Fuerzas Vectores Y Trabajo Mecanico

FuerzasFuerzas

www.fisicavicenciana.blogspot.com (Profesor de Física: Mauricio Alegria; Colegio MAdre Vicencia)

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¿Qué son las fuerzas?¿Qué son las fuerzas?

Son algo que:

Produce deformación en el objeto que recibe

una fuerza

Produce cambio de movimiento en el objeto que recibe

una fuerza

Puede producir deformación y

cambio de velocidad al

mismo tiempo


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Algunas característicasAlgunas características

Son magnitudes vectoriales

No se poseen, se aplican

Se aplican de un cuerpo a otro

Nunca se encontrará una fuerza aislada

De aquí que se dice: el número de fuerzas en un sistema siempre es par

Se pueden sumar y restar

Su unidad de medida es el Newton, que se abrevia [N]

1 [N] = 1 [kg m/s2]


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La fuerza no se posee.

Una persona, o una máquina o cualquier dispositivo que se use para aplicar fuerza, posee potencia, desarrolla energía. Pero de ninguna forma se puede decir que posee fuerza.


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Por ser vectores se representan con una flecha

La flecha tiene origen en el centro de gravedad del objeto que recibe la fuerza

magnitud o módulo

direcciónsentido

Tienen magnitud o módulo: es un número y una unidad de medida. Por ejemplo: 5 [N]. En la flecha corresponde a la medida de su longitud.

Tiene dirección. en la flecha corresponde a la orientación que tiene.

Tiene sentido: en la flecha corresponde a lo que señala la punta.


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Suma de fuerzasSuma de fuerzasCuando sobre un cuerpo actúan más de una fuerza, ellas se pueden sumar.

El resultado se denomina “fuerza neta” o “fuerza resultante” ( FR).

Una fuerza neta provoca los mismos efectos que el conjunto de fuerzas a las que representa.

Dos fuerzas, o más, que se dirigen hacia en un mismo sentido se suman. Si se dirigen en sentidos contrarios se restan.

F1

F2

F1 F2 FR = F1 + F2

F1F2

F1

F2

FR = F1 - F2


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ClasificaciónClasificaciónDe acuerdo a su punto de aplicación

De contacto A distancia

Quien aplica y quien recibe la fuerza entran en contacto directo. Se tocan

Quien aplica y quien recibe la fuerza no entran en contacto


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ClasificaciónClasificaciónDe acuerdo a su duración

De corta duración: impulsivas De larga duración

El tiempo de duración, de la aplicación de la fuerza, es breve

El tiempo de duración, de la aplicación de la fuerza, es largo


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ClasificaciónClasificaciónDe acuerdo a sus efectos

Fuerzas motoras

Son fuerzas que provocan movimiento

Fuerzas resistivas

Lo contrario de las motoras, éstas tienden a impedir los

movimientos


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ClasificaciónClasificaciónSegún su naturaleza

Fuerza gravitatoria

Corresponde a la interacción entre masas. Por ejemplo, la atracción entre la Tierra y la Luna. No son de grandes magnitudes, pero son las más evidentes.

Fuerza electromagnéticaEs transmitida por fotones. La sufren las partículas con cargas eléctricas. Está involucrada en transformaciones físicas y químicas.

Fuerza nuclear fuerteEs transmitida por los gluones. Es atractiva. Mantiene unidos a los nucleones.

Fuerza nuclear débilEs transmitida por los bosones W y Z. Es responsable de la desintegración beta.

en internet


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Leyes de NewtonLeyes de Newton

Son propuestas por Isaac Newton el año 1686

Si es que he llegado más lejos que otros, es porque me subí a hombros de

gigantes


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Primera ley o Principio de Primera ley o Principio de InerciaInercia

Todo cuerpo tiende a permanecer en su estado de movimiento si sobre él no se aplican fuerzas externas

Fuerza externa: Se refiere a una fuerza resultante

que cambia el estado de movimiento del cuerpo.

Conclusiones a partir del principio de inercia:

Si un cuerpo está en reposo, continúa en reposo.

Si un cuerpo está moviéndose con cierta velocidad. Permanece con esa velocidad, no la modifica.


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Más sobre la inerciaMás sobre la inercia

Se dice que un cuerpo tiene un movimiento inercial si tiene una velocidad uniforme.

Si un vehículo está en movimiento, sus pasajeros

también lo están. Y si el vehículo cambia su velocidad, los

pasajeros tenderán a mantener la velocidad anterior.

Esto puede provocar accidentes.

Por esa razón es obligatorio utilizar cinturón de seguridad.

Una nave espacial si va con los motores apagados, se mueve

inercialmente. En el espacio no existe el roce.


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Segunda ley o Principio de Segunda ley o Principio de masamasa

Si a un cuerpo de masa m se le aplica una fuerza F. El cuerpo adquiere una aceleración a.

Y se cumple la siguiente relación matemática:

maF

Si el cuerpo recibe más de una fuerza, entonces en la expresión anterior F será la fuerza resultante.

