS UN VÍDEO DONDE SE EXPLICA LA FLOTABILIDAD Y EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.
-ACELERACIÓN GRAVITATORIA
Los objetos
más densos que el aire caen hacia la superficie de la Tierra. Esta caída se
debe a la atracción que la Tierra ejerce sobre ellos y es un ejemplo de
movimiento uniformemente acelerado. En ausencia de aire, todos los objetos caen
con la misma aceleración que se llama aceleración
de la gravedad, se designa por g
y vale 9´8 m/segundos cuadrado a
nivel del mar. Si no fuera por la fricción del aire que afecta más a unos que a
otros según su forma, todos los cuerpos deberían caer hacia la Tierra con una
aceleración de 9´8 m /segundo cuadrado.
La
aceleración de la gravedad de un planeta depende de la masa de dicho planeta y
también de su tamaño. Cuanto mayor masa
y menor radio tenga mayor será la gravedad en su superficie.
-EL DINAMÓMETRO
Son los
aparatos que se usan para medir fuerzas.
En el S.I. la unidad de fuerza es el newton,
cuyo símbolo es N.
Un newton es la fuerza que aplicada a una
masa de 1 kilogramo lo acelera 1
m/segundo cuadrado.
-¿QUÉ ES LA MASA?
La masa es la medida de la cantidad de materia
que posee un cuerpo.
En el S.I.
la masa se mide en Kilogramos (Kg). Los aparatos que
usamos para medir masas son las balanzas
que deben estar calibradas en kilogramos, gramos, miligramos, etc.
-¿QUÉ ES LA INERCIA?
Es la
incapacidad que tienen los cuerpos para salir del estado de reposo o de movimiento o variar las condiciones de ese movimiento, en forma
independiente de una fuerza interior.
La primera ley de Newton, que sienta el principio de inercia nos explica que un
cuerpo en reposo o en movimiento, ya sea uniforme o rectilíneo, permanecerá en
estado de él desde el exterior son iguales a cero. La inercia es proporcionalmente directa a la masa del cuerpo.
-FUERZA COMO INTERACCIÓN
Se dice que
existe interacción entre dos cuerpos
cuando uno ejerce una acción de contacto, o a distancia, sobre el otro. Sobre
todo cuerpo que recibe una interacción aparece
una fuerza.
Toda
interacción crea dos fuerzas, pero
sólo una sobre cada uno de los
cuerpos que interactúan. Las interacciones se pueden producir a distancia.
Existen cuatro tipos de interacciones: gravitatoria, electrostática, nuclear
fuerte y nuclear débil.
Las fuerzas
de interacción son de igual dirección y valor, pero de punto de aplicación y
sentidos distintos. Esto es lo que afirma la 3ª Ley de Newton .
Si sobre un
cuerpo existe una única interacción nunca estará en equilibrio (la fuerza que
se ejerce sobre él hace que se mueva con una aceleración) 2ª Ley de Newton.
Un cuerpo
sometido a dos interacciones estará en equilibrio si la resultante de esas dos
fuerzas originadas sobre él se anulan. Con más de dos interacciones se puede
producir el equilibrio si la resultante de todas las fuerzas que se ejercen
sobre el cuerpo es cero (se anulan).
En el gráfico que va a continuación se ve un cuerpo en reposo sobre una mesa. El cuerpo está sometido a dos interacciones:
1-La masa de la Tierra con la masa del cuerpo.
2-La de contacto contra la mesa que crea una
reacción normal de ésta contra el cuerpo.
La primera
origina una fuerza gravitatoria
sobre el cuerpo y la segunda una fuerza
electrostática de contacto también sobre el cuerpo y opuesta a la
gravitatoria.
Reacción
Mesa/bloque, debe leerse: reacción de la mesa sobre el bloque.
Puede
ocurrir que un cuerpo que se está moviendo con velocidad constante sin estar
sometido a ninguna fuerza – partícula libre--, se encuentre de repente sometido
a un conjunto de fuerzas cuya resultante sobre él sea nula. En este caso el
cuerpo seguirá moviéndose con dirección y velocidad constante igual a la que
tenía, 1ª Ley de Newton.
-ACCIÓN Y REACCIÓN
EL principio de acción y reacción corresponde
a la 3ª Ley de Newton. Éste afirma que: “ Todo cuerpo A que ejerce una fuerza sobre un cuerpo B experimenta una
fuerza de igual intensidad y en la misma dirección pero en sentido opuesto”.
Ejemplos de
ello son la propulsión de los cohetes, la propulsión que sufre un globo cuando
se desinfla en el aire, etc.
-¿QUÉ ES ROZAMIENTO?
Sabemos que
una fuerza es la acción de un cuerpo
sobre otro a distancia o en contacto. Los resultados
de la acción de una fuerza pueden ser cambios
de forma (ej: estirar un muelle) o cambios de velocidad ( ej: acelerar o
frenar un vehículo).
