1. FUERZA Y MOVIMIENTO
COMPILADO POR: Dra. ZULLY CARVACHE FRANCO, MSc.

2. LOS CONCEPTOS DE FUERZA Y FUERZA
NETA

3. EL CONCEPTO DE FUERZA
 Cuando relacionamos al movimiento con las causas que
lo producen estamos en el campo de la Física
denominado la Dinámica.
 Donde aparecerán dos conceptos que son la Fuerza y la
Inercia.
 Cuando empujamos o halamos una caja que está sobre
el piso decimos que ejercemos una fuerza sobre la caja
la cual produce un movimiento de la misma. Esto nos da
una idea intuitiva de los que es una fuerza.
 “La fuerza es algo que puede producir el cambio del
estado de movimiento de un cuerpo”.

4. CARACTERÍSTICAS DE LA FUERZA
INTERACCION
 Vemos que es necesario para que la fuerza se manifieste que
exista la interacción entre dos o más cuerpos, un cuerpo sólo no
puede ejercer una fuerza.

5. CARACTERÍSTICAS DE LA FUERZA
CONTACTO Y A DISTANCIA
 La interacción entre los cuerpos en donde se manifiesta la
presencia de una fuerza no necesariamente requiere del
contacto de los cuerpos, esta interacción también puede ser a
distancia como en el caso de la acción de la gravedad.

6. CARACTERÍSTICAS DE LA FUERZA
FUERZA-ACELERACIÓN
 La fuerza puede sacar del reposo a un cuerpo, acelerarlo o
desacelerarlo, es decir producir un cambio en la velocidad
del cuerpo. La variación de la velocidad con respecto al
tiempo la hemos definido como la aceleración.

7. CARACTERÍSTICAS DE LA FUERZA
FUERZA VECTOR
 Si la fuerza produce una aceleración que es una magnitud
vectorial la fuerza también tiene que tener una naturaleza
vectorial. Por lo que la fuerza debe tener la misma dirección
que la aceleración.

8. CARACTERÍSTICAS DE LA FUERZA
DEFORMACION
 El efecto de una fuerza también podría causar una deformación del
cuerpo y no su movimiento, pero esta deformación es un cambio en su
distribución molecular lo que implica un movimiento y la presencia de
una aceleración.

9. FUERZA NETA O FUERZA RESULTANTE
 Sobre un cuerpo no necesariamente está actuando una sola fuerza,
por lo que tendríamos que realizar la suma vectorial de todas las
fuerzas que actúan sobre el cuerpo, para obtener la fuerza
resultante, conocida como fuerza neta. Si esta es cero no se
producirá ningún cambio del estado de movimiento del cuerpo y si
es diferente de cero producirá una aceleración en el cuerpo en la
misma dirección de la fuerza resultante.

10. FUERZA NO EQUILIBRADA
 Cuando existe una fuerza neta actuando sobre un cuerpo
decimos que es una fuerza no equilibrada por lo que el
cuerpo experimenta un cambio en su velocidad.

11. INERCIA Y LA PRIMERA LEY DE
MOVIMIENTO DE NEWTON

12. VISIÓN ARISTOTÉLICA DEL MOVIMIENTO
 El estado natural de los cuerpos terrestres es el
estado de reposo.
 Los cuerpos terrestres se mueven cuando una fuerza
es aplicada sobre ellos.
 Cuando la fuerza aplicada sobre el cuerpo en
movimiento cesa, el cuerpo vuelve a su estada
natural que es el de reposo.
 El estado natural de los cuerpos celestes es el
estado de movimiento.
 La tierra es el centro del Universo.

13. VISIÓN GALILEANA DEL MOVIMIENTO
 Las experiencias de Galileo sirvieron de base para el enunciado de la
primera ley del movimiento.
 Por la dificultad de recolectar los datos usando los experimentos en caída
libre, Galileo ideo un experimento utilizando planos inclinados.
 Al dejar rodar una esfera entre dos planos inclinados de diferente
inclinación observo: que al reducir la fuerza de fricción ejercida por el
plano sobre la esfera esta alcanzaba prácticamente la misma altura en
ambos planos recorriendo una mayor distancia en el plano de menor
inclinación.

14.  Cada vez que la inclinación del plano disminuía la esfera
recorría una mayor distancia hasta alcanzar la misma altura.
Infiriendo que con una superficie plana y lisa ideal la esfera
seguiría rodando indefinidamente con un movimiento
rectilíneo uniforme pues no habría nada que le hiciera cambiar
su movimiento.
 Concluyó indicando que si un cuerpo está en movimiento
continuará en movimiento o si esta en reposo solo saldrá de él
cuándo algo le haga cambiar su estado de movimiento.

