ÍNDICE:
1. ¿QUÉ SON LAS FUERZAS?
2. EFECTOS ESTÁTICOS: LAS FUERZAS Y LAS DEFORMACIONES.
3. EFECTOS DINÁMICOS: LAS LEYES DE NEWTON.
4. FUERZAS COTIDIANAS.
5. FUERZAS Y TIPOS DE MOVIMIENTO.
La Dinámica
es la parte de la Mecánica
que estudia las causas del movimiento.
que estudia las causas del movimiento.
La Estática
es el estudio de los cuerpos en equilibrio.
- ¿Qué son las fuerzas?
► Definición:
“Fuerza es toda causa capaz de provocar una deformación o un
cambio en el estado de un cuerpo “
Por tanto, distinguimos
entre:
- efectos estáticos
- y efectos dinámicos de una fuerza.
► Una fuerza es el
resultado de una interacción entre cuerpos.
Hay fuerzas que se ejercen entre cuerpos que están en contacto
físico y otras a distancia.
Fuerzas (Interacciones) Fundamentales
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Se debe…
|
Es la responsable de…
|
Gravitatoria
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La masa de los cuerpos.
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La caída libre de los cuerpos y el movimiento
de los planetas.
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Electromagnética
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Interacción debida a la carga eléctrica de los
cuerpos.
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La atracción (cuerpos de distinta carga, + -) y
la repulsión (++ y - -) entre cuerpos cargados.
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Nuclear Débil
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Intercambio entre bosones W y Z.
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La radiactividad, desintegración o decaimiento
radiactivo de núcleos atómicos.
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Nuclear Fuerte
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Los quarks, formadores de bariones (neutrones y
protones), interaccionan entre sí intercambiando gluones (Teoría
de la Cromodinámica Cuántica).
|
La cohesión del núcleo atómico (vs.
Desintegración). Mantiene unidos nucleones (protones y
neutrones) venciendo la repulsión electromagnética.
|
○ Comentarios a la tabla:
- Hacia abajo, aumenta la intensidad de las fuerzas y disminuye su alcance.
- Hoy en día se ha unificado la fuerza electromagnética con la nuclear débil, conociéndose como fuerza electrodébil.
► La
fuerza es una magnitud vectorial. Para definirla, además de
su módulo o intensidad, hay que indicar su dirección, sentido y
punto de aplicación.
►
Operaciones con fuerzas.
● A menudo ocurre que
dos o más fuerzas actúan sobre un cuerpo (fuerzas concurrentes,
cuyas direcciones se cortan en algún punto). Piensa, por ejemplo, en
dos caballos que tiran de un carro. En este caso, cuando dos o más
fuerzas actúan a la vez, sus efectos se suman. En otras ocasiones,
los efectos se restan, por ejemplo, dos niños disputándose un
paquete de chucherías.
● El conjunto de las
fuerzas se puede sustituir entonces por una sola fuerza, llamada
fuerza resultante, que es aquella que produce el mismo efecto
que otras varias que actúan sobre el mismo cuerpo, se obtiene de
operar con varias fuerzas.
● CASOS: ¿Cómo
se calcula gráficamente? Realizando operaciones con vectores.
○ Fuerzas que actúan en la misma
dirección:
○ Fuerzas concurrentes con distinta dirección:
2. Efectos
estáticos: Las fuerzas y las deformaciones
Clasificación de los cuerpos, según el
material y su comportamiento ante una fuerza
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||
Rígidos
(Propiedad:
Rigidez)
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No se deforman por la
acción de una fuerza.
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Ej.: Una lámina de plomo
|
Elásticos
(Elasticidad)
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Se deforman por la acción de una fuerza, pero
recuperan su forma original cuando desaparece la fuerza.
|
Ej.: Una goma
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Plásticos
(Plasticidad)
|
Se deforman y no recuperan su forma original
cuando desaparece la fuerza, quedan deformados permanentemente.
|
Ej.: Plastilina.
|
► La
ley de Hooke
3. Efectos
dinámicos: Las fuerzas y el movimiento.
► Principio de Inercia de
Galileo:
● En la antigua Grecia,
Aristóteles (384- 322 a.c.) concluyó que el estado natural
de los cuerpos era el reposo y que todo cuerpo que se mueve es movido
por otro cuerpo, si no, todo cuerpo en movimiento disminuye su
velocidad hasta pararse.
● Galileo Galilei
(1564-1642) lo negó. Realizó multitud de observaciones y estudió
el movimiento de los cuerpos en planos inclinados y superficies
horizontales, y se dio cuenta de que lo frenaba el movimiento eran
las fuerzas de rozamiento (del aire y de las superficies). Por tanto,
el “estado natural” de los cuerpos no era el reposo.
v = v´
Enunciado del principio de inercia:
“Si
un cuerpo que se mueve no sufre ninguna perturbación, continuará
moviéndose eternamente con movimiento rectilíneo y uniforme“
► Principios
de la dinámica
Isaac Newton
(1643-1727) completó el trabajo de Galileo y publicó su obra
“Principios Matemáticos de la Filosofía Natural”, donde
expresó sus conclusiones en leyes o principios, conocidos como los
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA:
● Primer
principio o LEY DE INERCIA.
En una definición actual establece
que:
“Todo
cuerpo permanece en reposo o en MRU
a menos que sobre él actúe una
fuerza neta externa”
- Es una ampliación del
principio de inercia de Galileo. El estado de reposo se identifica
con el de MRU.
- Define cualitativamente
“fuerza”, como el ente capaz de producir cambios en el estado de
un cuerpo.
- Entenderemos por fuerza
neta (o resultante) como la suma de todas las fuerzas aplicadas a
un objeto. Para que se produzca un cambio en el estado de movimiento,
la fuerza neta debe ser distinta a cero.
