Las fuerzas y la segunda ley de newton bw - Solartime's … Ley de movimiento de Newton 13 Establece: Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este se acelera. La …

Las Fuerzas

SEGUNDA LEY DE NEWTON

PROF . ELBA M. SEPÚLVEDA

1

Noviembre 2010

Instrucciones2

� Esta presentación muestra como obtener las � Esta presentación muestra como obtener las ecuaciones para contestar problemas de fuerzas en una dimensión.

� Puedes leer cada problema e intentar resolverlo.

� Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página.

Prof. Elba M. Sepúlveda

demostrada en la próxima página.

� Cualquier duda puedes escribirme a

� [email protected]

Reflexión3

�Es excelente tener la fuerza de un gigante, fuerza de un gigante, pero es tiránico usarla como un gigante.

William Shakespeare


William Shakespeare

Las fuerzas

No sabía que esta era una clase de

arte…

DIAGRAMAS DE FUERZAS

4


Diagramas de fuerzas5

El objetivo es ser capaz de representar el movimiento en formas diferentes

FN

Ff Fa


Siempre haz diagramas y dibujos…!!!!

W

Fuerza de fricción6

� Es la resistencia al movimiento entre � Ff = µ FN

� Es la resistencia al movimiento entre dos objetos en contacto.

� Es una fuerza electromagnética que se debe a la atracción transitoria entre los puntos de contacto

� Actúa paralela a las 2 superficies en contacto y en dirección opuesta al movimiento

� Donde Ff = fuerza de fricción

� µ = coeficiente de fricción


movimiento � FN = fuerza normal

Fricción F=µN7

� Fricción estática � Fricción estática

� Se opone a que el objeto comience a moverse

� Fricción cinética

� Ocurre cuando el objeto se encuentra en movimiento


� Fricción estática > Fricción cinética

Fs > Fk

Fuerza normal8

� Fuerza que mantiene las superficies en contacto y se escribe como: FN o N. En ocasiones tiene una magnitud igual al peso pero en dirección contraria.

Es perpendicular a las superficies en


� Es perpendicular a las superficies en contacto.

� FN = -W

Fuerza aplicada9

� Fuerza que se hace sobre un objeto

� Puede causar movimiento � Puede causar movimiento

� Depende del punto de vista del investigador

� Tiene que vencer la fuerza de fricción para causar un movimiento . No es el único caso, también puede haber movimiento


caso, también puede haber movimiento cuando hay velocidad constante.

� Se escribe como FA y en ocasiones puede escribirse como T (tensión)

Ejemplos empleando las Leyes de Newton

10


Reflexión11

� El amor por la fuerza nada vale, la fuerza nada vale, la fuerza sin amor es energía gastada en vano.

� Albert Einstein� Ningún ejército puede detener la fuerza de una


detener la fuerza de una idea cuando llega a tiempo.

Victor Hugo

Instrucciones…12

� Ahora discutiremos varios casos en los que se utiliza el análisis de fuerzas y sus respectivos utiliza el análisis de fuerzas y sus respectivos diagramas para obtener las ecuaciones.

� Se intercalan ejemplos para ayudar a coprenderlos conceptos los cuales puedes contestar antes de ver la respuesta.

� Luego puedes cotejar tu solución con la solución demostrada en la próxima página.


demostrada en la próxima página.

� Cualquier duda puedes escribirme a [email protected]

Segunda Ley de movimiento de Newton13

� Establece: Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este se balanceada actúa sobre un objeto, este se acelera.

� La aceleración varía directamente con la fuerza aplicada no balanceada y tendrá la misma dirección que esta.


F = m aF = m aF = m aF = m a

Segunda ley de Newton en acción14

� Ejemplo de aceleración negativa o deceleración


Caso #1 Velocidad constante15

� Determina la fuerza neta cuando el

Ff FA

FN

� Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 100 kg se mueve a la derecha a velocidad constante,

� se encuentra sobre una superficie horizontal y se le aplica una fuerza de 250N.

W


250N.

Fuerza neta… en resumen…16

� Fneta = ma = ΣFx� F = -W F = W

� Datos importantes:� FN = -W FN = W (magnitud)

� Fneta = suma de fuerzas

� Fneta= FA – Ff� Como viaja a velocidad constante entonces:

� Datos importantes:

� Masa y/o peso del objeto

� Velocidad constante

� a=0

� Fuerza aplicada


� F= ma= 0

� FA = Ff � Ff = 250 N = FA

� Superficie horizontal

� Fuerza neta=F=ma= fuerza no balanceada

Balanceo de Fuerzas…17


Ejemplo para velocidad constante18

Un objeto que pesa 50N se mueve sobre el piso � Un objeto que pesa 50N se mueve sobre el piso a la derecha a una velocidad constante. Si se le aplica una fuerza de 20 N

� A) Determina el coeficiente de fricción

� B) Si se coloca una pesa de 30 N sobre el bloque, qué fuerza se requerirá para mantener


bloque, qué fuerza se requerirá para mantener al bloque y a la pesa viajando a una velocidad constante? Haz el diagrama

Ff Fg=20N

FN

W= 50N

Resultado del ejemplo19

� µ=Ff/FN = FA/W = 20N/50N

� µ = 2/5 =

Ff Fg=20 N

FN

W= 50N� µ = 2/5 = � µ=0.40 **no tiene unidades

� WT = FN en magnitud

� W1= 50N W2 = 30N

µ=0.40 WT= 80N

W= 50N

FN


µ=0.40 WT= 80N

� FA = Ff = µFN� =(.40) (80N) = 32 N

� FA = 32N – La fuerza aplicada necesaria

FfFg=20 N

WT= 50N+30N

Caso #2 – Sin fricción20

Ff Fg

FN

�Determina la fuerza neta cuando un objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza de

W


horizontal, se le aplica una fuerza de 150N y no hay fuerza de fricción.

