Fuerzas.pptx Concepto de fuerzas y las leyes de Newton como consecuencia de la conservación de la cantidad de movimiento

1. Fuerzas

2. La 1ª Ley de Newton
y la Fuerza Neta

3. ¿Qué es un Newton?
Unidad de fuerza
N = kg × m/s2
*Una manzana pesa
alrededor de 1 N 1 N

4. Vector vs Escalar
Cantidades vectoriales Cantidades escalares
Desplazamiento
Velocidad
Fuerza
Distancia
Rapidez
Energía
Puede ser negativo
para indicar el sentido
Solo positivo

5. Primera ley de Newton
Un cuerpo permanecerá en reposo o
moviéndose con velocidad constante a
menos que actúe sobre él una FUERZA
NETA
“Ley de
Inercia”

6. Fuerza neta
La suma vectorial de todas
las fuerzas que actúan
sobre un objeto
20 N
10 N
Fneta= 22 N
8 N

7. Equilibrio
Cuando todas las fuerzas
se cancelan, el objeto está
en equilibrio
20 N
10 N
Fnet = 0 N
30 N

8. Uso del equilibrio
¿Cuál es la fuerza de tensión
en el segundo cable si los
limpiaparabrisas están en
equilibrio? 𝐹𝑛𝑒𝑡a = 0 N
1350 + 𝑇 − 750 − 900 − 800 = 0 N
Peso del hombre#1 = 750 N
Peso del hombre#2 = 800 N
Peso de la plataforma= 900 N
𝑇 = 1100 N

9. ¿Qué es la Fuerza Neta? | 1
10 N 14 N
11 N
11 N
Fneta = 4 N

10. 4 N
3 N
¿Qué es la Fuerza Neta? | 2
10 N 14 N
11 N
8 N
Fneta = 5 N
4
3
5

11. ¿Qué es la Fuerza Neta? | 3
10 N
30°
x
20 N
y
x = 20 cos(30) = 17.3 N
y = 20 sen(30) = 10 N
10 N
17.3 N
10 N
Fneta= 17.3 N
Recordar SOHCAHTOA

12. ¿Cuál es la Fuerza Faltante?
45°
45°
Fneta= 0 N
x
35.4 N
x
35.4 N
y
35.4 N
y
35.4 N
F
35.4 N
35.4 N
35.4 N
35.4 N
F = 70.8 N
x = 50 cos(45) = 35.4 N y = 50 sen(45) = 35.4
N

13. Tensión
300 N
30°
150 N
30°
F
30°
¿Cuál es la tensión de estos cables?
Cada cable debe soportar la mitad de la fuerza
vertical si el peso se distribuye uniformemente
FT sen(30) = 150
N FT = 300 N
300 N
300 N 300 N

14. 2ª Ley de Newton

15. ¿Qué es Cantidad de Movimiento?
Tendencia de un objeto a seguir
moviéndose
Cantidad de movimiento = m × v

16. Segunda ley de Newton
El cambio del momento de un cuerpo es
directamente proporcional a la fuerza neta que
actúa sobre ese cuerpo y tiene lugar en la misma
dirección y el mismo sentido.
𝐹𝑛𝑒𝑡 =
𝑣 = 𝑢 + 𝑎𝑡
𝑣 − 𝑢
𝑎 =
𝑡
𝐹𝑛𝑒𝑡 = 𝑚𝑎
𝑚𝑣 − 𝑚𝑢 𝑣 − 𝑢
𝑡 𝑡
= 𝑚 = 𝑚𝑎

17. Segunda ley de Newton
Fuerza = masa × aceleración
Símbolos
Unidad
N = kg × m/s2
F = m × a

18. 2ª Ley | Ejemplo #1
Su motocicleta tiene un motor capaz de 2450 N de
fuerza. Si tiene una aceleración máxima de 15
m/s2, ¿cuál es su masa en kilogramos?
𝐹 = 2450 N 𝐹 = 𝑚𝑎
𝑎 = 15 m/s2
𝑎
𝑚 = 163 kg
𝐹 2450
𝑚 = =
15

19. 2ª Ley | Ejemplo #2
200 N
400 N
100 N
𝐹 500 N
𝑎 = = = 𝟓 𝐦/𝐬𝟐
𝑚 100 kg
¿Cuánto acelera un bloque de 100kg ?
400 N
600 N
300 N
500 N