- Condición de
equilibrio: un cuerpo está en equilibrio cuando no actúa
ninguna fuerza sobre él o bien cuando actúan varias fuerzas
concurrentes de forma que la resultante sea nula (sumatorio de
fuerzas igual a cero).
● Segundo
principio o principio fundamental de la Dinámica (“La
2ª LEY DE NEWTON”)
Determina cómo se
producen los cambios en el movimiento cuando un cuerpo está sometido
a la acción de una fuerza neta (claro está, distinta de cero).
“Cuando
sobre un cuerpo actúa una fuerza,
le
provoca una aceleración en la misma dirección
y
sentido de la fuerza aplicada de forma que:
F / a = m; F = m . a”
Donde,
○ m es la
masa (cantidad de materia) del cuerpo. Magnitud escalar que en
el S.I se expresa en kg.
○ a es la
aceleración. Magnitud vectorial que en el S.I es expresa en
m.s-2
Luego, 1
N es la fuerza que al actuar sobre un cuerpo de 1 kg le confiere una
aceleración de 1 m/s2
- El primer principio es un caso
particular del segundo. Si la/s fuerza/s que actúa/n sobre un cuerpo
es/son nula/s, no existirá aceleración.
Vídeo: 2ª LEY DE NEWTON O LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA
● Tercer
principio o principio de acción y reacción
De igual valor, pero de sentidos opuestos FLT = -FTL
“Cuando un cuerpo ejerce una fuerza llamada acción,
el
segundo le responde con una fuerza igual y de sentido contrario
denominada reacción”
Las
fuerzas aparecen por parejas (interacción).
- Describe una propiedad importante de las fuerzas: las fuerzas siempre actúan en pares: FAB = -FBA De igual magnitud y de sentido contrario.
- Nunca se anulan entre sí porque se aplican en objetos diferentes. Por tanto, las aceleraciones que sufren los objetos que interactúan son diferentes y van a depender de la masa de cada objeto.
Vídeo: 3ª LEY DE NEWTON O LEY DE ACCIÓN-REACCIÓN
NOTA: Nosotros llamaremos FUERZA DE ROZAMIENTO (FR) a lo que el video llama "roce"
4. Fuerzas
cotidianas
► La
fuerza peso (P) es la fuerza de atracción que ejerce la
Tierra sobre los objetos. Cuando un cuerpo cae por acción de su
propio peso, se mueve con la aceleración de la gravedad (g =
9,8 m/s2, valor que dependerá de la latitud y la altitud)
○ Para calcular el peso
de un objeto, la 2ª ley de Newton se reescribirá como:
P = m . g
Nota: SUSTITUIREMOS LOS DATOS CON LAS UNIDADES AL RESOLVER LOS PROBLEMAS
○ El peso de un cuerpo
es proporcional a su masa y no es una característica intrínseca de
los cuerpos.
► La
fuerza normal (N) es la fuerza de reacción de un plano
sobre un cuerpo que está apoyado sobre él.
○ N es una
fuerza perpendicular al plano y de sentido opuesto al de apoyo. Su
valor depende de cada situación concreta.
►Las fuerzas de rozamiento o fricción (FR)
Son las fuerzas que se oponen al movimiento. Estudiaremos
el rozamiento de un cuerpo contra la superficie en la que se apoya.
FR = μ. N
○ Por tanto, su
intensidad depende de la fuerza normal (N) y de las
características de la superficie (μ).
El coeficiente de rozamiento (μ)
es un número adimensional cuyo valor depende del material de las
dos superficies de contacto.
○ Distingamos entre
fuerza de fricción estática (que es la que hay que vencer
para comenzar un movimiento -se opone al inicio-) y fuerza de
fricción cinética o dinámico que es la que se opone al movimiento -lo
frena-). Por lo que existen dos coeficientes de rozamiento μestático
y μdinámico Siempre:
μestático
≥
μdinámico
► La tensión de una
cuerda (T)
- Las cuerdas son elementos
de trasmisión de fuerzas y se utilizan para arrastrar objetos o
elevarlos por poleas.
- En una cuerda de masa
despreciable, la tensión es constante a lo largo de la misma.
5. Fuerzas
y tipos de movimiento.
► M.R.U.
Es el movimiento que tiene un cuerpo sobre el que no actúa ninguna
fuerza neta o porque las fuerzas concurrentes se anulan entre sí.
► M.R.U.A.
La aceleración
provocada tiene la dirección y sentido de la fuerza aplicada. La
resultante provoca cambios en el módulo del vector velocidad, pero
no es su dirección: se habla de aceleración tangencial.
● ESTRATEGIAS
para la resolución de problemas de dinámica:
- Identificar las fuerzas que actúan sobre el objeto de estudio. Para ello es imprescindible trazar un DIAGRAMA DE FUERZAS, en el que aislemos cada uno de los objetos del sistema.
- Elegir un Sistema de Referencia (ejes X e Y)
- Escribir la segunda ley de Newton (en forma de componentes)
- Resolver sistema de ecuaciones para determinar cuantitativamente el valor de la aceleración.
► M.C.U.:
La fuerza centrípeta.
La aceleración normal
(aN) o centrípeta (ac)
es la que mide la variación de la dirección de la velocidad con el
tiempo. Aplicando la segunda ley de Newton, si un cuerpo tiene
aceleración centrípeta, tiene FUERZA
CENTRÍPETA (Fc).
Fc
= m. ac
= m . v2
/ R = mω2r
REFUERZA Y AMPLIA LO APRENDIDO:
VÍDEO: Experiencia ley de Hooke (Vídeo de ampliación, para que aprecies como se investiga en el laboratorio y el montaje experimental que valdría para estudiar la ley de Hooke)
WEBS DE INTERÉS:
