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Colegio Santa Cruz
Temuco
Subsector: Física
Profesora: Aída San Martín
Segundo A
Luciano Aguilera A.
Melissa Pinilla M.
Rocio Pinilla M.
Temuco, 28 de Junio 2011
ÍNDICE
1
Introducción …………………………………………………………………...03
Isaac Newton…………………………………………………………………..04
Leyes de Newton………………………………………………………………05
Primera Ley de Newton……………………………………………………05
Segunda Ley de Newton…………………………………………………..06
Tercera Ley de Newton……………………………………………………08
Fuerza………………………………………………………………………….09
Tipos de fuerzas………………………………………………………………..10
Fuerza Normal……………………………………………………………...10
Fuerza de Roce……………………………………………………………..10
a) Roce por deslizamiento………………………………..10
b) Roce estático y cinético ………………………………..11
c) Roce por rodadura……………………………………..14
Fuerza de Peso……………………………………………………………..14
Fuerza Elástica……………………………………………………………...15
Fuerza Gravitacional…………………………………………………….....17
2
Fuerza Magnética………………………………………………………….17
Conclusiones…………………………………………………………………..18
Bibliografía…………………………………………………………………….20
Impresa……………………………………………………………………...20
Digital………………………………………………………………………..20
3
INTRODUCCIÓN
Las fuerzas y movimientos están presentes en todas las actividades
de nuestro diario vivir, por ejemplo: libros que caen, niños que
juegan a tirar la cuerda, una persona empujando el carro de
supermercado, etc. Sin embargo estos son diferentes y no sabemos
cómo ocurren. Esta pregunta tuvo que haber nacido en la mente de
Isaac Newton, quien se dedicó a observarlos y estudiarlos, dando
como resultado las 3 leyes que le dieron reconocimiento y distinción
en la historia de la física: Principio de inercia, Principio de masa y
Principio de acción y reacción.
Definir fuerza es complejo, ya que se divide en distintos tipos, por lo
que al definirlos en forma separada los podremos entender de una
manera más eficaz.
A través de este informe se desarrollarán las leyes mencionadas
anteriormente y se incluirán ejercicios desarrollados de cada una de
las fuerzas.
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ISAAC NEWTON (1642-1727)
Científico inglés nacido en Londres de
1642. Su madre lo preparó para ser
un granjero, sin embargo se
convenció de su talento y lo envió a la
Universidad de Cambridge. Tras su
graduación en 1665, Isaac Newton se
orientó hacia la investigación en
Física y Matemáticas, con tal acierto
que a los 29 años ya había formulado
teorías que señalarían el camino de la ciencia moderna hasta el siglo
XX.
Se considera a Isaac Newton uno de los protagonistas principales de
la llamada «Revolución científica» de los siglos XVII y XVIII.
Sus primeras investigaciones giraron en torno a la óptica: explicando
la composición de la luz blanca como mezcla de los colores del arco
iris, también formuló una teoría sobre la naturaleza corpuscular de la
luz y diseñó en 1668 el primer telescopio de reflector, modelo del cual
se crearon los que se usan actualmente en la mayoría de los
observatorios astronómicos.
También trabajó en otras áreas, como la termodinámica y la acústica;
pero su lugar en la historia se debe a que formuló rigurosamente las
tres leyes fundamentales del movimiento: la primera ley de Newton o
ley de la inercia, la segunda o principio fundamental de la dinámica y
la tercera o principio de acción y reacción.
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LEYES DE NEWTON.
Primera ley de Newton: Principio de Inercia.
Esta ley afirma que “todos los cuerpos que permanecen en sus
estado de reposo o de movimiento uniforme rectilíneo,
necesitan a menos que actué sobre ellos una fuerza neta que
cambie su estado; como asimismo es necesario que
intervenga una fuerza para detenerlo si esta en movimiento”.
A esta propiedad de los cuerpos se les llama inercia, la cual se
manifiesta en muchas actividades de la vida diaria, por ejemplo:
Al partir bruscamente un auto o bus los pasajeros se van hacia
atrás; si se detiene o frena violentamente, los pasajeros se van
hacia delante.
En los ascensores, en la subida o bajada rápida se experimenta
una rara sensación debido a la inercia.
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La masa de un cuerpo es una medida de su inercia, es decir la
oposición que presenta a ser acelerado linealmente. Por ello se dice
que los cuerpos con mayor masa tienen más inercia que los cuerpos
que tienen menor masa.
Segunda ley de Newton: Principio de Masa.
Esta es una de las leyes más importantes de la física, la que dice que
“la aceleración que experimenta un cuerpo es proporcional a
la fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su
masa inercial.
Siendo m la masa del cuerpo, a la aceleración que se obtiene con la
fuerza F podemos escribir algebraicamente este principio:
A= F m
De esta relación se deduce la expresión que resume la segunda ley
de Newton:
F= m·a
La aceleración del cuerpo tiene igual dirección y sentido que la fuerza
neta. Como la masa se expresa en Kg y la aceleración en m/s2, la
fuerza neta queda expresada en Kg·m/s2. A esta unidad se le llama
newton (N).
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Según la segunda ley de Newton, si una misma fuerza neta se le
aplica sobre dos cuerpos de distinta masa, adquiere menor
aceleración el que tiene más masa debido a que mayor es la
dificultad para moverlo y modificar su velocidad. También nos dice
esta ley que si la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es mayor, la
aceleración que experimenta también será mayor.
Recuerda que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales
por lo que tienen un valor, una dirección y un sentido.
Problema resuelto
¿Qué fuerza debe aplicarse a un cuerpo que posee una masa de 5 kg
para adquirir la aceleración de 6 m/s2?
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Datosm=5kga=6m/s2
Fórmula
F= m·a
Planteamiento y resolución.
Tercera ley de Newton: principio de acción y
reacción.
Esta ley dice que “siempre que un
objeto ejerce una fuerza (acción)
sobre otro, el segundo objeto
ejerce sobre el primero una fuerza
(reacción) de igual modulo, en la
misma dirección pero en sentido
contrario” Es decir, si un cuerpo
ejerce fuerza en otro cuerpo, el
segundo cuerpo produce una fuerza sobre el primero con igual
magnitud y en dirección contraria.
Lo anterior se puede expresar con la siguiente fórmula:
F1= -F2
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La fuerza siempre se produce en ares iguales y opuestos. Por esta
razón, a la tercera ley de Newton también se le conoce como ley de
acción y reacción.
Problema resuelto
Un niño de 25kg y su padre de 75kg están con patines mirándose de
frente, se empujan con una fuerza de modulo 10N. Determinar la
aceleración de ambas personas.
Planteamiento y resolución.
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Datos.
M1=25kg
M2=75kg
F1=10N
F2=-10N
Fórmula
a=F/m
FUERZA
Una fuerza es la modelación de una interacción entre cuerpos. La
fuerza no es una propiedad de los cuerpos ni está en ellos, sino que
los cuerpos tienen la capacidad para ejercer fuerzas al interactuar con
otros cuerpos. La unidad de medida de la fuerza en el Sistema
Internacional es el newton (N).
Las fuerzas son magnitudes vectoriales, entonces todas las fuerzas
aplicadas sobre un cuerpo se pueden representar mediante un vector
cuyo signo depende del sentido en que se aplica la fuerza, según
determine el sistema de referencia escogido. Cuando dos o más
fuerzas tienen la misma dirección, pueden ser sumadas
algebraicamente para obtener la fuerza resultante que actúa sobre el
cuerpo.
TIPOS DE FUERZAS
Fuerza normal
La fuerza normal (FN o N) se define como la fuerza de igual magnitud
y dirección, pero diferente sentido. Es un tipo de fuerza de contacto
ejercida por una superficie sobre un objeto. Esta actúa perpendicular
y hacia afuera de la superficie.
Supongamos que un bloque de masa (m) está en
reposo sobre una superficie horizontal, las únicas
fuerzas que actúan sobre ésta son su peso y la fuerza
de contacto de la superficie. Como la aceleración del
bloque es cero, significa que la fuerza de contacto es
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la fuerza normal N, porque tiene dirección perpendicular o normal a la
superficie. El vector de la fuerza normal se encuentra multiplicando
la masa por g, la gravedad, de manera que:
N = m·g
Fuerza de Roce
La fuerza de roce es aquella fuerza que se opone al movimiento
entre dos superficies que están en contacto. Esta fuerza se debe a
las imperfecciones que existen en ambas superficies.
a) Roce por deslizamiento: tiene su origen por las pequeñas
rugosidades existentes en cada una de las superficies en
contacto, debido a esto, estas dos superficies en contacto
experimentan menor o mayor dificultad para deslizarse una
sobre otra.
Un cuerpo, cuando se encuentra en superficie horizontal y en
reposo, actúan varias fuerzas sobre él. Por ejemplo, está la
fuerza peso del cuerpo y la fuerza normal, que igual modulo
pero sentido opuesto. La fuerza de roce por deslizamiento es
proporcional a la fuerza normal (N), o fuerza hacia arriba que la
superficie aplica sobre el cuerpo. Esto lo podemos representar
en la siguiente fórmula:
f=µ · N
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De la cual entenderemos que la fuerza de roce es proporcional
a la normal, donde la constante de proporcionalidad es el
coeficiente de roce denotado por la letra griega mu (µ). Este
coeficiente depende del material y de la rugosidad de la
superficie en contacto
b) Roce estático y cinético: Cada vez que se quiera extraer un
cuerpo del reposo, existe una fuerza de roce estático; esta es
una fuerza variable y se expresa en la siguiente fórmula:
fe = µe · Nµe = coeficiente de roce estático
La fuerza de roce cinético se da solo cuando el cuerpo se
encuentra en movimiento y se expresa en la siguiente fórmula:
fc= µc · N µc= coeficiente de roce cinético
Donde µc < µe ; por lo que la fuerza de roce estático es mayor
que la fuerza de roce cinético
Problema resuelto
Materiales en
contacto
Coeficiente roce
estático
Coeficiente roce
cinético
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Hielo / Hielo 0.1 0.03
Vidrio / Vidrio 0.9 0.4
Madera / Cuero 0.4 0.3
Madera / Piedra 0.7 0.3
Madera / Madera 0.4 0.3
Acero / Acero 0.74 0.57
Caucho / Cemento 1.0 0.8
Hay que mover una silla de madera sobre el piso de madera de tu
casa. La masa de la silla es de 10 kg. (Considera g= 10 M/s2)
1. Determina la fuerza necesaria para sacarla del estado de
reposo.
2. Determina la fuerza necesaria para mantenerla en movimiento
constante.
Planteamiento y resolución
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Datosµe = 0.4µc = 0.3m = 10kgg = 10 m/s2
Fórmulas
N = m·gfe = µe · Nfc= µc · N
c) Roce por rodadura: este mecanismo consiste en colocar un
rodillo debajo de los cuerpos, lo que permite disminuir la fuerza
de roce que implica deslizar un cuerpo muy grande, pues la
superficie de contacto es muy pequeña.
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La Fuerza de peso
Es la fuerza con que la tierra u otro cuerpo atraen a un objeto a
su centro. El valor del peso es directamente proporcional a la
masa del objeto.
La expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la
segunda ley de Newton, donde F se remplaza por P y a por g:
P=m·g
El Peso también depende de la aceleración la que varía de un
lugar a otro en la Tierra; por lo tanto el peso de un cuerpo no es
constante, pero la masa sí.
Problema resuelto
Un hombre masa 70 kg. ¿Cuál es el peso en la Tierra? Considera g =
10m/s2.
Planteamiento y resolución
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Datos.m= 70 kg.g = 10 m/s2
Fórmula
P = m·g
Fuerza elástica
La fuerza elástica es aquella que viene definida por la Ley de
Hooke, en donde una fuerza aplicada sobre un resorte es
directamente proporcional a la elongación.
Para poder alargar o comprimir un resorte se necesita una
cierta longitud (x) y la aplicación de una fuerza (FM), como
éstas son proporcionales, se formuló lo siguiente:
FM = k · xDonde k es la constante de proporcionalidad y físicamente
representa la constante elasticidad del resorte y en SI se mide
N/m.
