fuerzas y leyes de Newton

1. 1 DINÁMICA Física y química 4º ESO Carmen Peña IES. Altaír

2. 2 La DINÁMICA es la parte de la mecánica que estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos, estas causas que producen movimiento son las FUERZAS. FUERZA es toda causa capaz de alterar el estado de reposo o de movimiento de los cuerpos o producir deformación. Se miden en NEWTONS ( N ). Es una magnitud vectorial Todos los cuerpos, y en general toda la materia que te rodea, interactúan entre símediante acciones denominadas fuerzas. Una fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro. Por ejemplo, al empujar o levantar un objeto e incluso al mantener un cuerpo en reposo actúan fuerzas.

3. 3 Un cuerpo puede ser rígido, elástico o plástico dependiendo de la materia de que esté hecho y de la fuerza que apliquemos. ELÁSTICOS RÍGIDOS No se deforman por acción de una fuerza. Se deforman por la acción de una fuerza, pero recuperan su forma original cuando desaparece la fuerza. PLÁSTICOS Se deforman por la acción de una fuerza y no recuperan su forma original cuando desaparece la fuerza, sino que quedan deformados permanentemente.

4. 4 LA LEY DE HOOKE Al aplicar sucesivas fuerzas sobre un muelle de 20 cm de longitud, se obtienen los correspondientes alargamientos que recogemos en la tabla: El alargamiento de los muelles es proporcional al peso que colguemos de ellos. La ley de Hookedice que cuando se aplica una fuerza a un muelle, le provoca una deformación directamente proporcional al valor de esa fuerza. F = k⋅∆l

5. 5 Esta es la base del DINAMÓMETRO que sirve para medir fuerzas y es un muelle con una escala graduada que se va estirando según la fuerza que se ejerce Límite de elasticidad: si hacemos demasiada fuerza el cuerpo pierde su elasticidad y ya no recupera su forma

6. 6 Por su forma de actuar las fuerzas se clasifican en: -FUERZAS DE CONTACTO: son aquellas que se ejercen sólo cuando el cuerpo que ejecuta la fuerza está en contacto con el que la recibe. Por ejemplo cuando empujamos un objeto o la fuerza de rozamiento. -FUERZAS DE ACCIÓN A DISTANCIA: actúan sin estar en contacto con el cuerpo que las recibe. Por ejemplo la fuerza de atracción gravitatoria que origina el peso de los cuerpos y las atracciones y repulsiones entre cargas eléctricas y magnéticas.

7. 7 Según el intervalo de tiempo en que actúan las fuerzas se clasifican en: CONTÍNUAS: actúan durante el movimiento del cuerpo, producen movimientos acelerados si van a favor del movimiento del cuerpo y decelerados si van en contra. INSTANTÁNEAS: si actúan en un intervalo de tiempo tan corto que resultan muy difíciles de medir, son fuerzas que inician movimientos pero enseguida dejan de actuar, es el caso de cuando lanzamos un cuerpo. No se tienen en cuenta al considerar las fuerzas que actúan sobre el cuerpo durante su movimiento ya que no actúan durante el mismo sino solamente al inicio. La dinámica se fundamenta en tres principios que formulados básicamente por Galileo fueron completados y corregidos por Newton (1642-1727) en su célebre libro PhilosophiaeNaturalis Principia Mathematica, probablemente el libro más famoso de la historia de la física. Estos tres Principios de la dinámica no se demuestran, se admiten como verdaderos porque las consecuencias que de ellos se derivan están de acuerdo con los hechos observados en la naturaleza.

8. 8 Intensidad En general: La fuerza es una magnitud vectorial El efecto que una fuerza produce sobre un objeto depende de laintensidad, direccióny sentido en que se aplique Las fuerzas se representan gráficamente mediante flechas llamadas vectores Composición de fuerzas Sentido   Puntode aplicación Dirección 

9. 9 Horizontal o vertical Arriba o abajo, derecha o izquierda Cuanto vale el vector

10. 10 Dos fuerzas son iguales si tienen la misma intensidad, dirección y sentido. Estas son representadas por dos vectores iguales. Dos fuerzas son diferentes si cualquiera de estas tres características es distinta La suma de dos o más fuerzas es también una fuerza y se llama fuerza resultante Fuerzas con igual dirección e igual sentido Sus efectos se suman y su intensidad o módulo será la suma de ambas fuerzas. La fuerza resultante tendrá la misma dirección y sentido

11. 11 Fuerza con igual dirección y sentidos contrarios Sus efectos se restan y su intensidad o módulo será la resta de ambas fuerzas. La fuerza resultante tendrá la misma dirección de ambas fuerzas y su sentido será el de la fuerza de mayor intensidad FUERZAS PERPENDICULARES Se dibuja según la ley del paralelogramo y se calcula con el teorema de pitágoras

12. 12 Suma de fuerzas paralelas no concurrentes Fuerzas no concurrentes son aquellas cuyas direcciones no se cortan; es decir, son paralelas.

13. 13 v (m/s) 4 Peso: fuerza con que la Tierra atrae a los objetos en el interios de ella, es siempre vertical y hacia abajo 0 t (s) 9 11 4  De 0 a 4 s  actúa = cte  pasa de v = 0 a v = 4 m/s  Entre t = 4 y t = 9 s  se mantiene su velocidad   Entre t = 9 y t = 11 s  otra fuerza consigue parar el cuerpo Gráficas del movimiento y fuerzas  En general, conociendo sólo la fuerza resultante sobre un objeto, no podemos asegurar hacia dónde se moverá, sin embargo, de las gráficas del movimiento sí que puede obtener información sobre si actúan o no fuerzas. Fuerza que actúa en varias etapas diferentes:

14. 14 Toda la mecánica clásica se basa en las tres leyes de Newton . Sin embargo estas leyes sólo son válidas para cuerpos que se mueven a velocidades inferiores a la luz y vistos desde sistemas de referencia inerciales (es decir desde sistemas de referencia en reposo o con movimiento uniforme). Si realizamos las medidas desde un sistema de referencia que posee aceleración, las leyes de Newton aparentemente no se cumplen pero esto se corrige fácilmente y se puede evitar cambiando de sistema de referencia. PRIMER PRINCIPIO O PRINCIPIO DE INERCIA: si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o la resultante de las fuerzas que actúan es cero, el cuerpo permanece indefinidamente en su estado de reposo, si estaba en reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme si se estaba moviendo Si no hay fuerzas no hay aceleración por lo que la velocidad que lleva el cuerpo se mantiene constante.

15. 15 La primera parte del principio resulta evidente, si el cuerpo está parado y no actúan fuerzas sigue parado, la segunda parte es más difícil de comprobar porque sabemos que si lanzamos un cuerpo sobre una superficie acaba por pararse, pero si no existiera rozamiento el cuerpo no estaría sometido a ninguna fuerza y se movería indefinidamente con movimiento uniforme. Un cuerpo está en equilibrio cuando no actúa ninguna fuerza sobre él, o bien cuando actúan varias fuerzas concurrentes de forma que la resultante de todas ellas es 0. En la balanza romana, la pesa se desplaza hasta conseguir el equilibrio. REPOSO: se dice que un cuerpo está en reposo cuando su velocidad respecto al sistema de referencia es nula, no se mueve.

16. 16 La bola está en reposo La acción de la fuerza produce un movimiento El efecto es un movimiento rectilíneo casi uniforme Los frenazos bruscos ponen de manifiesto las fuerzas de inercia La nave espacial se mueve en el espacio exterior debido a su inercia Este Principio se llama Principio de Inercia porque indica la resistencia de un cuerpo a ponerse en movimiento a partir del reposo o a cambiar su velocidad. SE LLAMA INERCIA A LA TENDENCIA QUE TIENEN LOS CUERPOS A CONSERVAR SU ESTADO DE MOVIMIENTO O REPOSO. EQUILIBRIO: se dice que un cuerpo está en equilibrio cuando su aceleración con respecto al sistema de referencia es nula, esto sucede cuando la resultante de las fuerzas que actúan es cero. Si todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento se igualan entre si y se anulan el cuerpo queda con movimiento uniforme, con velocidad constante, la que tenía en el momento que se igualaron.

17. 17 SEGUNDO PRINCIPIO O LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA DE TRASLACIÓN cuando un cuerpo se somete sucesivamente a varias fuerzas adquiere aceleraciones proporcionales a dichas fuerzas de su misma dirección y sentido la fuerza que aparece en la ecuación es la resultante de las fuerzas que actúan en el movimiento  Un choque frontal entre un coche circulando a 30 km/h y un árbol, provoca al conductor una fuerza de inercia de 5000 N contra el volante. Sus brazos no lo soportan. La constante de proporcionalidad entre la fuerza que actúa y las aceleraciones que origina es la masa que mide la resistencia que cada cuerpo opone al movimiento. a mayor masa menor aceleración si la fuerza es la misma, cuanto mayor es la masa de un cuerpo más cuesta moverlo

18. 18  Aunque se apliquen varias fuerzas sobre un cuerpo, la aceleración producida es única Un cuerpo sometido a la acción de una fuerza constante adquiere un movimiento uniformemente acelerado cuya aceleración es constante en módulo y tiene la misma dirección y sentido que la fuerza aplicada.

19. 19 B A Unidades de fuerza :en el Sistema Internacional de unidades es NEWTON (N) N =Kg .m /s2 En el Sistema Técnico la unidad es el KILOPONDIO (Kp) es la fuerza con que la Tierra atrae a una masa de 1 Kg (es decir el peso correspondiente a una masa de 1 Kg) P= m. g = 1. 9,8= 9,8 N luego 1Kp=9,8N TERCER PRINCIPIO O LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN : cuando un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza (acción) el segundo ejerce sobre el primero otra fuerza igual y en sentido contrario (reacción)  Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo siempre son debidas a la presencia de otros cuerpos más o menos próximos Las fuerzas de acción y reacción no se anulan Las fuerzas nunca actúan solas  Las fuerzas se ejercen sobre cuerpos diferentes, por eso no se anulan

20. 20 reacción fuerzanormal ( ) reacción acción acciónpeso ( ) Lo que se llama fuerza normal es la reacción de una superficie al apoyo de un cuerpo o a cualquier otra fuerza que presione contra ella. Para que exista normal debe haber alguna fuerza presionando la superficie, de lo contrario no hay reacción. Por la ley de acción y reacción la normal es igual a la fuerza de apoyo. Las fuerzas de acción y reacción se aplican sobre cuerpos distintos y las ejercen cuerpos distintos entre sí, no sólo no impiden el movimiento sino que gracias a ellas el movimiento es posible.

21. 21 El peso (P) de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra lo atrae. Cuando un cuerpo cae por acción de su propio peso, se mueve con la aceleración de la gravedad, a = g = 9,8 m/s2. Teniendo en cuenta el principio fundamental de la dinámica: F = m ⋅ a -> P = m ⋅ g Se llama fuerza normal (N) a la fuerza de reacción de un plano sobre un cuerpo que está apoyado en él. Es una fuerza perpendicular al plano y de sentido opuesto al del apoyo.

24. 24 La ley de gravitación universal de Newton Todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. El peso es la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre los cuerpos que están en sus proximidades

25. 25 La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta depende de su masa y de su radio

26. 26 EQUILIBRIO DE FUERZAS   ® p = 0  Condición de equilibrio: La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo debe ser nula. -Condición de equilibrio entre dos fuerzas :que se apliquen sobre un mismo cuerpo, en la misma dirección y en sentidos contrarios y sean iguales. -Condición de equilibrio para tres fuerzas: que se apliquen sobre un mismo cuerpo y una sea igual, de la misma dirección y sentido contrario a la resultante de las otras dos.

27. 27 FUERZA DE ROZAMIENTO Cuando un cuerpo se mueve roza con la superficie sobre la que se produce el movimiento y esto crea una fuerza que se opone siempre al movimiento del cuerpo, paralela a la superficie sobre la que se mueve y que recibe el nombre de fuerza de rozamiento El rozamiento es una fuerza que siempre se opone al movimiento

28. 28 1-No depende de la cantidad de superficie de contacto.Si la rugosidad de la superficie y el tipo de material es el mismo en todas las caras del cuerpo se comprueba experimentalmente que la fuerza de rozamiento es la misma para todas las caras.FR1=FR2 2-Depende de la naturaleza de las superficies en contacto. Se origina por contacto de unas superficies con otras, por adherencias entre diversos materiales y por la rugosidad de las superficies, a más rugosidad más rozamiento. Existen Tablas donde a cada material se le asigna un valor característico obtenido gracias a diversas medidas experimentales según el mayor o menor rozamiento observado al deslizar un objeto sobre ellos, este valor constante y característico de cada material se llama coeficiente de rozamiento m. 3-Depende también de la fuerza normal, es decir de la resultante de las fuerzas perpendiculares a la superficie sobre la que se mueve el cuerpo. Cuanto mayor es la fuerza de apoyo del cuerpo sobre la superficie de movimiento mayor es el rozamiento con la misma, en cambio las fuerzas que tienden a levantar al cuerpo disminuyen su apoyo y por tanto su rozamiento.

29. 29 F - f = m a r Fuerzas en la dirección del eje X  F  fr N - P = 0  N = P = m g a Y Fuerzas en la dirección del eje Y F N v F f F  r X P = m g m g f r : fuerza aplicada N

30. 30 v Fuerzas en la dirección del eje X  Fuerzas en la dirección del eje X  F - ( P + f ) = m a N N x x r P P P P X m g sen  - f r= m a = µm g cos f y y x F x r Y Y  F = µ N f X µm g cos  = m a F - P - r x = m a m g sen  - µ N Fuerzas en la dirección del eje Y  fr f r Fuerzas en la dirección del eje Y    v N = P = m g cos  N - P = 0  y y P = m g P = m g N - P = 0  N = P = m g cos  y y : fuerza aplicada  

31. 31 La fuerza centrípeta sale simplemente de aplicar la segunda ley de Newton a un cuerpo que gira, F=m.a siendo la aceleración, puesto que hay cambio de dirección de la velocidad, aceleración normal o centrípeta.