15. INERCIA
 A esta tendencia de los objetos de mantenerse en el estado actual de
movimiento o de reposo la denominó Inercia
 Newton relacionó los conceptos de masa e inercia indicando que la masa
es una medida cuantitativa de la inercia y es una propiedad de un cuerpo.

16. EQUILIBRIO
 Cuando no existen fuerzas externas actuando sobre un cuerpo o cuando
la suma vectorial de las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo es
cero.
 Dicho de otra manera, cuando la fuerza resultante externa que actúa
sobre un cuerpo es cero, el cuerpo se encuentra en estado de equilibrio.
 Y en ese estado de equilibrio el cuerpo puede estar en reposo o
moviéndose con velocidad constante en línea recta.

17. PRIMERA LEY DEL MOVIMIENTO DE
NEWTON – LEY DE LA INERCIA.
 “Cuando la resultante de las fuerzas externas que actúan
sobre un cuerpo es cero, un cuerpo en reposo permanecerá
en reposo y un cuerpo en movimiento permanecerá en
movimiento con velocidad constante (rapidez y dirección
constante)”

18. SISTEMAS DE REFERENCIA INERCIAL
 Esta ley se cumplirá para cualquier sistema de referencia inercial, un
sistema de referencia es inercial cuando se encuentra en reposo o se
mueve con velocidad constante con respecto a un observador.
 Ningún sistema de referencia inercial será preferible con respecto a
otro sistema de referencia inercial. Las leyes físicas se cumplirán por
igual en ambos sistemas.

19. APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE
MOVIMIENTO DE NEWTON
Determinar los valores de las tensiones T1, T2 y T3 para las dos
configuraciones mostradas:
Configuración a.-
Condiciones de equilibrio :

20. APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE
MOVIMIENTO DE NEWTON
Determinar los valores de las tensiones T1, T2 y T3 para las
dos configuraciones mostradas:
Configuración b.-
Condiciones de equilibrio :

21. TALLER DE LA PRIMERA LEY DE NEWTON
La masa esta relacionada:
a) Con el peso de un objeto.
b) Con su inercia.
c) Con su densidad.
d) Con todas las opciones anteriores.

22. Si un objeto se mueve a velocidad constante:
a) Debe haber una fuerza en la dirección de la velocidad.
b) No debe haber fuerza en la dirección de la velocidad.
c) No debe haber fuerza neta.
d) Debe haber una fuerza neta en la dirección de la velocidad.

23. Si la fuerza neta sobre un objeto es cero, el objeto podría:
a) Estar en reposo.
b) Estar en movimiento a velocidad constante.
c) Tener aceleración cero.
d) Todo lo anterior.

24. La fuerza requerida para mantener un cohete
moviéndose a una velocidad constante en el espacio
lejano es:
a) Igual al peso de la nave.
b)Dependiendo de la rapidez con la que se mueva la
nave.
c) Igual a la que generan los motores del cohete a media
potencia.
d)Cero.

25.  Si un objeto está en reposo, no puede haber fuerzas
actuando sobre él, ¿Es correcta esta afirmación?,
explique.
 Si la fuerza neta sobre un objeto es cero, ¿Podemos
concluir que el objeto está en reposo?, explique.
 Un objeto pesa 300N en la Tierra y 50N en la Luna,
¿El objeto también tiene menos Inercia en la Luna?

26.  Si un objeto está en reposo, no puede haber
fuerzas actuando sobre él, ¿Es correcta esta
afirmación?, explique.
 Si la fuerza neta sobre un objeto es cero, ¿Podemos
concluir que el objeto está en reposo?, explique.
 Un objeto pesa 300N en la Tierra y 50N en la Luna,
¿El objeto también tiene menos Inercia en la Luna?

27. El sistema mostrado en la figura se encuentra en
reposo, determine el valor de la tensión de la cuerda
que sujeta al cuerpo de masa m2 en función de las
masas y el ángulo.

28. LA SEGUNDA LEY DE
MOVIMIENTO DE NEWTON

29. SEGUNDA LEY DE NEWTON
 Cuando se observa desde un sistema inercial, la aceleración
de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta
que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa
 La fuerza es la causa del cambio en el movimiento, como se
mide por la aceleración
 Algebraicamente, SF = m a

30. Análisis de la relación entre la aceleración de un cuerpo y la
fuerza neta que actúa sobre este

31. La conclusión es que una fuerza neta que actúa
sobre un cuerpo hace que este acelere en la
misma dirección que la fuerza neta.
Si la magnitud de la fuerza neta es constante,
como en las figuras b y c, también lo será la
magnitud de la aceleración.

