FUERZAS Y MOVIMIENTO - iesalfonsox.es
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FUERZAS Y MOVIMIENTO
TEMA 11
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1. LEYES DE LA DINÁMICA
• La dinámica explica las causas que provocan el movimiento. Basándose en las tres leyes de Newton.
• Cuando un sistema de referencia se encuentra en reposo o se mueve MRU, se trata de un sistema de referencia inercial. Es un sistema no sometido a interacción con el resto del universo.
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1.1. PRIMERA LEY DE NEWTON
• Primera Ley de Newton o Ley de inercia: “Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (MRU) a no ser que actúe sobre él una fuerza neta o resultante”.
• Lo que sentimos habitualmente al sufrir un cambio de reposo o MRU es la Inercia. Ej: coche, autobús, ascensor, …
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1.2. SEGUNDA LEY DE NEWTON
• La 2ª Ley de Newton conocida como ley fundamental de la dinámica, que describe lo que ocurre a un cuerpo al aplicarle una fuerza, esto se explica con el Momento lineal:
• “El momento lineal de un cuerpo es una magnitud
vectorial que es directamente proporcional a su masa y a su velocidad”.
Unidad del SI: Kg·m·s-1
p m v
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ENUNCIADO DE LA 2ª LEY DE NEWTON
• “Toda fuerza (neta o resultante) ejercida sobre un cuerpo provoca en este una variación temporal de su momento lineal”.
• Considerando la masa del cuerpo constante. • Se mide en Newton (N): Fuerza ejercida sobre un
cuerpo de 1 kg que le provoca una aceleración de 1m/s2.
neta neta
m vp vF m F m a
t t t
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EJEMPLO 2 DE LA PÁGINA 277
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CONSERVACIÓN DEL MOMENTO LINEAL
• Si sobre un objeto o sistema no actúa ninguna fuerza (externa) neta o resultante, su momento lineal permanecerá constante.
• Ejemplo: Conservación del momento lineal cuando chocan bolas de billar (Fext:Frozamiento)
neta
ΔpF = = 0 p = constante
Δt
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IMPULSO MECÁNICO • El impulso mecánico es el que se encarga de
hacer variar el momento lineal. Será útil cuando actúa poco tiempo.
• Ejemplo: Golpeo de una raqueta a una pelota de tenis.
ΔpF = I = F·Δt = Δp
Δt
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EJEMPLO 3 DE LA PÁGINA 278
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1.3. TERCERA LEY DE NEWTON
• LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN: “Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (acción), éste responde ejerciendo una fuerza de igual módulo, pero de sentido contrario (reacción)”.
Actúan en parejas y sobre objetos diferentes, por eso no se anulan. Ejemplo: Pelota que rebota contra una pared.
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EJEMPLO 5 DE LA PÁGINA 279
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2. INTERACIONES DE CONTACTO
• Las fuerzas de contacto requieren el contacto directo para que se produzcan.
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2.1. FUERZA NORMAL (N)
• La fuerza normal (N) es la fuerza de contacto con la que una superficie sostiene un cuerpo apoyado sobre ella. Siempre es perpendicular a dicha superficie de contacto.
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EJEMPLO 6 DE LA PÁGINA 280
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2.2. FUERZA DE ROZAMIENTO (FR)
• FUERZA DE ROZAMIENTO (FR) es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, oponiéndose al movimiento entre ellas. Tiene las siguientes características:
•Es paralela a las superficies de contacto. •Es proporcional a la fuerza ejercida. •Depende de la naturaleza de las superficies de contacto.
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• La fuerza de rozamiento entre sólidos:
FR=μ·N • μ : Coeficiente de rozamiento
• N : Fuerza normal.
• Existirán dos tipos de fuerzas de rozamiento: – Fuerza de rozamiento estático: Actúa cuando el
cuerpo no se desliza, aunque exista una fuerza externa.
FRMAXIMA= μestático·N
– Fuerza de rozamiento dinámico: Actúa cuando el cuerpo se desliza por la superficie.
FRd=μdinámico·N
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EJEMPLO 7 DE LA PÁGINA 281
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2.3. CUERPOS ENLAZADOS: TENSIÓN (T)
• La tensión (T) es la fuerza que se transmite a lo largo de una cuerda o cable cuando se ejerce una fuerza sobre uno de sus extremos.
