DINMICA, FUERZA Y MOVIMIENTO

Bastidas. E, Chitiva. P, Gallo. J, Mayorga.Y11Estudiantes de Ingeniera Ambiental, Fisica Mecnica, Segundo semestre, Universidad Santo Tomas.

RESUMENEn este trabajo se mostrara como la cinemtica describe el movimiento de los cuerpos, pues se concentra en variables como posicin, velocidad y aceleracin. La descripcin de un movimiento consiste en saber cul es la posicin de la partcula en cada instante de tiempo. Se realizo diferentes movimientos con diferentes objetos practicando los conceptos vistos en clase.Palabras claves: Fuerza, Movimiento, Aceleracin.

ABSTRACTIn this work it was appearing as the kinematics it describes the movement of the bodies, since it centers in variables as position, speed and acceleration. The description of a movement consists of knowing which is the position of the particle in every instant of time. I realize different movements with different objects practising the concepts seen in class.Keywords: Force, Movement, Acceleration.

INTRODUCCINLa fuerza se define como la accin de empujar un cuerpo generando en este movimiento y deformacin, existen varios tipo de fuerzas entre estos esta la fuerza normal, la fuerza de rozamiento, y tensin. En este laboratorio virtual por medio de un simulador se analiz las fuerzas ejercidas en diferentes objetos y contextos. Teniendo en cuenta la relacin entre las fuerzas, la aceleracin y la velocidad.

OBJETIVOSGeneralMejorar la comprensin de los ejes temticos, utilizando como herramienta el software interactivo, el cual sirve como mediador para facilitar el proceso de enseanza-aprendizaje.

Especficos Comprender los conceptos cinemticos bsicos Analizar el movimiento de proyectiles con diferente ngulo de tiro

MARCO TERICOLa fuerza de rozamientoes una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto, existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que estn en contacto hablamos entonces defuerza de rozamiento esttica. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequea, el armario no se mover, esto es debido a la fuerza de rozamiento esttica que se opone al movimiento si aumentamos la fuerza con la que empujamos llegar un momento en que superemos est fuerza de rozamiento y ser entonces cuando el armario se pueda mover, tal como podemos observar en la (Figura 1) (MERIAM & KRAIGE, 1998).

Figura 1. Fuerza de Rozamiento.

Las fuerzas de friccin estticas que se produce por la interaccin entre las irregularidades de las dos superficies se incrementarn para evitar cualquier movimiento relativo hasta un lmite donde ya empieza el movimiento, ese umbral del movimiento est caracterizado por el coeficiente de friccin esttica, el coeficiente de friccin esttica, es tpicamente mayor que el coeficiente de friccin cintica (BEDFORD & FOWLER , 2000).No se puede caracterizar de manera simple la distincin entre los coeficientes esttico y cintico de friccin, se trata de un aspecto del "mundo real", la experiencia comn de un fenmeno, la diferencia entre los coeficientes estticos y cinticos obtenidos en los experimentos simples, como bloques de madera deslizndose sobre pendientes de madera, sigue ms o menos el modelo representado en lacurva de friccin que se ilustra arriba, de donde se ha extrado, esta diferencia puede surgir de las irregularidades, contaminantes de las superficies, etc., que desafan una descripcin precisa, cuando estos experimentos se llevan a cabo con bloques de metal suave, que se limpian cuidadosamente, la diferencia entre los coeficientes esttico y cintico tiende a desaparecer, cuando en una determinada combinacin de superficies, se citan coeficientes de friccin, generalmente est referido al coeficiente de friccin cintica, por ser el nmero ms fiable tal como se observa en la (Figura 2) (L., L., & G, 1999). Figura 2. Friccin Esttica La friccin cintica ocurre cuando dos superficies se mueven una respecto de la otra, la resistencia de friccin es casi constante, para un amplio rango de velocidades bajas, y en el modelo estndar, la fuerza de friccin, est descrita por la relacin de abajo. Elcoeficiente tpicamente es menor que el coeficiente defriccin esttica, reflejando la experiencia comn, de que es ms fcil mantener algo en movimiento a lo largo de una superficie horizontal, que iniciar el movimiento desde el reposo como se observa en la (Figura 3) (GALVEZ, LOPEZ , LLOPIS, & RUBIO, 1998).

