Fricción o rozamiento e Impulso y cantidad de movimiento

Fricción o rozamiento

Cuando un cuerpo esta en contacto con una superficie, se presenta una fuerza que actúa sobre el.

Si el cuerpo se mueve sobre dicha superficie, se representa una fuerza que es paralela a la superficie de contacto.

Los factores que originan la fricción son:

El rozamiento; lo ocasionan las irregularidades de la superficie en contacto.

Cuanto mas ásperas sean las superficies, mayor será la fricción.

El peso de los cuerpos en contacto. Si el peso es mayor, la fricción también es mayor.

La fuerza de fricción se manifiesta en nuestra vida prácticamente en todo momento y nos ofrece ventajas y desventajas.

Ventajas:

Permite que los frenos de una locomotora funcionen. Ayuda a encender un cerillo cuando lo frotamos sobre una

superficie áspera. Facilita caminar o realizar cualquier deporte, como el futbol.

Desventajas: Los motores de los automóviles tienen un periodo de vida útil

debido al desgaste, aun cuando estén bien lubricados y presenten un diseño aerodinámico.

Causa desgaste entre las superficies en contacto, como en la ropa y en las piezas metálicas, generando calor.

Tipos de rozamiento.

Fricción o rozamiento estático (fs) Se llama rozamiento estático cuando un

cuerpo esta en reposo, las únicas que actúan sobre el son la fuerza normal y su peso.

Si aplicamos una fuerza para provocar movimiento de un cuerpo, representa otra fuerza paralela a la superficie que se opone al movimiento. Se trata de una fuerza de fricción o rozamiento estático directamente proporcional a la fuerza normal; aquí, el cuerpo aun no se mueve o esta a punto de moverse.

V= 0

F

W

Donde: N= Fuerza normal o fuerza de reacción, perpendicular al plano. W= Fuerza de atracción gravitacional o peso del cuerpo. Fs= Fuerza de fricción estática que se opone a que el cuerpo

inicie su movimiento.

Fricción o rozamiento cinético (fk)

Esta fuerza se presenta cuando se rompe el estado de reposo y el cuerpo inicia un movimiento.

La magnitud de la fuerza de rozamiento cinético disminuye con respecto a la fuerza de rozamiento estático y se define como la fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos cuando están en contacto y su magnitud es directamente proporcional a la fuerza normal.

Coeficientes de fricción estático (Ms) y cinético o dinámico (Mk)

El coeficiente de fricción estático (Ms) se define como el coeficiente entre la fuerza de fricción estática y la fuerza normal.

Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto.

Ms = fs N

Matemáticamente, la fuerza de fricción estático se obtiene como

fs = Ms N Donde: fs = Fuerza de fricción estática (N, Lb) Ms = Coeficiente de rozamiento estático (es dimensional) N = Fuerza normal (N, Lb)

El coeficiente de rozamiento estático es una cantidad sin unidades. Por tratarse de una relación de fuerzas, siempre es menor que la unidad.

El coeficiente de fricción cinético o dinámico (Mk) se define como el coeficiente entre la fuerza de fricción cinética o dinámica y la fuerza normal.

Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto.

Mk = fk N

Gráficamente tenemos:

La fuerza de fricción cinética o dinámica se calcula despejando del coeficiente de fricción cinético.

fk = Mk N

Donde:fk = Fuerza de fricción estática (N, lb)Ms = Coeficiente de rozamiento estático (es dimensional)N = Fuerza normal (N, lb)

Todas las fuerzas en la dirección del movimiento son siempre positivas (+) y las que se oponen al movimiento son negativas (-).

N

F

fs

W

a

F

fk

N

W

Impulso y cantidad de movimiento

Impulso (I) Este fenómeno físico se le conoce como impulso: el producto de la

magnitud de fuerza aplicada sobre un cuerpo y el tiempo de contacto. Se obtiene con la formula:

I = Ft

Donde:I = Impulso recibidoF = Fuerza aplicada t = Tiempo de aplicación de la fuerza El impulso es una cantidad vectorial, tiene magnitud, punto de

aplicación, dirección y sentido. Se representa con un vector que tiene la misma dirección que la

fuerza.

Las unidades del impulso en el sistema internacional son:

I = Unidades de fuerza x unidad de tiempoI = newton x segundo = Ns

Ejemplo:

Diego empuja un carrito de madera con una fuerza de 10 N durante 5 segundos. Calcula el impulso ejercido por la fuerza.

Datos:F = 10 Nt = 5 s

Fórmula: I = Ft

Desarrollo:I = (10 N)(5s) = 50 Ns

El impulso que recibe el carrito de madera es de 50 Ns y resulta de interactuar con

la fuerza que le proporciono otro cuerpo, en este caso, el niño.