• En éste ejemplo la fuerza la ejerce la bola verde con su peso (P=m·g).
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EJEMPLO 8 DE LA PÁGINA 282
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2.4. FUERZAS ELÁSTICAS: LEY DE HOOKE
• Los cuerpos elásticos son aquellos que se deforman por la acción de una fuerza, recuperando su forma posteriormente.
• LEY DE HOOKE: Una fuerza genera una deformación (desplazamiento:x) elástico de un objeto, siendo negativo porque el cuerpo se opone a la deformación.
elásticaF = - k · x
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EXPERIMENTO DE LA LEY DE HOOKE
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3. DINÁMICA DEL MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME (MCU)
• Circunferencia de radio R.
• Velocidad constante (dirección y sentido tangente a la trayectoria).
• Aceleración tangencial es nula.
• Aceleración centrípeta no es nula:
2
c
va
R
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2
c c
vF = m · a = m ·
R
3.1. FUERZA CENTRÍPETA
• La fuerza centrípeta es la fuerza neta ejercida sobre un objeto que describe un movimiento circular uniforme (MCU). Va dirigida desde el objeto hacia el centro de su trayectoria circular.
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EJEMPLO 10 DE LA PÁGINA 285
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4. DINÁMICA DE ROTACIÓN
Todo movimiento circular tiende a seguir rotando con su MCU constante (primera Ley de Newton) generando un momento angular o cinético.
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El Momento angular ( ) de una partícula de masa (m) y velocidad (v) es una magnitud vectorial con las siguientes características:
4.1. MOMENTO ANGULAR
• Módulo:
• Dirección: perpendicular al plano que
forman • Sentido: viene determinada por la ley
del sacacorchos: Sentido de avance de r a v. El momento angular (L) va hacia arriba.
L
r y v.
2·mL =r·p·sen =r·m·v·sen
Kg
s
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EJEMPLO 11 DE LAPÁGINA 286
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4.2. RELACIÓN ENTRE EL MOMENTO DE UNA FUERZA Y EL MOMENTO
ANGULAR
• Variación del momento angular (al cambiar el módulo de la velocidad) respecto del tiempo:
• α es el ángulo que forman los vectores
• Ecuación fundamental de la dinámica de rotación:
ΔL Δp = r· ·sen α
Δt Δt
r y v.
d LM
dt
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• Según la segunda ley de Newton, el cambio en el tiempo del momento lineal se debe a la acción de una fuerza neta sobre ele cuerpo.
• Quedando la variación del momento lineal:
• “Cuando existe un momento de fuerza sobre una partícula, el momento angular cambiará respecto al tiempo”.
p p
F Ft t
· ·L
M r F sen Mt
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• Cualquier partícula girando poseerá un momento angular.
• El momento de una fuerza y el momento angular están relacionados:
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4.3. CONSERVACIÓN DEL MOMENTO ANGULAR
• Si el momento resultante, respecto a un punto 0, de las fuerzas aplicadas a una partícula es nulo, el momento angular de a partícula respecto al punto 0 se conserva (permanece constante).
LM
t
M=0 0L
L ctet
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LEY DE CONSERVACIÓN DEL MOMENTO LINEAL
• Es una ley fundamental de la naturaleza, a nivel macroscópico como microscópico.
• Al plegar los brazos sobre sí misma la patinadora minimiza el momento angular provocando un aumento de velocidad de giro.
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EJEMPLO 12 DE LA PÁGINA 288
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PROBLEMAS RESUELTOS
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ESQUEMA
RESUMEN
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EJERCICIOS PROPUESTOS
• 1, 2, 3 Y 4 DE LA PÁGINA 289
• 5, 6, 7, 8, 9, 10 Y 11 DE LAS PÁGINAS 290 Y 291.
• 13, 14, 15, 16 DE LA PÁGINA 292.
• 19, 25, 26, 32, 33 Y 34 DE LA PÁGINA 293.
• 44, 45, 48, 49, 52 Y 54 DE LA PÁGINA 294.
• 57, 58, 60, 66 Y 67 DE LA PÁGINA 295.
![Page 46: FUERZAS Y MOVIMIENTO - iesalfonsox.es](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022071614/62d1548101f2e75f833f33f7/html5/thumbnails/46.jpg)
FIN DEL TEMA 11