�Determina su aceleración

Discusión caso #221

� Superficie sin fricción

� Aumenta su velocidad; hay aceleración

� A)

0

Ff Fg

FN

W

hay aceleración


� Masa=25 kg

� Fuerza aplicada 150N

� Fuerza neta=??

F = W en magnitud

� A)

� Fneta = ma = ΣFx= FA –Ff

� Fneta = suma de fuerzas

� Fneta = FA = 150N

B)


� FN = W en magnitud � B)

� FA = ma

� a =FA/m

� = 150N/25kg = 6m/s2

� a=6m/s2, derecha

Caso #3 Faplicada y Ff22

�Determina la fuerza neta cuando el objeto de masa m = 25 kg se encuentra objeto de masa m = 25 kg se encuentra sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza de 100N y la fuerza de fricción es de 10N.

�Determina la aceleración


�Determina la aceleración

Ff Fg

FN

W

Discusión caso #323


� Sin fricción

Ff Fg

FN

� Sin fricción

� Aumenta la velocidad

� Fneta = ?

� m = 25 kg

� FA =100N

� Ff = 10N

� Determina la aceleración

� m = 25 kg

F = ma

W


Ff = 10N

� Fneta = ma = ΣFx= FA –Ff

� 100N –10N = 90N

� Fneta = 90N, derecha

� Fneta = ma

� a= F neta /m= 90N/25kg=

� =3.6 m/s2

� a= 3.6 m/s2, derecha

Caso#4 – Objetos lanzados24

�Se lanza una bola directamente hacia arriba. Si su masa es de

FA

hacia arriba. Si su masa es de

0.51 kg y la fuerza aplicada es de 20N, arriba,

�¿Cuál será la fuerza neta?

�¿Cuál será su aceleración? R


�¿Cuál será su aceleración?

� ****considera las fuerzas que ocurren cuando sube, baja o si se encuentra atado a una cuerda.

� ¿Puede haber resistencia del aire ?

W

R

Discusión caso#425

� Suspendido en aire

� Lanzado hacia arriba

FA

T

� Se le aplica una fuerza

� m= 0.51 kg

� FA =20N, arriba

� g=9.81m/s2

� W= mg

� = (0.51 kg) (-9.81m/s2)

� Fneta = ma = ΣFx= FA –W

� Fneta = 20N – 5.0N

� Fneta = 15.0N

� Fneta = 15.0N, arriba

� ¿Cuál será su aceleración?

a= F /ma

W

R


� = (0.51 kg) (-9.81m/s2)

� -5.0N

� W= 5.0N, abajo

� a= Fneta /ma

� = 15.0N/0.51kg

� = 2.94 m/s2, arriba

� a= 29 m/s2 , arribaW= 5.0N, abajo

a= 29 m/s2 , arriba

Caso#5 Elevadores26

�Un elevador lleno de personas se mueve directamente hacia arriba.

FA

Tmueve directamente hacia arriba. Si la masa es de 500 kg y si la tensión del cable es 5000N, arriba,

� ¿Cuál será la fuerza neta?


T



� Considera el elevador cuando sube, baja o se mueve a velocidad constante

� ¿Puede haber resistencia del aire?W

R

Discusión caso#527

� Suspendido en aire

� halado hacia arriba

� Se le aplica una fuerza � Fneta = ma = ΣFx= T – W

FA

T

� Se le aplica una fuerza

� m= 500 kg

� T=FA =5000N, arriba

� g=9.81m/s2

� W= mg= (500 kg) (-9.81m/s2)

� -4905N

� W= 4905N, abajo

� Fneta = ma = ΣFx= T – W

� Fneta = 5000N – 4905N

� Fneta = 95N

� Fneta = 95N, arriba


� a= Fneta /ma =


� a= Fneta /ma = 95N/500kg

� = 0.19 m/s, arriba

� a= 0.19 m/s2 , arribaW

R

Lanzado hacia abajoLanzado hacia abajo Pase de futbolPase de futbol

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Considera otros casos…


Caída libre29

�Caída libre- ocurre cuando es el peso la única fuerza que actúa sobre peso la única fuerza que actúa sobre un objeto

�Resistencia del aire- es una fuerza de fricción del aire contra un objeto. Esta fuerza es en dirección opuesta


Esta fuerza es en dirección opuesta al movimiento y depende de la forma del objeto

Velocidad terminal30

� Es una velocidad constante debido a la resistencia del aire y cuando esta iguala el peso del objetodel aire y cuando esta iguala el peso del objeto

� Peso = resistencia del aire

� W= mg= Fr


Problemas asignados31

� Física: Una Ciencia para Todos

� Capítulo 5� Capítulo 5

� 19 al 29 impares páginas 86 a la 88

� Problemas A 1 al 4 página 92

� Problemas B 1 y 2 página 93

� Física Principios y Problemas

� Capítulo 6


� Capítulo 6

� Problemas 1-21 páginas 119-141 impares

Referencias

Murphy, J. T. Zitzewitz, P.W., Hollon J.M y Smoot, R.C. (1989). Física: una y Smoot, R.C. (1989). Física: una ciencia para todos [traducción Caraballo, J. N. Torruella , A. J y Díaz de Olano, C. R.]. Ohio, Estados Unidos: Merril Publishing Company.

Zitzewitz, P.W. (2004). Física principios y Zitzewitz, P.W. (2004). Física principios y problemas [traducción Alonso, J.L.yRíos Martínez, R.R.]. Colombia: McGraw- Hill Interamericana Editores, S. A. de C. V.

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Preparado por

Prof. Elba M. Sepúlveda, MA.Ed.©2010

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