32. Estas conclusiones sobre fuerza neta y
aceleración también son validas para un cuerpo
que se mueve en trayectoria curva.

33. Muchos experimentos
semejantes muestran
que para un cuerpo
dado, la magnitud de la
aceleración es
directamente
proporcional a la
magnitud de la fuerza
neta que actúa sobre
el.

34. Hay al menos cuatro aspectos de la segunda
ley de Newton que merecen atención
especial.
•Primero, la ecuación F=m.a es vectorial.
•Segundo, el enunciado de la segunda ley de
Newton se refiere a fuerzas externas, es
decir, fuerzas ejercidas sobre el cuerpo por
otros cuerpos de su entorno. Un cuerpo no
puede afectar su propio movimiento
ejerciendo una fuerza sobre si mismo; si
fuera posible, podríamos levantarnos hasta
el techo tirando de nuestro cinturón

35. •Tercero, las ecuaciones F=m.a solo son validas si la
masa m es constante. Es fácil pensar en sistemas con
masa cambiante, como un camión tanque con fugas, un
cohete o un vagón de ferrocarril en movimiento que se
carga con carbón; no obstante, tales sistemas se manejan
mejor usando el concepto de cantidad de movimiento.
•Cuarto, la segunda ley de Newton solo es válida en
marcos de referencia inerciales, al igual que la primera.

36.  La aceleración es un resultado de una fuerza neta distinta de
cero; no es una fuerza por si misma. Es “sentido común” pensar
que hay una “fuerza de aceleración” que nos empuja contra el
asiento cuando nuestro automóvil acelera hacia delante desde
el reposo; pero no existe tal fuerza; más bien, nuestra inercia
nos hace tender a permanecer en reposo con respecto a la
Tierra, y el auto acelera a nuestro alrededor. Esta confusión
surge por aplicar la segunda ley de Newton donde no es válida:
en un marco de referencia no inercial de un automóvil en
aceleración.

37. Más información sobre la Segunda Ley de
Newton
 SF es la fuerza neta
 Esta es la suma vectorial de todas las fuerzas que
actúan sobre el objeto
 Segunda Ley de Newton se puede expresar en
términos de componentes:
 SFx = m ax SFy = m ay SFz = m az

38. Unidades de fuerza en S.I.

39. La fuerza de gravedad
 La fuerza de gravedad, FG, es la fuerza que la tierra ejerce
sobre un objeto
 Esta fuerza está dirigida hacia el centro de la tierra
 Su magnitud se llama el peso del objeto
 Peso = | FG | = mg

40.  Debido a que es dependiente de g, el peso varía con
la localización
 g, y por lo tanto el peso, es menor a mayores
altitudes
 El peso no es una propiedad inherente del objeto

41. Masa gravitacional vs masa inercial
 En las Leyes de Newton, la masa es la masa
inercial y mide la resistencia a un cambio en el
movimiento del objeto
 En la fuerza de la gravedad, la masa es la
determinación de la atracción gravitacional entre
el objeto y la Tierra
 Los experimentos muestran que la masa
gravitacional y la masa inercial tienen el mismo
valor

42. El peso de un cuerpo es una fuerza que nos es
familiar: es la fuerza con que la Tierra atrae al
cuerpo.
La masa caracteriza las propiedades inerciales de
un cuerpo; es lo que mantiene a la vajilla en la
mesa cuando sacamos el mantel de un tirón. A
mayor masa, se necesitara mas fuerza para causar
una aceleración; esto se refleja en la segunda ley
de Newton.

43. CUIDADO El peso de un cuerpo actúa en todo momento Es
importante entender que el peso de un cuerpo actúa sobre
el cuerpo todo el tiempo, este en caída libre o no.
Si colgamos un objeto de una
cadena, está en equilibrio y su
aceleración es cero, pero su
peso, dado por la ecuación W=m.a
sigue tirando hacia abajo sobre el. En
este caso, la cadena tira del objeto
hacia arriba con una fuerza
ascendente. La suma vectorial de las
fuerzas es cero, pero el peso continuo
actuando.

