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Fuerzas y Leyes de Newton
Fuerzas. 1ª Ley de Newton. Equilibrio.2ª Ley de Newton. 3ª Ley de Newton.
Diagrama de cuerpo libre.
13/04/23 Lily Arrascue, Yuri Milachay 213/04/23 Lily Arrascue, Yuri Milachay 2
Las fuerzas son el resultado de la interacción entre los cuerpos.
Sabemos que un cuerpo ha sufrido la acción de una fuerza por los cambios que se producen en él: se deforman o aceleran.
Fuerzas de contacto y fuerzas a distancia
Fuerzas
La caja acelera sobre la rampa
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La fuerza es la medida cuantitativa de la interacción de dos cuerpos en contacto o entre un cuerpo y su entorno.
Para describir una fuerza se necesita determinar su magnitud y dirección, por ello la fuerza es una magnitud vectorial.
La unidad SI de la magnitud fuerza es el newton (N).
Si varias fuerzas actúan sobre un cuerpo, el efecto sobre su movimiento es igual al que se le da cuando una sola fuerza, igual a la suma vectorial de las fuerzas (resultante o fuerza neta), actúa sobre el cuerpo.
1 2R F F F
Fuerza como vector
60,0°
75,0°80,0 N
120,0 N
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EjercicioSe tienen las siguientes fuerzas que se encuentran en el plano xy actuando sobre un bloque mostrado en la figura. ¿Cuál es la fuerza resultante?
Calcule la fuerza resultante que actúa sobre el bloque remolcado.
F , N i , N j
2 4 00 5 00
z
x
y
F , N i , N j
1 2 00 300
F , N i , N j
3 6 00 4 00
0F 25,0N
jNiNFRpta R
00,600,4:
NFRpta R 4,35:
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Peso
Normal
N N
Fuerzas mecánicas
Fricción
fr
T
Tensión de la cuerda
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Inercia, masa y Primera ley de Newton
Inercia
Es la oposición que presentan los cuerpos al cambio de su estado de movimiento
Masa
Es una medida de la inercia que presentan los cuerpos
La primera ley de Newton establece que todo cuerpo que se mueve con velocidad constante o está en reposo en algún sistema de referencia, permanecerá en tales estados de manera indefinida hasta que una fuerza externa le modifique su estado de movimiento
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Expresión matemática de la 1º Ley de Newton
Si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es nula, dicho cuerpo se mueve en línea recta y con velocidad constante o permanece en reposo.
v
Las fuerzas verticales se equilibran y si no hay fricción, el bloque se moverá con velocidad constante
En el air hokey no hay fricción
F 0
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ProblemaUn cuadro de 2,00 kg de masa cuelga de dos cables que forman los ángulos que se muestran en la figura. Calcule los valores de las tensiones T1 y T2.
SoluciónSe cancelan las fuerzas en el eje x.
Se cancelan las fuerzas en el eje y.
De la primera ecuación se obtiene una relación para T1 y T2.
Reemplazando en la segunda ecuación:
1 2T cos30 T cos60
1 2Tsen30 T sen60 w
2 1T T 3
N17,0 T
N 9,81T
2
1
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Sobre un bloque, de 15,0 kg de masa, actúa una fuerza neta F, de valor igual a 35,0 N. Determine el valor de la aceleración
Respuesta
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, y es inversamente proporcional a la masa.
¿Qué relación guardan la dirección de la fuerza resultante y la dirección de la aceleración de l bloque? Respuesta:La dirección es la misma.
Segunda ley de Newton
a
RF
F ma
F 35,0 ma 2,33
m 15,0 s
RFa
m
F
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En la figura se observa dos bloques de masas M y M/2 respectivamente. Sobre los bloques se aplica una misma fuerza neta de valor F, ¿cuál es la relación de las aceleraciones de los bloques?
Respuesta:El bloque de masa “M” adquiere una aceleración a; por tanto, el bloque de masa M/2 adquiere una aceleración igual a 2a
Segunda ley de NewtonRelación Fuerza y Masa
Sobre un auto de masa M se aplica una fuerza neta F produciéndose una aceleración a . Si consideramos que sobre el mismo auto ahora se aplica una fuerza neta igual a 2F, ¿en qué factor queda multiplicada la aceleración ?
Respuesta:La aceleración queda afectada por el factor 2
M
M/2
F
F
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Si el movimiento de un objeto se realiza en un plano xy, entonces:
Segunda ley de NewtonSobre un bloque, de 15,0 kg de masa, actúa una fuerza F, de valor igual a 35,0 N. Determine la aceleración (No considere efectos de rozamiento)
Solución:
yy amF
xx amF
F
yF
xF
xa
ya
F m a
37,00
F
xx maF
xmaF º0,37cos
xa0,15º0,37cos0,35 2/86,1 smax
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En este caso, la fuerza será de:
Para calcular el valor de la tensión de la cuerda T1, sólo se considerará el movimiento del último bloque.
ProblemaDos bloques de 100 kg son arrastrados a lo largo de una superficie sin rozamiento con una aceleración constante de 1,60 m/s2, como se indica en la figura. Determinar la fuerza T2 y la tensión de las cuerdas en los puntos A, B y C.
SoluciónSe puede considerar a los dos bloques como uno solo para hallar la fuerza F.
m1+m2
a =1,60 m/s2
T2
2T m a
2T 200 1,60N
2T 320N
T1m1
1 1T m a
1T 100 1,60N 160N
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• La tercera ley de Newton afirma que para toda fuerza de acción existe otra fuerza opuesta y de igual magnitud llamada reacción, tal que
12 21F F
3ª Ley de NewtonObservacionesLas fuerzas siempre se presentan por pares y se ejercen simultáneamente. A cualquiera de las dos fuerzas se le puede llamar acción o reacción. El par acción y reacción no actúan en el mismo cuerpo.
2
1
F12
F21
Las fuerzas siempre se presentan en
pares
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2F12=mg
F21= mg
Ejemplo: El sistema Tierra-cuerpo
Todos los cuerpos son atraídos por la tierra con una fuerza igual a su peso,
a su vez el cuerpo atrae a la tierra con una fuerza de igual magnitud.
1
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Se utilizan para representar las fuerzas que se ejercen sobre el sistema físico por parte de su entorno y entre los cuerpos que componen el sistema.
Diagrama de cuerpo libre
2
1
Punto de contacto
mg
N
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Diagrama de cuerpo libre
Se separan las partes y se analizan las fuerzas que actúan sobre los bloques
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N2
Fuerzas que actúan sobre
el bloque pequeño
Fuerzas que actúan sobre el bloque grande
Fuerzas que actúan sobre el piso
Diagrama de cuerpo libre
mg
N1
N2
Mg
N1
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EjerciciosRealizar el diagrama de cuerpo libre de cada uno de los bloques. Considere que no existe fricción
Realizar el diagrama de cuerpo libre que cada uno de los bloques. Considere que no existe fricción
w1
T1w2
T1 T2
N2
w3
T2w1
N1 T1
w2
N2T1
N1