F

a

F1

F2

F3

F4

F


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Más sobre la segunda leyMás sobre la segunda ley

Un cuerpo, antes que reciba una fuerza F, tiene una velocidad vi. Esa velocidad inicial puede ser negativa, cero o positiva.

Mientras la fuerza actúa el cuerpo experimenta una aceleración a.

Durante la aplicación de la fuerza el cuerpo va aumentando o disminuyendo su velocidad. De modo que al cabo de cierto tiempo tendrá una velocidad vf.

vi

a

F

vf

Y, se tiene que:


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Y seguimos con la Segunda Y seguimos con la Segunda LeyLey

“EJEMPLO”“EJEMPLO”Si un cuerpo recibe una fuerza F, entonces adquiere una aceleración a

F

a

Si la fuerza se duplica (2F), la aceleración también se duplica (2a)

2F

2a

Si la fuerza disminuye a la mitad, la aceleración también

F/2

a/2

De la expresión F = ma, se deduce todo lo anterior.

Además, la aceleración que recibe un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que recibe e inversamente proporcional a su masa.

Si un cuerpo no recibe fuerza (FR = 0 N), entonces no acelera y, en consecuencia, permanece con velocidad constante.


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Tercera ley o Principio de Acción y Tercera ley o Principio de Acción y ReacciónReacción

Toda vez que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro. Esa fuerza la denominaremos “fuerza de acción”.

El segundo reacciona con una fuerza sobre el primero.

A esta fuerza la denominaremos “fuerza de reacción”.


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Más sobre la acción y la Más sobre la acción y la reacciónreacción

Las fuerzas de acción (FA) y la de reacción (FR) son de igual magnitud.

FA = FR

Tienen la misma dirección, pero sentidos contrarios.

FR FA

Si se usara notación vectorial, se tendría:

FA = -FR

Las fuerzas de acción y reacción, pese a que tienen la misma medida y están en sentidos opuestos, NO SE ANULAN. Esto es porque

actúan sobre cuerpos diferentes.

Trabajo MecánicoTrabajo Mecánico

Profesor Mauricio Alegría Profesor Mauricio Alegría ArayaAraya


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Recuerda que:Recuerda que:

►El trabajo mecánico es “El trabajo mecánico es “EL producto EL producto de la proyección de la fuerza de la proyección de la fuerza sobre el desplazamiento”.sobre el desplazamiento”.

Hablaremos sólo de fuerzas constantes


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αF d W cos

αF dW cos

d

Donde: F es el módulo de la fuerza

d es el módulo del desplazamiento

es el ángulo que forman los vectores

W= Trabajo

α


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EjemploEjemplo

►Si arrastras a seis metros de su posición inicial un carrito, aplicando una fuerza de 6 Newton, formando un ángulo de 60° con el desplazamiento. ¿Cuál es el trabajo mecánico (W) realizado por la fuerza?.


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SoluciónSolución

► Según los datos F=6N, d=6m y = 60°.Según los datos F=6N, d=6m y = 60°.► El trabajo efectuado por la fuerza es:El trabajo efectuado por la fuerza es:

αF W cosjoule 18 Nm 18 0,5 6m 6N Wf luego

¿Qué sucede si la ¿Qué sucede si la dirección de la fuerza dirección de la fuerza

coincide con la dirección coincide con la dirección del desplazamiento?del desplazamiento?


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► En este caso se define el trabajo realizado En este caso se define el trabajo realizado por la fuerza como el producto entre la por la fuerza como el producto entre la fuerza y el desplazamiento.fuerza y el desplazamiento.

dFW El trabajo mecánico puede ser positivo, negativo o nulo.


26

Si la proyección de la fuerza y el Si la proyección de la fuerza y el desplazamiento tienen igual desplazamiento tienen igual dirección y sentido, el trabajo es dirección y sentido, el trabajo es positivopositivo

d

F

d

F


27

Cuando la dirección de la fuerza y del Cuando la dirección de la fuerza y del desplazamiento son perpendiculares, desplazamiento son perpendiculares, el trabajo es nulo.el trabajo es nulo.

d

F

P Recuerda que P

es la fuerza peso


28

Si la proyección de Si la proyección de la fuerza y el la fuerza y el desplazamiento desplazamiento tienen igual tienen igual dirección pero dirección pero sentido opuesto, el sentido opuesto, el trabajo es negativotrabajo es negativo

dF

180°

mgP

d

El trabajo de la fuerza peso es positivo y vale

cos mgW


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► Si sobre un cuerpo actúan “n” fuerzas, Si sobre un cuerpo actúan “n” fuerzas, podemos calcular el trabajo total efectuado podemos calcular el trabajo total efectuado sobre dicho cuerpo .sobre dicho cuerpo .

► El trabajo total o neto que varias fuerzas El trabajo total o neto que varias fuerzas hacen un cuerpo, es la suma de los hacen un cuerpo, es la suma de los trabajos parcialestrabajos parciales

FnFFFneto WWWWW .......321

Donde: F1,F2,F3,4,………. Fn son las fuerzas mas que actúan sobre el cuerpo.

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