Si las fuerzas que actúan están igualadas, se anulan; están equilibradas y no consiguen resultados. Cuando la fuerza que
ejercemos iguala pero no consigue superar a otras fuerzas, no hay resultados
netos. Es el caso de la fuerza de
rozamiento estática.
Los cuerpos
en movimiento se paran no porque falle la primera
ley de Newton sino porque continúan actuando unas fuerzas que los frenan.
Estas fuerzas son las fuerzas de
rozamiento que actúan siempre en
contra del movimiento. (Ej: En el
espacio sideral no hay rozamiento y los cuerpos no ven frenado su movimiento si
no es por la atracción de otros astros).
La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de
contacto entre los dos cuerpos, pero sí
depende de cúal sea la naturaleza de
esa superficie de contacto, es decir, de qué materiales la formen y si es
más o menos rugosa.
-¿QUÉ ES EL PESO?
Es la fuerza
con que la Tierra atrae las masas situadas en su proximidad. El peso es una fuerza y se expresa en Newton
(N) en el S.I. Se mide con los dinamómetros.
Si g es la aceleración de la fuerza de la gravedad terrestre , de acuerdo con la 2ª ley de Newton (F= mxa) se tendrá que
el peso de un cuerpo de masa m es:
Peso=
mxg
-EL CENTRO DE
GRAVEDAD
Es el punto en el que se concentra el peso de un cuerpo, de
forma que si el cuerpo se apoyara en ese punto, permanecería en equilibrio. El centro de masa coincide con el centro de gravedad cuando el cuerpo
está en un campo gravitatorio uniforme. Es decir, cuando el campo gravitatorio es de magnitud y
dirección constante en toda la extensión del cuerpo.
_El centro de gravedad
es el punto de aplicación de la resultante
de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas
porciones materiales de un cuerpo.
_El centro de gravedad
es el punto donde puede considerarse que está concentrada toda la masa de
un cuerpo para estudiar determinados aspectos de su movimiento. El peso de un
cuerpo siempre apunta hacia el centro de la Tierra.
-EL EQUILIBRIO: TIPOS
Equilibrio es el
estado de un cuerpo cuando la suma de todas sus fuerzas y momentos que actúan
en él se contrarrestan.
Para la Física,
el equilibrio es el estado de un
sistema en el que se dan a la vez dos o más componentes que se contrarrestan
recíprocamente, anulándose. Puede darse en un cuerpo estático, no sujeto a ningún tipo de modificación, sea de
traslación o de rotación; o en un cuerpo
en movimiento. Este último puede dar tres tipos de equilibrio:
==Equilibrio estable: Aquel al
que vuelve por sí mismo un cuerpo que ha sido apartado de su posición. Ejemplo:
Un péndulo
==Equilibrio indiferente: Aquel
independiente de la posición del cuerpo. Ejemplo: Una rueda sobre su eje
==Equilibrio inestable: Aquel en el que el cuerpo no
recupera la posición inicial, sino que pasa a una posición de equilibrio más estable.
Ejemplo: Un paraguas que estaba apoyado
en la pared y cae al suelo.
Además tenemos el equilibrio
termodinámico que hace referencia a las condiciones de un sistema físico en
el cual sus componentes exteriores no originan cambios de presión. El químico se da cuando una reacción
química que puede transformarse, se origina en el mismo periodo de tiempo que
su contrapuesta y por esto, no se producen transformaciones en los compuestos.
Y el mecánico que se origina cuando
se multiplican las fuerzas sobre las partes provocando una anulación.
-MOVIMIENTOS
CIRCULARES
Se define como movimiento
circular aquél cuya trayectoria es una circunferencia. El movimiento circular, llamado también curvilíneo, es otro tipo de movimiento
sencillo.
Un movimiento circular es aquel en el que la unión de las
sucesivas posiciones de un cuerpo a lo largo del tiempo (trayectoria) genera
una curva en la que todos sus puntos se encuentran a la misma distancia R de un
mismo punto llamado centro.
Este tipo de movimiento plano puede ser, al igual que el
movimiento rectilíneo, uniforme o acelerado. En el primer caso, el movimiento
circunferencial mantiene constante el módulo de la velocidad pero no su
dirección y sentido. El movimiento
circular uniforme es aquel en el que un móvil se desplaza alrededor de un
punto central siguiendo la trayectoria de una circunferencia, de tal modo que
en tiempos iguales recorra espacios iguales.
Elementos del
movimiento circular: Periodo, Frecuencia, Velocidad angular, Velocidad lineal
o tangencial y aceleración centrípeta.
-FUERZA CENTRÍPETA
Es la fuerza o componente de la fuerza que actúa sobre un
objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea, y que está dirigida hacia
el centro de curvatura de la trayectoria.
-FUERZA CENTRÍGUGA
Es una fuerza
ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un
sistema de referencia en rotación; es la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra
en un sistema de referencia rotatorio.
No se debe confundir con la fuerza centrípeta en virtud del Principio de acción- reacción o 3ª Ley de Newton.