Cantidad de movimiento (P)

A la cantidad de movimiento, p, de un cuerpo se le denomina momentum; en algunos casos también se llama ímpetu.

Se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad.

P= mv

Donde:P = Cantidad de movimiento o momentumM = Masa del cuerpoV = Velocidad del cuerpo

Es una cantidad vectorial que tiene la misma dirección que la velocidad; es decir, tiene magnitud, punto de aplicación, dirección y sentido.

Es importante el signo del pulso; si es positivo (+), se dirige a la derecha; si es a la izquierda, será negativo (-).

Las unidades de movimiento son:

En el sistema internacional: kgm/s o Ns

En el sistema ingles: slug ft/ s O lbs.

Ejemplo: Imagina que te encuentras en una competencia de boliche

intercolegial. Lanzas una primera bola de 7.5 Kg que se mueve sobre una superficie horizontal a una velocidad de 2 m/s hacia la derecha. Luego lanzas una segunda bola de boliche de 125 gr. que se mueve a una velocidad de 5 m/s a la izquierda. Calcula la cantidad de movimiento para cada cuerpo.

Datos: m1 = 7.5 kg V1 = 2 m/s m2 = 125 g = 0.125 Kg

Formula:P = mv

Desarrollo:

P1= m1 = (7.5 Kg)(2 m/s) = 15 Kg m/sP2 = m2 v2= (0.125 Kg)(-5 m/s)= -0.625 Kg m/s

Como la cantidad de movimiento puede ser positiva o negativa. El siguiente determina la velocidad, ya que en este caso la masa m1 se mueve al revés del eje X positivo.

V1 = 2 m/s

+

m1 = 7.5 kg

V2 = -5 m/s

+

m2 = 0.125 gr.

Relación entre impulso y cantidad de movimiento.

Si se tiene un circuito de masa (m) al que se le aplica una fuerza (F) que actúa durante un intervalo de tiempo (Dt), el carrito se va acelerando durante ese lapso de tiempo.

La fuerza esta dada por la segunda ley de Newton:

F = ma

Ley de la conservación de la cantidad de movimiento

Esta ley tiene aplicaciones practicas en el estudio de los fenómenos físicos de colisiones, choque o impacto, en los cuales 2 o mas cuerpos ejercen mutuamente fuerzas muy grandes que, sin embargo, duran un tiempo relativamente pequeño.

Las colisiones o choques entre 2 cuerpos se pueden presentar de la

siguiente manera: cuando 2 cuerpos chocan y sus direcciones no se alteran, es decir que siguen en movimiento sobre una misma dirección o recta antes y después del choque, se presenta un choque directo o unidimensional.

Si al chocar 2 cuerpos no sufren alteraciones o deformaciones

permanentes durante el impacto, es decir, si la energía cinética del sistema se conservara antes y después del impacto, el choque es elástico.

Por el contrario, si al chocar 2 cuerpos sufren alteraciones o deformaciones durante el impacto, entonces el choque es inelástico. Sin embargo, la energía total se conserva simple.

Independientemente del tipo de colisión, solo se alteran considerablemente las cantidades de movimiento de las partículas del sistema, pero no se alteran el momentum total.

La ley de la conservación de la cantidad de movimiento y se

define como: cuando 2 cuerpos chocan, la cantidad de movimiento total antes es igual a la cantidad de movimiento total después del impacto.

Esta ley se expresa de la siguiente manera:

m1 u1 + m2 u2 = m1 v1 + m2 v2

Donde:

m1 = Masa de uno de los cuerpos

u1 = Velocidad de la masa uno antes del choque

m2 = Masa del segundo cuerpo

u2 = Velocidad de la masa dos antes del choque

v1 = Velocidad de la masa uno después del choque

v2 = Velocidad de la masa 3 después del choque

Representación

m1

m2

u1

u2

Dos cuerpos que están por chocar

m1

m1u1+ m2u2

m2

F 21F 12

Fuerzas impulsivas que aparecen durante la colisión. Son iguales y opuestas porque son par de acción y reacción.

u1u2

Después del impacto, los cuerpos se mueven en la misma dirección.

En cualquier choque, sea elástico o inelástico, se conserva la cantidad del movimiento total.

Integrantes de equipo:

Julio Cesar Arteaga Balderas Yoél del Ángel Cobos Cruz Sergio Emanuel Ontiveros Benítez Lizbeth Anahi Gonzáles Maldonado Katia Monserrat Resendiz Gonzáles Gabriela Rivera Gonzáles

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