20. La 2ª Ley es el Puente
Movi
miento
𝑣 = 𝑢 + 𝑎𝑡
𝑠 = 𝑢𝑡 + 1
𝑎𝑡2
2
𝑣2 = 𝑢2 + 2𝑎𝑠
𝑠 = 𝑣+𝑢 𝑡
2
Fuerza
𝐹 = 𝑚𝑎

21. Ecuaciones
Unidades m m /s m /s m /s2 s
𝑣 = 𝑢 + 𝑎𝑡 𝑢 𝑣 𝑎 𝑡
𝑠 = 𝑢𝑡 + 1𝑎𝑡2
2
𝑠 𝑢 𝑎 𝑡
𝑣2 = 𝑢2 + 2𝑎𝑠 𝑠 𝑢 𝑣 𝑎
𝑠 = 𝑣+𝑢 𝑡
2
𝑠 𝑢 𝑣 𝑡

22. 2ª Ley | Ejemplo #3
Un coche de carreras tiene una masa de 710 kg. Comienza
desde el reposo y recorre 40 metros en 3.0 segundos. Ese
coche se acelera uniformemente durante todo el tiempo.
¿Qué fuerza neta se le aplica?
𝑠
𝑢
𝑣
𝑎
𝑡
𝑠 40 m
𝑢 0 m /s
𝑣 ---
𝑎 ?
𝑡 3 s
2
𝑠 = 𝑢𝑡 + 1𝑎𝑡2
2
40 = 1(𝑎)(3)2
𝑎 = 8.89 m /𝑠2
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 = (710)(8.89)
𝐹 = 6311 N

23. 2ª Ley | Ejemplo #4
Deslizas un disco de hockey de 0,20 kg sobre el hielo a
una velocidad de 12 m/s. Después de 3 segundos, la
fuerza de fricción hace que se detenga. ¿Cuál es la fuerza
de fricción?
𝑠
𝑢
𝑣
𝑎
𝑡
𝑠 ---
𝑢 12 m/s
𝑣 0 m/s
𝑎 ?
𝑡 3 s
𝑣 = 𝑢 + 𝑎𝑡
0 = 12 + 𝑎(3)
𝑎 = −4 m /𝑠2
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 = (0.2)(−4)
𝐹 = −0.8 N

24. Fuerza Neta Aceleración
Cada vez que haya una fuerza neta que no sea
cero, habrá aceleración con esa dirección y
sentido.
𝑎 =
𝐹
𝑚

25. Equilibrio Aceleración = 0
Si la fuerza neta es 0 N, entonces el objeto no está
acelerando.Esto puede significar dos cosas diferentes:
No se mueve
Velocidad constante

26. Peso, Fuerza normal
y tensión

27. Tipos de fuerzas | Fuerza Peso
2ª Ley de Newton: F = m × a
Fg = m × g
Peso:
Fg Fuerza de Gravedad (peso) [N]
m masa [kg]
g Aceleración debida a la gravedad 9.81 m/s2

28. Masa vs Peso
Masa Unidades
Cantidad de materia
Masa kg
Peso N
Peso
Fuerza debida a la gravedad

29. Tipos de fuerzas | Peso
¿Cuál es tu peso en Newtons?
𝐹
𝑔= 𝑚𝑔 = (75)(9.81) = 𝟕𝟑𝟔 𝐍
¿Cuál es tu masa en kilogramos?
𝑚 = 𝟕𝟓 𝐤𝐠

30. Tipos de fuerzas | Fuerza Normal
N por Normal
A veces usaremos FN para Fuerza Normal
N
Fg

31. Tipos de fuerzas | Fuerza normal
N
Fg
*Siempre perpendicular a la
superficie que aplica la
fuerza

32. La fuerza normal depende del caso
5 kg 5 kg
FT = 20 N
N = Fg – FT
N = 49 – 20
N = Fg = 49 N
Fg = 5 × 9.81
Fg = 49 N
R = 29 N
Fg = 5 × 9.81
Fg = 49 N

33. Tipos de fuerzas |
Tensión
100 N
FT
* Siempre tira en
la dirección de la
cuerda o cadena

34. Fricción

35. Tipos de fuerzas | Fuerza Fricción
Ff
*Siempre se opone al
desplazamiento

36. ¿Qué es la fricción?
La fuerza que se opone al
desplazamiento entre dos
objetos que están en
contacto.

37. Tipos de fricción
Fricción estática-
No hay
movimiento
Fricción dinámica (cinética)
Hay
movimiento
Estática > Dinámica

38. Fricción estática vs. dinámica
La fricción disminuye
una vez que comienza
el movimiento

39. ¿Cómo calculamos la fricción?
Ff = μ × N
Coeficiente de Fricción
*no tiene unidades
Fuerza Normal
gran μ  “adhiere”
pequeño μ  “desliza”
Materiales μs μd
Acero sobre hielo 0.1 0.05
Acero sobre acero 0.6 0.4
Acero sobre acero con
grasa
0.1 0.05
Cuerda sobre madera 0.5 0.3
Teflon sobre acero 0.04 0.04
Zapatos sobre hielo 0.1 0.05
Botas de nieve sobre hielo 1.0 0.8

40. Fricción estática
μs×N calcula el límite de fricción estática, pero por
debajo de eso, será igual y opuesto a la fuerza
externa aplicada.

