Estatica 1

I.E “INCA GARCILASO DE LA VEGA” - MÓRROPE C.T.A – FISICA - 5º SECUNDARIA

Prof. Ronald Cruz Ruiz

ESTÁTICA

CONCEPTO.- La estática es una rama de la mecánica cuyo objetivo es estudiar las condiciones que deben cumplir las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para que este se encuentre en equilibrio

CONCEPTOS Y MAGNITUDES FÍSICAS QUE

PERMITEN INTERPRETAR LA ESTÁTICA

INERCIA: Propiedad de todo cuerpo material mediante la cual trata de conservar su estado de reposo o de movimiento.

MASA (m): Magnitud física escalar que cuantifica la inercia de un cuerpo (masa inercial).su valor es constante en cualquier punto del universo. Su unidad en el S.I. es el Kilogramo (Kg).

FUERZA ( ): Magnitud física vectorial que

tiende a modificar el estado de reposo o movimiento de los cuerpos, o la forma de éstos. Su unidad en el S.I. es el Newton (N).

EQUILIBRIO:

Un cuerpo cualquiera se encuentra en equilibrio cuando carece de todo tipo de aceleración (a=0).

1ª Condición de Equilibrio"Un cuerpo se encontrará en equilibrio cuando la fuerza resultante que actúa sobre él sea igual a cero; para eso, las fuerzas componentes deben ser necesariamente coplanares y concurrentes". Condición algebraica.

LEYES DE NEWTONLEYES DE NEWTON

Newton formuló tres leyes, de las cuales sólo dos aplicaremos en la estática (1a y 3a Ley), dejando el estudio de la restante para el capítulo de dinámica.

PRIMERA LEY: LEY DE LA INERCIA

“Todo cuerpo permanece en reposo ó con velocidad constante (MRU); mientras que sobre el cuerpo no actúe una fuerza resultante

EXTERIOR que lo obligue a cambiar de velocidad

TERCERA LEY: LEY DE ACCIÓN Y

REACCIÓN

Las fuerzas existentes en la naturaleza, no existen solas, siempre existen en parejas, esto puede expresarse en la tercera ley de Newton. A toda fuerza aplicada (acción) le corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud pero de sentido opuesto.

La fuerza de acción y reacción nunca se anulan entre sí, porque actúan sobre cuerpos diferentes.

Las fuerzas de acción y reacción son simultáneas.

PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

EQUILIBRIO DE TRASLACIÓNUn cuerpo esta en equilibrio cuando no acelera, esto indica que no debe cambiar el módulo ni la dirección de la velocidad.Podemos observar los 2 tipos de equilibrio:

(Equilibrio estático) cuando el

cuerpo está en reposo

(Equilibrio cinético) si la velocidad es

constante

FUERZAS NOTABLES

Teniendo en cuenta que la fuerza es una magnitud física vectorial es muy importante saber identificar que fuerzas están actuando sobre un cuerpo. Entre las más comunes tenemos:

a) PESO ( ): El peso es una fuerza

que siempre actúa en un punto del cuerpo, conocido como centro de gravedad, y su dirección es hacia el centro de la tierra. Su módulo para pequeñas alturas respecto a la superficie terrestre se evalúa por:

ESTÁTICA- DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L) - [email protected]

Fig. 3.9.



Donde:

m = masa del cuerpo

= aceleración de la gravedad

Al cociente se denomina masa

gravitacional.

b) NORMAL ( ): Es una fuerza que se

debe al apoyo ó contacto entre las superficies de dos cuerpos. Su dirección siempre es perpendicular a la superficie de contacto. .

c) TENSIÓN ( ): Es una fuerza que

se ejerce en cuerpos flexibles como son: cuerdas, cables, hilos, cadenas, etc. Su dirección al actuar sobre un cuerpo siempre es “tirante”.

d) FUERZA DE FRICCIÓN Ó ROZAMIENTO (

): Es una fuerza que se debe a la

rugosidad ó aspereza de las superficies en contacto. Su dirección siempre es opuesta al movimiento ó intención de movimiento del cuerpo. Se pueden distinguir entre dos tipos de fricción, la fricción estática (Fe) y la fricción cinética ( Fk ).

Fk = kN.

Donde:

e = coeficiente de rozamiento estático K = coeficiente de rozamiento cinético (0 K e ) N= Módulo de la fuerza normal

¡TEN PRESENTE QUE!Cuando un cuerpo se encuentra sobre una superficie lisa (no se considera el rozamiento), la reacción del piso sobre el cuerpo se debe sólo a la fuerza normal

e) FUERZA ELÁSTICA ( ): Es una

fuerza aplicada por el resorte cuando es deformado. Su dirección siempre es tratando de recuperar su posición original, llamado por esto Fuerza recuperadora del resorte.

Su módulo obedece a la Ley de Hooke:

Fk = k x

Donde: k = Constante elástica (N/m)

x = Deformación o elongación (m)

f) COMPRESIÓN (C). Es aquella fuerza que aparece en el interior de un sólido rígido cuando fuerzas externas tratan de comprimirlo.

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L)

Es el aislamiento imaginario de un cuerpo y la representación de todas las fuerzas externas que actúan sobre él. Para representar un D.C.L se debe de usar el siguiente procedimiento

1. Representar el peso (W) verticalmente hacia abajo (Hacia el centro de la tierra)

2. En toda cuerda se representa la fuerza de tensión (T) que siempre sale del D.C.L siguiendo la dirección de la cuerda




3. A lo largo de una misma cuerda de poco peso actúa la misma fuerza de tensión (T)

4. En el contacto entre dos superficies sólidas represente la fuerza normal (N) entrando al D.C.L en forma perpendicular por el contacto

5. Si tiene contacto con resortes existirá una fuerza denominada: FUERZA ELÁSTICA, esta fuerza es dibujada a lo largo del resorte y su sentido tiene dos opciones: Si el resorte está estirado, la fuerza elástica se dibuja saliendo del elemento; y si el resorte está comprimido, al fuerza elástica debe dibujarse ingresando al elemento elegido.

