Trabajando las leyes de Newton para secundaria

1. Las leyes del
movimiento de Newton
1

2. El Newton como unidad de fuerza
¿Cuándo inventaron los
Newton?
En 1946 en la Conférence
Générale des Poids et Mesures,
Se creó la unidad de fuerza
estandarizada.
Se decidió nombrar la unidad
en honor a Isaac Newton..
Un Newton es la fuerza que hace que una
masa de 1 kg acelere1 m/s2.

3. Newton 2°: Cuando un cuerpo experimenta una
fuerza neta o resultante, acelerará en la dirección
de la fuerza.
F = ma
Newton 1°: Cuando no hay fuerza neta sobre
un cuerpo, este permanecerá en reposo o
continuará moviéndose con velocidad constante.
Newton 3°: Cuando el cuerpo A ejerce una fuerza
sobre el cuerpo B, entonces el cuerpo B ejerce
una fuerza igual y opuesta sobre el cuerpo A.
Esta definición se
ampliará próximamente.
Newton 3° pares:
Las fuerzas actúan sobre
diferentes cuerpos.
Las fuerzas son del
mismo tipo.

4. N1°: la fuerza neta sobre
el correcaminos es cero por lo que
permanece en reposo
N2°: una fuerza neta
o peso sobre el coyote
produce una
aceleración en la
dirección de la fuerza
N3°:un par de fuerzas
(coyote sobre la
tierra, tierra sobre el
coyote)

5. Newton 2°: Cuando un cuerpo experimenta una
fuerza neta o resultante, acelerará en la dirección
de la fuerza.
F = m a
Peso de un objeto; P = mg
Calcule la masa de un cuerpo que acelera de 2
m/s a 8 m/s cuando actúa sobre él una fuerza
neta de 400 N durante 3 s.
a =
v – u
t
a =
8 – 2
3
a = 2 m/s2
F = m a
400 = m × 2
masa = 200 kg

6. Un automóvil circula por una carretera recta y
horizontal. Pasa el punto A a 15 m/s y 5 segundos
después pasa el punto B a 20 m/s.
El coche tiene una masa de 1200 kg incluido el
conductor.
Suponga que la aceleración es constante.
Encuentre la fuerza impulsora, D, si la resistencia
al movimiento es de 500 N.
1200 kg
500 N D

7. Aceleración =
20 15
5

Aplicando la Segunda ley de Newton, N2°:

Fuerza motríz del auto = 1700 N.
D – 500 = 1200 × 1
D = 1200 + 500
D = 1700
= 1 m/s2

8. Inercia es una
propiedad de la
masa que resiste
el cambio de
movimiento..
La masa inercial (m) se
refiere a la propiedad que
resiste el cambio de
velocidad. 𝒎 =
𝒎𝒐
𝟏−
𝒗𝟐
𝒄𝟐
Masa en reposo(mo)
Se refiere a la masa
de un objeto en
reposo en relación
con el observador.

9. Caída libre de la bolsa de
porotos
F = ma W = mg
Fuerza neta = masa x aceleración; F = ma
PESO (Weight) es
el nombre que se le
da a la fuerza
gravitacional
ejercida por un
planeta sobre un
objeto.
Un objeto
está en caída
libre si la
única fuerza
que actúa
sobre él es el
peso.
Peso de un objetot; W = mg
Brainiac (5mins)

10. Ejemplo
Un coche de 650 kg de masa arrastra una caravana
de 900 kg de masa. El motor del coche proporciona
un empuje de 3.000N.
El coche experimenta fuerzas resistivas iguales a
600 N y la caravana experimenta fuerzas resistivas
iguales a 385 N.
Dado que el coche acelera a 1,3m/s2 :
(a) Dibuja un diagrama de cuerpo libre.
(b)Calcular la tensión en el cable de remolque.

11. (b) 𝐹 = 𝑚𝑎
Para el auto:
3000 − 600 − 𝑇 = 𝑚𝑎
3000 − 600 − 𝑇 = 650 × 1.3
𝑇 = 3000 − 600 − 650 × 1.3 𝑇 = 1555N

12. Centro de masas
2

13. Centro de masas.
Este es un punto a través del cual parece
concentrarse toda la masa de un objeto.
Piensa en el
centro de masa
como un punto
de pivote.
Centro de masas; Centro de gravedad; Determinación experimental del centro de gravedad

14. Un objeto es estable si todos los momentos
alrededor de su centro de masa están
equilibrados.

15. Ejemplo
¿Qué dos factores hacen que un coche de
carreras moderno sea lo más estable posible?
1. Una amplia distancia entre ejes.
2. Un centro de masa bajo.

