teoria

1. FÍSICA
Pregrado
SESIÓN 06: LEYES DE NEWTON

2. Conflicto cognitivo
Basándote en el análisis
realizado de las fuerzas que
estudiamos anteriormente,
¿qué fuerzas actúan sobre la
Torre de Pisa?
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3. Logro de sesión
Al término de la sesión, el estudiante
resuelve problemas de mecánica
aplicando las leyes de Newton, de
manera sencilla y práctica.
LOGROS SESIÓN
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4. 4
Fuerza e interacciones
Fuerza es un empujón o un tirón. Una mejor definición es que una fuerza es
una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente
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5. 5
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6. 6
El uso de una flecha como vector para indicar la fuerza que ejercemos cuando a)
tiramos de un bloque con una cuerda, o b) lo empujamos con una vara.
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Superposición de fuerzas
La fuerza que actúa con un ángulo con
respecto al eje x, puede ser sustituida
por sus vectores componentes
rectangulares, Fx y Fy
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Fx y Fy son las componentes de
paralela y perpendicular a la
superficie del plano inclinado.
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9. Tres luchadores profesionales
pelean por el mismo cinturón de
campeonato. Vistos desde arriba,
aplican al cinturón las tres
fuerzas horizontales de la figura
4.8a. Las magnitudes de las tres
fuerzas sonF1=250 N, F2 =50 N y
F3=120 N. Obtenga las
componentes x y y de la fuerza
neta sobre el cinturón, así como
la magnitud y dirección de la
fuerza neta.
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Primera ley de Newton
Cuanto más resbaladiza sea la superficie, mayor será el desplazamiento del
disco después de que se le da una velocidad inicial. En una mesa de hockey
de aire c), la fricción es casi cero y el disco sigue con velocidad casi
constante
Primera ley del movimiento de Newton: un cuerpo sobre el que no actúa
una fuerza neta se mueve con velocidad constante (que puede ser cero) y
aceleración cero
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Para que esto se cumpla, cada componente de la fuerza neta debe ser cero, así que
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Segunda ley de Newton
Análisis de la relación entre la aceleración de un cuerpo y la fuerza neta que
actúa sobre éste (aquí, un disco de hockey sobre una superficie sin fricción).
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Para un cuerpo de cierta masa m, la magnitud de la aceleración del cuerpo es
directamente proporcional a la magnitud de la fuerza neta que actúa sobre el
cuerpo
Segunda ley del movimiento de Newton: si una fuerza externa neta actúa sobre un
cuerpo, éste se acelera. La dirección de aceleración es la misma que la dirección de la
fuerza neta. El vector de fuerza neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su
aceleración
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Un enunciado alterno establece que la aceleración de un cuerpo es la misma
dirección que la fuerza neta que actúa sobre él, y es igual a la fuerza neta
dividida entre la masa del cuerpo.
Uso de la segunda ley de Newton
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Una camarera empuja una botella de salsa de tomate con masa de 0.45 kg a la
derecha sobre un mostrador horizontal. 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. ¿Qué
magnitud y dirección tiene la fuerza de fricción que actúa sobre la botella?
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Tercera ley de Newton
Tercera ley del movimiento de
Newton: si el cuerpo A ejerce una
fuerza sobre el cuerpo B (una
“acción”), entonces, B ejerce una
fuerza sobre A (una “reacción”). Estas
dos fuerzas tienen la misma magnitud
pero dirección opuesta, y actúan
sobre diferentes cuerpos
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Las dos fuerzas de un par acción-reacción siempre actúan sobre cuerpos distintos
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Identificación de las fuerzas que actúan cuando un
hombre tira de una cuerda atada a un bloque
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Empleo de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio
El principio físico fundamental es la primera ley de Newton: si una partícula
está en reposo o se mueve con velocidad constante en un marco de
referencia inercial, la fuerza neta que actúa sobre ella es decir, la suma
vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella debe ser cero
Normalmente usaremos esta ecuación en forma de componentes
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Una gimnasta de masa mG = 50.0 kg se cuelga del extremo inferior de una
cuerda colgante. El extremo superior está fijo al techo de un gimnasio.
¿Cuánto pesa la gimnasta? ¿Qué fuerza (magnitud y dirección) ejerce la
cuerda sobre ella? ¿Qué tensión hay en la parte superior de la cuerda?
Suponga que la masa de la cuerda es despreciable
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Un motor de peso w cuelga de una cadena unida mediante un anillo O a otras
dos cadenas, una sujeta al techo y la otra a la pared. Calcule las tensiones en las
tres cadenas en términos de w. Los pesos de las cadenas y el anillo son
despreciables.
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Se están sacando bloques de granito de una cantera por una pendiente de 15°. Por
razones ecológicas, también se está echando tierra en la cantera para llenar los
agujeros. Para simplificar el proceso, usted diseña un sistema en el que una cubeta
con tierra (de peso w2 incluida la cubeta) tira de un bloque de granito en un carro
(peso wl incluido el carro) sobre rieles de acero, al caer verticalmente a la cantera
(figura 5.5a).
Determine qué relación debe haber entre w1 y w2 para que el sistema funcione
con rapidez constante. Ignore la fricción en la polea y en las ruedas del carro, y el
peso del cable
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Empleo de la segunda ley de Newton: Dinámica de partículas
Ahora podemos analizar problemas de dinámica, donde aplicamos la segunda
ley de Newton a cuerpos sobre los cuales la fuerza neta no es cero, de manera
que los cuerpos no están en equilibrio sino que tienen aceleración. La fuerza
neta es igual a la masa del cuerpo multiplicada por su aceleración:
Normalmente usaremos esta relación en su forma de componentes:
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Un velero para hielo descansa en una superficie horizontal sin fricción (figura
5.7a). Sopla un viento constante (en la dirección de los patines del trineo), de
modo que 4.0 s después de soltarse el velero adquiere una velocidad de 6.0 m/s
¿Qué fuerza constante F ejerce el viento sobre el velero? La masa total del
velero más el tripulante es de 200 kg.
Suponga que hay una fuerza de fricción
horizontal constante con magnitud de 100 N
que se opone al movimiento del velero En
este caso, ¿qué fuerza FW debe ejercer el
viento sobre el velero para producir la misma
aceleración constante ax = 1.5 m/s2?
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Un deslizador de masa ml se mueve sobre un riel de aire horizontal, sin fricción,
en el laboratorio de física. El deslizador está conectado a una pesa de masa m2
mediante un cordón ligero, flexible e inelástico que pasa por una pequeña
polea sin fricción. Calcule la aceleración de cada cuerpo y la tensión en el
cordón
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Fuerzas de fricción
El tipo de fricción que actúa cuando un
cuerpo se desliza sobre una superficie es la
fuerza de fricción cinética El adjetivo
“cinética” y el subíndice “k” nos recuerdan
que las dos superficies se mueven una
relativa a la otra. La magnitud de esta fuerza
suele aumentar al aumentar la fuerza
normal.
En muchos casos, la magnitud de la
fuerza de fricción cinética fk experimental
es aproximadamente proporcional a la
magnitud n de la fuerza normal. En tales
casos, representamos la relación con la
ecuación
Las fuerzas normal y de fricción surgen de interacciones entre moléculas en puntos
intermedios entre las superficies del bloque y del piso
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Usted intenta mover una caja de 500 N por un piso horizontal. Para comenzar a
moverla, debe tirar con una fuerza horizontal de 230 N. Una vez que la caja “se
libera” y comienza a moverse, puede mantenerse a velocidad constante con sólo
200 N. ¿Cuáles son los coeficientes de fricción estática y cinética?
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