Figura 3. Friccin Cintica.

METODOLOGAPara la realizacin de esta prctica fue necesario el software interactivo PHET, en el cual se realizo una simulacin de fuerzas y movimiento de diferentes cuerpos, con el fin de poner en prctica todos los conceptos de dinmica, anteriormente vistos en clase.

ANLISIS y RESULTADOS1. Empujar un archivador a travs de la habitacin.a. Describa con palabras e imgenes todas las fuerzas que estn actuando sobre el archivador en cada escena. Escena 1: Sin empujar El archivador esta en reposo sobre una superficie horizontal como se muestra en la (Figura 4), las nicas fuerzas que actan sobre l, son la fuerza gravitacional y la fuerza normal.

Figura 4. Archivador en reposo.Escena 2: Empujando pero sin que se mueva el archivador El archivador sigue en reposo como se muestra en la (Figura 5); siguen actuando la fuerza normal y la fuerza gravitacional, adicionalmente aparece la fuerza de friccin.

Figura 5. Archivador empujado pero sin moverse.Escena 3: Empujando el archivador y movindose En esta escena adems de seguir actuando la fuerza normal, la fuerza gravitacional y la fuerza de friccin, tambin aparece actuando la fuerza aplicada quien es la que permite que el archivador se mueva, como se observa en la (Figura 6).

Figura 6. Archivador empujado y movindose.b. Por qu cree usted que el archivador se mueve en la escena 3, pero no en las escenas 1 o 2?A diferencia de la escena 1 y 2 en donde las nicas fuerzas que actan son la normal y la gravitacional, el archivador se mueve en la escena 3 debido a que la fuerzaaplicada acta directamente sobre ste, en la misma direccin y sentido de la aceleracin del objeto contra las otras fuerzas resistente.

c. Si el suelo est cubierto de hielo, cmo cambia el movimiento del archivador?Al empujar el archivador sobre el suelo cubierto de hielo, su movimiento ser mayor y el archivador se deslizara mucho ms lejos antes de parar. Esto se debe a que el suelo cubierto de hielo ejerce menos friccin que el piso de madera, por lo tanto el archivador logra moverse ms lejos. Si se eliminara totalmente la fuerza de friccin, el archivador nunca se frenara y no se necesitara fuerza alguna para mantenerlo en movimiento.3. Que se necesita para que el archivador inicie su movimiento?

Para que el archivador inicie su movimiento se necesita la fuerza de friccin o fuerza de rozamiento ya que el hombre empuja el archivador y provoca un rozamiento entre las dos superficies. 4. Compare la flecha de la fuerza aplicada con la de la flecha de friccin.

a. Qu es similar?Comparando la flecha de friccin con la flecha de la fuerza aplicada, se observan dos vectores con una magnitud similar.

b. Qu es diferente? Entre estos vectores es diferente el sentido y su direccin. En la tercera ley de Newton o Ley de accin y reaccin se Expone que por cada fuerza que acta sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de direccin contraria sobre el cuerpo que la produjo.

5. Use las respuestas del numeral anterior para diferenciar entre la fuerza aplicada y la fuerza de friccin en cada escena.En la escena 1 donde no se empuja el archivador, las dos fuerzas son nulas, ya que el objeto esta en reposo, en la escena 2 donde el archivador es empujado pero no se mueve, las fuerzas son iguales por lo tanto el objeto no se mueve y en la escena 3 donde el archivador es empujado y se mueve, hay ms fuerza aplicada que la de friccin, lo cual hace que el objeto entre en movimiento.

Diferenciar entre la fuerza aplicada, la friccin y la fuerza resultante.6. Qu hace la fuerza de friccin?