16. Centro de Masas
Línea de simetría
Ejemplo
¿Dónde está el centro de masa de las formas de
abajo?
Para los objetos simétricos, el centro de masa es
donde se cruzan las líneas de simetría.

17. Estabilidad
Un objeto es estable si su
centro de masa pasa a través
de su base (punto de pivote).

18. Centro de
masa
(gravedad)
Una plomada se
utiliza para
determinar la
vertical hacia
abajo

19. Torre inclinada de Pisa
La torre será estable si su centro de masa
actúa a través de su base.

20. Ejemplo
¿Qué bloque se derrumbará y por qué?
Amarilla porque la línea de acción de su centro de
masa está fuera de su base.

21. Momento por encima del centro de masa del
astronauta

22. El movimiento traslacional es una parábola
¿Dónde está su centro de masas?
El movimiento de rotación es causado por un
torque o momento alrededor del centro de masa.

23. Fuerzas en equilibrio
Centro de masas

24. Ejercicio
Mida la ............... de
retención con un
dinamometro
Calcular el
............... de las
masas en Newtons
fuerza
peso

25. Fuerza en un plano inclinado
Objetivo: Investigar la magnitud de la fuerza a lo largo del plano
contra la masa. ¿Es la relación directamente proporcional?

26. Obtención (peso versus fuerza de
sujeción)
Masa (kg) W (Peso)
(N)
Fuerza de
sujeción
(N)
Fuerza de
sujeción
media(N)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Peso = masa × intensidad del campo gravitacional
W = mg

27. Diagramas de fuerza
de cuerpo libre
3

28. I
La cinemática es la
descripción del movimiento.
La dinámica es el estudio de
las fuerzas que causan el
movimiento.
Fuerza neta
Una fuerza resultante es la suma vectorial de
todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

29. Diagramas de fuerza de cuerpo libre
Todas las fuerzas que actúan sobre un objeto están
representadas por flechas que muestran la dirección y
la magnitud.
No se muestra la
fuerza resultante.

30. peso
tensión
peso
Fuerza
normal
peso
Empuje
Perpendicular a dos
superficies en
contacto.
Fuerza ascendente
de un fluido

31. Fuerza de
arrastre
Fuerza motríz
fricción
peso
Fuerza normal
La fuerza de
arrastre es la
fricción debida
al movimiento a
través de un
fluído.
los términos tensión, fuerza normal, empuje y fricción

32. Considere la vertical
Considere la posición horizontal
¿Otras direcciones?
¿Componentes?

33. Diagramas
de cuerpo
libre

34. Si tres vectores actúan sobre un cuerpo en
un plano y se pueden reorganizar para formar
un triángulo, entonces el objeto está en
equilibrio
T1
T2
T3
Condición para el equilibrio de tres fuerzas coplanares; Triángulo de fuerzas

35. Ejemplo trabajado:
Lámpara
Una lámpara y un nudo (círculo) en el
cable están en equilibrio.
A) Dibuje diagramas de cuerpo libre para la
lámpara y el nudo del cable.
B) Deduzca la magnitud de la tensión T1.
C) Dibuje un triángulo de fuerzas para el
nudo del cable.
D) Calcule las magnitudes de las tensiones
T2 y T3.

36. Ejemplo trabajado: Lámpara
a).
B). Si la lámpara está en
equilibrio
T1 = W = 95 N

37. C).
• T1 es hacia abajo
• T2 está a 53° de T1
• T3 está a (37° + 53° = 90°) de T2.
Cálculos
Magnitud de T2 = (95 N) cos 53° = 57 N
Magnitud de T3 = (95 N) sen 53° = 76 N

38. Fuerza de Arrastre y
velocidad terminal
4

39. Robot en el espacio
Edgar the space robot (6mins)
El peso de Edgar no cambia. Esta fuerza actúa
verticalmente hacia abajo y es constante.
Durante el vuelo de Edgar, observa la resistencia del aire.
¿Cómo afecta esto a su movimiento?
Fuerza de arrastre como la fuerza de fricción experimentada por un objeto que viaja a través de un fluido

40. Diagramas de cuerpo libre
Todas las fuerzas que actúan sobre un objeto están
representadas por flechas que muestran la dirección y la
magnitud. No se muestran las fuerzas resultantes y/o las
fuerzas de los componentes.
Peso W Peso
Peso
Peso
Fuerza
de
Arrastre
Fuerza
de
Arrastre
Fuerza
de
Arrastre
Fuerza
de
Arrastre