41. Folleto de datos de física
Ff = μN
En esta tabla la fuerza
normal N está indicada
como R

42. ¿Cómo calculamos la fricción?
F Fuerza Externa
Fg
g = 9.81 m s-2
mg
N
Superficie
plana
Fg
Ff μN
Ff F
Fg
R

43. Calcular fricción | Ejemplo...
El trineo de Papá Noel se carga de juguetes para todas las
niñas y niños hasta que tiene una masa total de 2000 kg.
¿Cuál es la fuerza de fricción estática que debe superarse
si µs is 0.1?
N
Fg
Fg = mg = (2000)(9.81) = 19,620 N
N = Fg = 19,620 N
Ff = μN = (0.1)(19,620) = 1,962 N

44. Cálculo de la aceleración con fricción
Paso1:
Halla la fuerza de fricción
• Fg = mg
• N = Fg
• Ff = μ × N
N
Paso2:
Halla Fneta
• Fneta = Fp - Ff
Paso3:
Halla la aceleración
Fneta = ma neta
a = F / m
Fp
Ff
Fg

45. Calcular fricción | Ejemplo...
El reno de Papá Noel tira de su trineo de 2000 kg con
una fuerza de 4980 N. ¿A qué velocidad acelera el
trineo si el coeficiente de fricción cinética(µk) is 0.05?
Ff
981 N
N
Fp
4,980 N
Fg
19,620 N
Fg = mg = (2000)(9.81) = 19,620 N
N = Fg = 19,620 N
Ff = μN = (0.05)(19,620) = 981 N
Fneta = 4980 – 981 = 3999 N
a = F/m = 3999/2000 = 2 m/s
19,620 N

46. Resistencia del aire
Fuerza de Arrastre

47. Resistencia del aire. Arrastre
10
m
/s
30
m
/s
50
m
/s
Fg
Fg
Fg
La fuerza de gravedad es siempre
constante
Fuerza de resistencia del
aire aumenta cuando
aumenta la velocidad

48. Calcular la aceleración
100 N 400 N 700 N
700 N 700 N 700 N
70 kg 70 kg 70 kg
Fnet = 0 N
70
300
𝑎 = = 𝟒. 𝟐𝟗 𝒎 /𝒔𝟐
70
0
𝑎 = = 𝟎 𝒎 /𝒔𝟐
Fnet = 600 N Fnet = 300 N
𝐹 600
𝑎 = = = 𝟖. 𝟓𝟕 𝒎 /𝒔𝟐
𝑚 70
10
m
/s
30
m
/s
50
m
/s

49. Velocidadterminal
A cierta velocidad, la
resistencia del aire que actúa
sobre un objeto (o persona)
es igual a la fuerza de la
gravedad.
Fneta= 0 N
Esta es la velocidad
máxima de un objeto que
cae.
50
m
/s
Fgravity
Fair resistance

50. Guía de gráficos de movimiento
d
v
Desplazamiento
constante
Constante
+
Velocidad
Constante
-Velocidad
+
Aceleración
Acelerar
+
Aceleración
Desacelerar
-Aceleración
Acelerar
-Aceleración
Desacelerar

51. Terminal Velocity
Desplazamiento
(m)
Tiempo(s)
Velocidad
(m
/s)
Tiempo(s)
Velocidad
terminal
Velocidad terminal
Nota: estos gráficos
tratan la dirección
descendente como
positiva

52. Cuando el paracaídas se abre...
1200 N
70 kg
1000 N
70 kg
700 N
700 N 700 N 700 N
70 kg
50
m/
s
25
m/
s
8
m/
s
Fneta = 0 N
𝐹 50
𝑎 = = = 𝟕. 𝟏𝟒 𝒎 /𝒔𝟐
𝑚 70 70
300
𝑎 = = 𝟒. 𝟐𝟗 𝒎 /𝒔𝟐
70
0
𝑎 = = 𝟎 𝒎 /𝒔𝟐
Fneta = 500 N Fneta = 300 N

53. Velocidadterminal
Velocidad
(m
/s)
50 m/s
8 m/s
Tiempo(s)

54. Terminal Velocity
Un paracaídas disminuye
drásticamente la velocidad terminal
cuando la resistencia del air, fuerza
de arrastre, equilibra el peso
8
m/
s
Fg
Farrastre

55. Un objeto cae verticalmente desde el reposo. La resistencia del aire actúa sobre el objeto y
llega a un terminal velocidad. ¿Cuál de las siguientes es la gráfica de distancia-tiempo para
su movimiento?
Ejemplo….