EJEMPLOS DE D.C.L

Indicar el diagrama de cuerpo libre correcto de la esfera.

PROBLEMAS PARA LA CLASE

EFECTUAR EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L) DE LOS SIGUIENTES CUERPOS




9.- Una persona de peso P está jalando a la cuerda. Indicar el D.C.L. de la persona.

10.- Desde lo alto de un edificio se lanza horizontalmente una piedra. Indicar el D.C.L. de la piedra cuando pasa por el punto P.

11.- Se tiene dos cilindros idénticos A y B. Indicar el D.C.L. del cilindro A.

12.- Los bloque A, B y C tienen pesos diferentes. Indicar el D.C.L. del bloque B

13.- Indicar el D.C.L. correcto del bloque.

14.- Indicar el diagrama de cuerpo libre correcto de la esfera.

TALLER - BLOQUE I1. La fuerza es el resultado de

la…………………entre dos cuerposa) Atracciónb) Repulsiónc) Uniónd) Interaccióne) separación

2. el peso de los cuerpos es una fuerzaa) nuclearb) molecularc) gravitacionald) electromagnéticae) tensorial

3. según la ley de la inercia, los cuerpos se resisten a cambiar de………………

a) posiciónb) velocidadc) aceleraciónd) masae) tamaño

4. respetando las leyes de Newton entendemos que la velocidad de los cuerpos tiene a……

a) aumentarb) disminuirc) variard) ser constantese) anularse

5. una consecuencia de la tercera ley de Newton es que las fuerzas aparecen

a) 1 en 1b) 2 en 2c) 3 en 3d) 4 en 4e) N.a

6. cuando la fuerza resultante sobre una partícula es cero, tendremos que la partícula………………………….

a) No se mueveb) Se mueve a velocidad constantec) Esta moviéndose




d) Esta en reposo o moviéndose a velocidad constante

e) N.a

7. en que situaciones se puede garantizar que una partícula esta en equilibrio

I. la partícula se mueve a velocidad constanteII. la partícula esta en reposoIII. la partícula se mueve a rapidez constante

a) I y IIb) I y IIIc) II y IIId) Solo II

8. Hacer el D.C.L. del cuerpo.

9. Hacer el D.C.L. del bloque; todas las superficies son lisas.

10. Considerando que entre los patines y el hielo no existe fricción; determinar las fuerzas que actúan sobre el patinador, ya en movimiento (resistencia del aire nula).

11. Hacer el D.C.L del bloque “m”

1. Determine el peso de un cuerpo, si su

masa es de 5 kg. (g = 10 m/s2)

a) 5 N b) 50 c) 30d) 10 e) 20

2. Si la masa de un cuerpo es 10 kg, su peso será:

a) 20 N b) 300 c) 150d) 100 e) 50

3. Si el peso de un cuerpo es 30 N su masa será:

a) 30 kg b) 3 c) 10d) 20 e) 40

4. Si el peso de un cuerpo es 450 N, su masa será:

a) 450 b) 35 c) 25d) 45 e)N.a

5.-En la figura, ¿hacia donde estaría dirigida la tensión?

a)

b)

c)d)e)

6. Del ejercicio anterior indique la dirección de la normal.

a) b) c)


Ejercicios de Aplicación

Ejercicios de Aplicación



d) e)

7. Del ejercicio Nº 5, indique la dirección del peso.

a) b) c) d) e)

8. Marque verdadero (V) o falso (F) :

I. La fuerza es una magnitud vectorial.II. Masa es lo mismo que peso.III. La tensión siempre es vertical

a) VFV b) VFF c) FFVd) VVF e) FVF

9. En la figura, determine la dirección del peso.

a)b)c)

d)

e)

10. Del ejercicio anterior, determine la dirección de la normal.

a) b) c)

d) e)

11. Del ejercicio Nº 09, determine la dirección de la tensión

a) b) c)

d) e)

12. En la figura determine la dirección de la tensión

a)

b)

c)d) e)

13. Del ejercicio anterior, determine la dirección de la normal

a) b) c)

d) e)

14. En la fiesta de ‘‘Miguelito’’ colgaron una piñata relleno de golosinas y juguetes, cuya masa era de 45 kg. ¿Qué tensión podrá soportar dicha piñata?

a) 45 N b) 4500 c) 350d) 3500 e) 450

1. Si la masa de un cuerpo es 0,1 kg. Halle su peso:

a) 10 N b) 0,1 c) 2d) 1 e) 5

2. Si la masa de un cuerpo es 0,25 kg. Halle su peso:

a) 25 N b) 2,5 c) 35d) 250 e) 0,25

3. Si un cuerpo posee un peso de 3,5 N, su masa será

a) 35 kg b) 0,3 c) 3,5d) 0,35 e) 350

4. Si el peso de un cuerpo es 260 N, su masa será:

a) 16 kg b) 26 c) 250d) 260 e) 0,26

5. Determine la dirección de la tensión:

a)

b) c)

d)

e)

6. Del ejercicio anterior, determine la dirección del peso.

a) b) c)

d) e)


Tarea para la casa

Tarea para la casa



7. Del ejercicio Nº 5, determine la dirección de la normal.

a) b) c) d) e)

8. En la figura, determine la dirección del peso

a)b)

c)

d)e)

9. Del ejercicio anterior, determine la dirección de la tensión.

a) b) c) d) e)

10. Del ejercicio 8, halle la dirección de la normal

a) b) c) d) e)


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