44. El peso de una
masa de 1
kilogramo
a) en la Tierra y
b) en la Luna.

46. Los objetos que experimentan una fuerza
neta
 Si un objeto que puede ser modelado como una partícula
experimenta una aceleración, debe existir una fuerza
distinta de cero neta que actúa sobre él.
 Dibuje un diagrama de cuerpo libre
 Aplicar la segunda ley de Newton en forma de
componentes

47. Ejemplo
 Las fuerzas que actúan sobre la caja:
 Una tensión, la magnitud de la fuerza T
 La fuerza gravitatoria, Fg
 La fuerza normal, n, ejercida por el suelo

48.  Aplicar la segunda ley de Newton en forma de
componentes:
 Resolver la incógnita (s)
 Si T es constante, entonces a es constante y las
ecuaciones cinemáticas se puede utilizar para describir
más completamente el movimiento de la caja
x xF T ma 
0y g gF n F n F    

49. Resolución de problemas Sugerencias
 Conceptualizar el problema - dibujar un diagrama
 Categorizar el problema
 Equilibrium (SF = 0) o Segunda Ley de Newton (SF = m
a)
 analizar
 Dibujar diagramas de cuerpo libre para cada objeto
 Incluir únicas fuerzas que actúan sobre el objeto

50.  Analizar
 Establecer un sistema de coordenadas
 Esté seguro que las unidades sean coherentes
 Aplicar la ecuación apropiada (s) en forma de
componentes
 Resolver la incógnita (s)
 finalizar
 Comprueba tus resultados por coherencia con su
diagrama de cuerpo libre
 Comprobar los valores extremos

51. Ejemplo 1: Un trabajador aplica una fuerza horizontal constante con
magnitud de 20 N a una caja con masa de 40 kg que descansa en un
piso plano con fricción despreciable. .Que aceleración sufre la caja?

52. Ejemplo 2: Una camarera empuja una botella de salsa de tomate con
masa de 0.45 kg a la derecha sobre un mostrador horizontal liso. Al
soltarla, la botella tiene una rapidez de 2.8 m/s, pero se frena por la
fuerza de fricción horizontal constante ejercida por el mostrador. La
botella se desliza 1.0 m antes de detenerse. .Que magnitud y
dirección tiene la fuerza de fricción que actúa sobre la botella?

53. Ejemplo 3: Se dejo caer una moneda de un euro desde la Torre
Inclinada de Pisa. Si suponemos caída libre, con efectos despreciables
de la fricción con el aire, .como varia la fuerza neta sobre la moneda
conforme esta cae?
La fuerza neta sobre
una moneda en caída
libre es constante
incluso si inicialmente
se lanza hacia arriba

54. Ejemplo 4: Un Rolls-Royce Phantom de 2.49 x 10^4 N que viaja
en la dirección x se detiene abruptamente; la componente x de
la fuerza neta que actúa sobre él es -1.83 x 10^4 N. Que
aceleración tiene?

55. TALLER
Segunda Ley de Newton actividades de
conceptualización y refuerzo (retroalimentación)

56. Problema 1
 La posición de un cuerpo que parte del reposo y se mueve
rectilíneamente, cambia con el tiempo como se indica en la
figura. Si la masa del cuerpo es 2kg, la componente en x de la
fuerza neta ejercida sobre el cuerpo es:
 3 N d) 24 N
 6 N e) Distinta de las anteriores
 9 N

57. Problema 2
 Un niño tira de una caja de 30 Kg. con una fuerza de 25N en la
dirección que se muestra en la figura. Sin considerar la
fricción, ¿qué aceleración tiene la caja?
Solución (a)

58. Problema 3
 Una fuerza de 35 N, a 20º sobre la horizontal, es aplicada a un
objeto de 9.0 kg que reposa sobre una superficie horizontal.
Calcule el valor de la reacción normal de la superficie hacia el
cuerpo.
a) 88.2 N
b) 11.97 N
c) 100 N
d) 76.23 N
e) 64.26 N

59. Problema 4
 Un coche sube por impulso (motor apagado) por una pendiente
de 30o. Si en la base de la pendiente su rapidez era de 25 m/s
¿Qué distancia recorre antes de detenerse?
 (a) 31.9 m
 (b) 1.27 m
 (c) 63.8 m
 (d) 2,55 m
 (e) 25.0 m

60. Problema 5
 Una lámpara de masa M cuelga desde el tumbado de un
elevador. El elevador viaja hacia arriba con velocidad
constante. La tensión en la cuerda es:
a. igual a Mg
b. Menor que Mg
c. Mayor que Mg
d. Imposible de determinar
e. Cero

61. Problema 6
 La II ley de Newton puede ser enunciada como ¿cuál de las
siguientes alternativas?
a. Para toda acción siempre hay una reacción igual opuesta
b. La fuerza es directamente proporcional a la aceleración que
produce.
c. Un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo siempre y
cuando no actué otra fuerza sobre el
d. Las fuerzas de acción y reacción se cancelan mutuamente.
e. Ninguna respuesta es correcta

62. Problema 7
 Si dos fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo, la fuerza
resultante será mayor cuando el ángulo entre ellas sea
a. 0º
b. 45º
c. 90º
d. 180º
e. 270º