La fuerza de friccin aparece cuando todo cuerpo se mueve sobre la superficie de otro, en este caso aparece cuando el archivador es corrido por la persona y roza sobre el piso. Lo que hace esta fuerza es oponerse al movimiento entre ambas superficies de contacto.

7. Aplique la suficiente fuerza para mover el archivador. a. Qu le sucede a la fuerza de friccin cuando se deja de aplicar fuerza? Si se deja de empujar, el archivador deja de deslizarse despus de moverse una corta distancia debido a que la fuerza de friccin retarda su movimiento.

b. Qu le sucede a la fuerza de friccin, si el archivador no se mueve? Si el archivador no se mueve, la fuerza de friccin desaparece porque al estar el cuerpo en reposo no existir movimiento.

8. Cmo hara: a. Para describir la fuerza de friccinLa fuerza de friccin es proporcional a la carga o fuerza normal F = N, es independiente del rea de deslizamiento, por esta razn objetos grandes y pequeos del mismo materiales, presentan el mismo coeficiente de friccin.

b. Para describir la fuerza aplicada Si el cuerpo A (persona) ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (archivador), entonces B ejerce una fuerza sobre A. Estas fuerzas tienen la misma magnitud pero direccin opuesta y actan sobre diferentes cuerpos.

9. Usted tiene que mover un objeto nuevo. Cmo es su movimiento con respecto al archivador? Se movi un perro para detallar como era su movimiento respecto al archivador y se observo que su movimiento era ms rpido, debido a su peso y a la diferencia de material de los dos cuerpos.

10. Diagramar la flecha de fuerza total para los distintos casos.Escena 1

Figura 7. Usted no empuja Escena 2

Figura 8. Usted empuja pero el perro no se mueve

Escena 3

Figura 9. Usted empuja y el perro se mueve11. Encuentre tres formas distintas de hacerle cambio a la flecha de la fuerza resultante, haga una lista ac.

12. En sus propias palabras, cul es la fuerza resultante? Cuando se tiene ms de una fuerza actuando sobre un objeto se saca una fuerza resultante la cual es la suma de todas las fuerzas que se presentan en el objeto vectorialmente; en este caso la fuerza normal, la fuerza de friccin, la fuerza de aplicacin y la fuerza de la gravedad.

13. Para cada caso, diagramar la flecha de la Fuerza resultante. Escriba la direccin que piensa usted que el objeto se va a mover y si va a acelerar o frenar. a. La direccin del archivador es a la derecha ya que la fuerza aplicada va hacia esta direccin como se observa en la (Figura 10), su aceleracin va ligada a la fuerza ejercida por la persona y a la fuerza de friccin.

Figura 10. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en el archivador

b. La direccin de la caja va hacia la izquierda donde se encuentra la fuerza de aplicacin como se observa en la (Figura 11) y su aceleracin depende de la fuerza aplicada y a la opuesta que es la fuerza de friccin

Figura 11. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en la cajac. La direccin de la nevera va hacia la izquierda donde se encuentra la fuerza de aplicacin como se observa en la (Figura 12), la nevera va a acelerar segn la fuerza que es ejercida por la persona y la fuerza de friccin; en este caso es muy mnima ya que la nevera posee gran peso

Figura 12. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en la nevera

14.a. Dar a el perro dormido un poco de fuerza

Figura 10. Diagrama de dar fuerza

b. Dar al perro dormido una gran fuerza

Figura 11. Diagrama de dar gran fuerza

15. Con las respuestas a la pregunta anterior, qu puede afirmar sobre la relacin de la fuerza aplicada y la aceleracin?

CONCLUSIONESUn cuerpo en reposo (en contacto con otra superficie) experimenta un cambio en la cantidad de movimientos cuando se le aplica una fuerza mayor que la fuerza de rozamiento esttico. En este informe se logro ver las diferentes fuerzas que actuaron sobre el archivador dependiendo el escenario.