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Física (FIS-254)

Dinámica y Estática.

Dinámica:La parte de la física encargada de estudiar las causas del movimiento y la

manera de cómo unos cuerpos influyen en el movimiento de otros, se llama Dinámica.El objetivo de la Dinámica es describir factores, capaces de producir

alteraciones de un sistema físico, cuantificarlas y plantear ecuaciones del movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.

Estática:Es la parte de la física que estudia los cuerpos sobre los que actúan fuerzas y

momentos cuyas resultantes son nulas, de forma que permanecen en reposo o en movimiento no acelerado.

El objetivo de la estática es determinar la fuerza resultante y el momento resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para establecer sus condiciones de equilibrio.

Leyes de Newton. 1. Principio de Inercia: si no existe ninguna fuerza externa que actúa sobre un

cuerpo o partícula, situado en un sistema de referencia inercial, este permanece en reposo o se mueve a velocidad constante.

2. Principio de Conservación de la Masa: la variación respecto al tiempo de la cantidad de movimiento de un cuerpo es igual a la fuerza externa resultante que actúa sobre el mismo:

Donde se define a la cantidad de movimiento como el producto de la masa y

la velocidad.

Si se considera que la masa de la partícula es constante:

Donde es la aceleración de la partícula.

3. Principio de Acción y Reacción: las fuerzas se presentan siempre por parejas. Si

el cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, este ejerce una

fuerza igual pero opuesta por el cuerpo B.

Ing. Helmut Grosse

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4. Las fuerzas obedecen la ley de la suma del paralelogramo; es decir que son de magnitudes vectoriales.

Fuerza:

Es la cantidad diseñada para medir la intensidad de las interacciones, es decir, es un modelo matemático de las interacciones, y es capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos. No debe de confundirse con esfuerzo o energía.

Es una magnitud de carácter vectorial, capaz de deformar los cuerpos (efecto estático, modificar su velocidad o vencer su inercia) y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles, (efecto dinámico) imprimiéndole aceleración, dirección y sentido.

Tipos de Fuerza.

Fuerza Gravitatoria: cualquier cuerpo situado a las cercanías de la tierra, da cuenta de una fuerza orientada hacia el centro del planeta, es decir, que esa atracción a distancia en cada punto del espacio determina lo que se denomina campo gravitatorio.

Donde: G es la constante gravitatoria de 6,67428x10-11 Nm2/kg2.

m1 y m2 las masas de ambos cuerpos.d es la distancia que separa a esos cuerpos.

Fuerzas de Fricción: son aquellas que, hacen que al cabo de un cierto tiempo se detenga un cuerpo, lo cual interviene en el cuerpo como una resistencia contraria al movimiento. También se denomina de rozamiento, fricción o roce.

o Clasificación:Las fuerzas de fricción que obran entre superficies en reposo, una con respecto de la otra, se llaman fuerzas de fricción estáticas. La máxima fuerza de fricción estática será igual a la mínima fuerza necesaria para iniciar el movimiento.Una vez que el movimiento comienza, las fuerzas de fricción que actúan entre las superficies ordinariamente disminuyen, de tal manera que basta una fuerza menor para conservar el movimiento uniforme. Las fuerzas que obran entre superficies en movimiento se les llaman fuerzas de fricción dinámicas o cinéticas.

Representación de la fuerza de roce. Contacto entre las superficies.

Ing. Helmut Grosse

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Si F>Frmax, hay movimiento y seria Fk.

La magnitud de la fuerza de fricción estática entre dos superficies

cualesquiera en contacto pueden tener valores Fr≤µeN

Donde µe es el coeficiente de fricción estáticaN magnitud de la fuerza normal ejercida por una superficie sobre Otra.“solo cuando dos superficies no estan a punto de deslizarse”La magnitud de la fuerza de fricción cinética que actúa entre dos

superficies es: Fk=µkN

Donde µk es el coeficiente de fricción cinetico. Fuerza de Contacto: son las fuerzas presentes en los objetos que interactúan y

que están físicamente en contacto.