El resorte a su vez, ejerce una Fuerza restauradora (FR) para
volver a su estado original, fuerza ejercida en dirección
contraria al desplazamiento x, lo que queda representado en
una ecuación conocida como la Ley de Hooke:
FR = -k · x
Problema resuelto
Si un resorte tiene una constante elástica k = 1,7 N/cm, ¿fuerza
se le debe aplicar para tener una elongación de 3,9 cm?
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Planteamiento y resolución
Fuerza gravitacional.
La fuerza gravitacional es una fuerza de atracción que hace que
los cuerpos se atraigan entre sí. Su magnitud depende de la
masa y distancia de los cuerpos, cuanto mayor sea la masa de
los cuerpos, mayor será la fuerza, y a mayor separación, ésta
será más pequeña.
Es parte de las Fuerzas Fundamentales de la naturaleza.
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Datosk= 1,7 N/cmx= 3,9 cm
FórmulaF = k · x
Fuerza electromagnética.
La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente
cargados: atrae partículas opuestas y repele partículas de carga
similar. Es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas
y químicas de átomos y moléculas.
Forma parte del conjunto de fuerzas fundamentales, el igual
que la gravitacional.
CONCLUSIONES
Teniendo conocimiento de la primera ley de Newton, se puede
concluir que muchos de los sucesos que vivimos se explican gracias a
este principio, por ejemplo, estamos sentados en una silla (en reposo)
y la mueven rápidamente, causándonos una caída (nuevamente en
reposo).
El Principio de Masa dice que la aceleración adquirida por un objeto
depende directamente de la fuerza que se le aplique, pero también
depende de la masa que éste posea.
Cuando saltamos en un trampolín ejercemos una fuerza para bajar,
sin embargo obtenemos otra, la cual nos levanta con la misma
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intensidad que la primera. Este hecho lo podemos explicar según la
Tercera Ley de Newton que dice: al ejercer una fuerza sobre un
objeto, éste ejerce una fuerza igual en sentido contrario.
La fuerza no sólo interfiere en los distintos movimientos de los
cuerpos, sino que también les puede producir deformaciones que no
se pueden revertir, como apretar una lata de bebida.
Dependiendo de las pequeñas rugosidades de las superficies de
contacto, va a ser mucho más fácil o difícil mover un objeto. Lo cual
se demuestra en situaciones donde tenemos que arrastrar, por
ejemplo una caja por 2 superficies: cerámica y cemento, en donde
podemos apreciar que es más fácil desplazarla en la primera
superficie que en la segunda.
Una de las expresiones que más ocupamos son las que tienen
relación con el peso y la masa, sin embargo son usadas erradamente,
ya que el peso es la atracción que ejerce la gravedad sobre un
cuerpo, la que varía del lugar de ubicación; en cambio la masa es la
cantidad de materia que posee un cuerpo, la que se mantiene
constante.
Uno de los grandes misterios de nuestra historia es cómo se
construyeron las Pirámides de Egipto o cómo se trasladaron los Moais
de la Isla de Pascua, sin embargo se cree que lo hicieron aplicando el
roce por rodadura, el cual disminuye la superficie de contacto y así se
puede trasladar grandes cuerpos de una forma más eficiente y fácil.
Al desarrollar los distintos ejercicios podemos aplicar y comprender
los conocimientos que muchas veces no entendemos con las
palabras.
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BIBLIOGRAFÍA
Impresa:
Herrera, M., Fernández, R., Moncada, F., Texto del
estudiante: Física 2º Educación Media, Santillana, 2011.
Herrera, M., Moncada, F., Valdés, P., Texto del estudiante:
Física 1º Educación Media, Santillana, 2010.
Mercado, C., Curso de Física: Mecánica y Ondas, 3ºaño de
Educación Media, Editorial Universitaria, 7º Edición, Chile,
1980.
La Tercera, Personajes que cambiaron el mundo,
Bellsouth, Tomo Nº 7, 2001.
21
Digital:
www.ieslasllamas.com/lec%202cfb.ppt
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