56. Sample IB Problem

57. Sample IB Problem
Displacement
(m)
Time (s)
Increasing
Constant

58. Fuerzas en una rampa
Plano Inclinado

59. 75.1 N
63.1 N
11.3 N
75.1 N
Ejemplo
¿Cuál es la aceleración de este bloque de 10 kg?
Fneta = 51.8 N
𝐹
𝑎 = 𝑛𝑒𝑡a
=
𝑎 = 𝟓. 𝟏𝟖 𝒎 /𝒔𝟐
𝑚 10 kg
51.8 N
𝐹𝑛𝑒𝑡a= 𝑚𝑎

60. Principales ideas hasta ahora....
La aceleración es cero cuando la fuerza neta es cer.
Esto no significa solo "detenido" (velocidad constante).
Si tienes aceleración de un objeto, puedes encontrar la
fuerza neta que causa esa aceleración.
(Piensa en F = ma)
La fuerza de fricción está relacionada con la fuerza normal
por el coeficiente de fricción (µ)
Ff = µN

61. ¿Qué Fuerzas están actuando?
N
La fuerza normal siempre
es perpendicular a la
superficie aplicando la
fuerza
Ff
La fuerza de fricción
siempre se opone al
desplazamiento
Fg
La fuerza de la gravedad siempre está
en línea recta hacia abajo
Lo que necesitamos
para calcular Fneta

62. Components of Fg
θ
θ
Fg
F∥
F⊥
F∥
F⊥
Fg
θ
We try to choose our axes so that we are only looking at
forces that are parallel and perpendicular to the motion.
This means that we need to break Fg down into components! 
sinθ = F∥ / Fg
F∥ = Fgsinθ
cosθ = F⊥ / Fg
F⊥ = Fgcosθ

63. Fuerzas normal y de fricción
θ
F∥
⊥
Fuerza Normal (N)
Fuerza perpendicular a la superficie
N =F⊥
Fuerza de fricción(Ff)
Ff = μN
R
Ff
Fg F
Ff = F∥
*En equillibrio

64. Example IB Question
Un bloque de madera se desliza por un plano inclinado a velocidad
constante la magnitud de la fuerza de fricción entre el bloque y el plano es
igual a
A. cero.
B. la magnitud del peso del bloque.
C. La magnitud de la componente de peso del bloque paralelo al plano.
D. la magnitud de la componente de la reacción normal paralela al plano.

65. 75.1 N
63.1 N
11.3 N
75.1 N
Ejemplo…
¿Cuál es la aceleración de este bloque de 10 kg?
Fneta = 51.8 N
𝐹
𝑎 = 𝑛𝑒𝑡a
=
𝑎 = 𝟓. 𝟏𝟖 𝒎 /𝒔𝟐
𝑚 10 kg
51.8 N
𝐹𝑛𝑒𝑡a 𝑚𝑎

66. Ejemplo Plano Inclinado
40° μ = 0.15
63.1 N
75.1 N
40°
Fg = mg = (10)(9.81) = 98.1 N
F⊥ = Fgcosθ = 98.1 × cos(40) = 75.1 N
F∥ = Fgsenθ = 98.1 × sen(40) = 63.1 N
N = F⊥ = 75.1 N
Ff = μN = (0.15)(75.1) = 11.3 N
Fneta = 63.1 – 11.3 = 51.8 N
a = F/m = 51.8/10 = 5.18 m /s2
75.1 N
11.3 N
m 10 kg
Fg 98.1 N
F⊥ 75.1 N
F∥ 63.1 N
N 75.1 N
Ff 11.3 N
Fneta 51.8 N
a 5.18 m /s2

67. ¿Y si no supiéramos la masa?
40° μ = 0.15
Fg = mg
F⊥ = Fgcosθ = (mg)cosθ
F∥ = Fgsinθ = (mg)senθ
N = F⊥ = (mg)cosθ
Ff = μN = μ((mg)cosθ)
Fnet = ma = (mg)senθ - μ((mg)cosθ)
a = (g)senθ - μ((g)cosθ)
μ((mg)cosθ)
(mg)cosθ
(mg)senθ
(mg)cosθ
40°
For this Example…
a = (9.81)sen40 – 0.15((9.81)cos40)
a = 6.31 – 1.13
a = 5.18 m /s2