Fuerzas de contacto

Fuerza Normal : si dos cuerpos están en contacto, de acuerdo al principio de

acción y reacción, se ejercen fuerzas iguales en magnitud, pero en sentidos contrarios, sobre ambos cuerpos. Esta es la fuerza debido al contacto y se llama normal y siempre es perpendicular a la superficie que se encuentra en contacto y cuyo sentido es empujando al cuerpo.

Ing. Helmut Grosse

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Fuerzas de Tensión : son las fuerzas que sufren las cuerdas (en general todos

los objetos) cuando se estiran al colocar pesos en sus extremos, cuya dirección será la de la cuerda y el sentido hacia afuera del cuerpo (halando).

Fuerzas Elásticas: (Ley de Hook) Cuando un resorte es deformado (dentro de ciertos limites), éste ejerce una fuerza opuesta a la deformación que es proporcional a la magnitud de la deformación del resorte:

Donde es la constante característica de cada resorte (coeficiente de rigidez)

en N/m.

es la elongación o distancia de estiramiento.

Peso : es una magnitud vectorial, definida como la fuerza con la cual un

cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción por la fuerza de

la gravedad. =m.g

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Masa “m”: es la medida de la inercia, que únicamente para algunos casos puede entenderse como la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. Es una cantidad escalar.

Diferencia entre peso y masa.

Masa PesoMagnitud escalar Magnitud VectorialPropiedad de un cuerpo Fuerza: interacción entre dos cuerposInvariable con respecto a su posición Varia con respecto a la posición

relativa con otro cuerpo

Diagrama de Cuerpo Libre (DCL):Es la representación gráfica, utilizada para analizar las fuerzas que actúan sobre

un cuerpo libre.

Cuerpos Rígidos:Llamamos así a todo cuerpo que sometido a la acción de una fuerza, mantiene

constante la distancia entre dos puntos cualesquiera de dicho cuerpo, es decir que no se deforma.

Ing. Helmut Grosse

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Equilibrio de Fuerzas:Dos fuerzas aplicadas a un mismo punto se equilibran cuando son de igual

intensidad, misma dirección y sentidos opuestos.

Sistemas de Fuerzas: Un sistema de fuerza es un conjunto de fuerzas que actúan sobre un mismo

cuerpo. De acuerdo a la disposición de las fuerzas podemos encontrar distintos tipos de sistemas.

Sistemas de Fuerzas Colineales: son fuerzas colineales aquellas cuyas rectas de acción son las mismas. Estas pueden ser:

o De igual sentido:

o De sentido contrarios:

Sistemas de Fuerzas paralelas: son aquellas cuyas rectas de acción son paralelas entre si y pueden ser de igual o distinto sentidos.

o Fuerzas paralelas de igual sentido: Es paralela y del mismo sentido que las componentes. Su intensidad es igual a la suma de las intensidades de sus

componentes. o Fuerzas paralelas de sentido contrario:

Es paralela a ambas fuerzas y del mismo sentido del mayor. Su intensidad es igual a la diferencia de las intensidades de las

componentes.

Ing. Helmut Grosse

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De igual sentido. Sentidos contrarios.

Sistemas de Fuerzas Congruentes: son aquellas cuyas rectas de acción pasan por un mismo punto.

La resultante de este sistema es una fuerza que al estar aplicada al cuerpo produce el mismo efecto que todo el sistema.

La equilibrante es una fuerza necesaria para equilibrar al sistema.

Tarea:

Investigar sobre los coeficientes de fricción de los materiales. (1pto ) Con sus propias palabras, diferencie peso de masa. (1pto)

Ing. Helmut Grosse

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Investigar las unidades de Fuerza y sus equivalencias entre fuerzas. (1pto) Preguntas:

o ¿Por qué se siente una sensación extraña cuando un ascensor que sube, se detiene bruscamente en un piso de un edificio?

o ¿Qué efectos positivos y negativos tiene la fricción?o Que relación tiene la fuerza de Fricción con el peso de un cuerpo?o ¿Por qué es más fácil el deslizamiento de un cuerpo en movimiento que

el de uno en reposo? (2ptos)

Ing. Helmut Grosse