41. Velocidad
Tiempo desde el lanzamiento
Velocidad terminal
¿Cómo se vería un gráfico de velocidad versus tiempo para
un objeto que cae en el aire?
¿Explique su respuesta en términos de las leyes de Newton?
N2: La fuerza neta
existe porque el
peso > la resistencia
N1: No existe fuerza neta
porque peso = arrastre
Movimiento de objetos que caen en un campo gravitatorio uniforme en presencia de resistencia

42. Investigando la velocidad
terminal: soportes para
cupcakes
5

43. Velocidad terminal: soportes
para cupcakes
Fg = mg
La fuerza de arrastre D = (1/2) Cd A r v2
donde A es el área de la sección
transversal del filtro
v es la velocidad de la caída
r es la densidad del aire
Cdes el coeficiente de arrastre, que es
un factor adimensional que describe el
efecto de la forma.
A velocidad terminal
Fg= Fa
mg = 1/2 Cd A r v2
v = (2 m g/Cd A r)1/2
Velocidad terminal  𝑚
Utilice Análisis dimensional para mostrar
que el coeficiente de arrastre es
adimensional.
Grafíca v en contra 𝑚
El número de Reynolds, R, ayuda a
discriminar entre el flujo laminar y
turbulento alrededor de un objeto.
R = r v L/h
donde r es la densidad del fluido para el
aire= 1.2 kg/m3
v es la velocidad = ej 0.85 m/s
L es la dimension de el objecto = ej 15
cm diámetro = ej 0.15 m
and h es la viscosidad del
aire = 1.8 × 10-5 ms-2
Calculando R = 8500
Definitivamente flujo turbulento.

44. Investigación de la
velocidad terminal:
tubos
6

45. Velocidad terminal en una
bureta
Factores que afectan a la resistencia aerodinámica de un objeto que viaja por el aire
Velocidad
terminal.
Velocidad de un
objeto que cae a
través de un
fluido cuando
peso = arrastre
(sin fuerza
neta).
Felix Baumgartner (6mins)
Physics of skydiving (4mins)

46. Velocidad terminal
(i) velocidad terminal
(ii) técnicas y procedimientos utilizados para determinar la velocidad terminal en
fluidos

47. Tipos de fuerza
Peso
Fuerza gravitacional que actúa verticalmente
hacia abajo.
Fricción
La fuerza causada por dos superficies que se
mueven una sobre la otra y que resisten el
movimiento.
Arrastre
Fuerza de fricción mientras se desplaza a través
de un fluido.
Empuje
Fuerza ascendente que actúa sobre un objeto que
flota en un fluido.

48. Tipos de fuerza
Fricción
La fuerza entre dos superficies que se mueven una sobre
la otra, se opone al movimiento.
Arrastre
Fuerza de fricción mientras se desplaza a través de un
fluido.
Fuerza Normal
Una fuerza producida cuando dos objetos están en
contacto. La fuerza es perpendicular a la superficie de
contacto.
Tensión.
Una fuerza dentro de un material. La tensión en un
resorte o cuerda es la misma en todos los puntos.

49. Un elevador contiene una manzana de 0,25 kg
suspendida del techo mediante un dinamómetro.
¿Cuál es la lectura en el medidor cuando el ascensor
está: (a) parado?
(b) acelerando hacia arriba a 2m/s2
(c) moviéndose hacia arriba a una velocidad
constante de 2m/s?
(a) N1: W = T
Donde W = 0.25 × 9.81 = 2.45N
Entonces T = 2.45N

50. Un elevador contiene una manzana de 0,25 kg
suspendida del techo mediante un dinamómetro.
¿Cuál es la lectura en el medidor cuando el ascensor
está: (b) acelerando hacia arriba a 2m/s2
2m/s
2
(b) N2: F = ma
F = 0.25 × 2 = 0.5N
Como:
F = T – W entonces T = F + W
y W = 0.25 × 9.81 = 2.45N
Entonces T = 2.95N

51. Un elevador contiene una manzana de 0,25 kg
suspendida del techo mediante un dinamómetro
¿Cuál es la lectura en el medidor cuando el ascensor
es:
c) moviéndose hacia arriba a 2m/s?
(c ) N1:
W = T
Donde W = 0.25 × 9.81 = 2.45N
Entonces T = 2.45N