les forces - iescanpuig.com té sentit contrari al moviment del cos o al que s’hi volprovocar....
TRANSCRIPT
LES FORCES
Física 4t ESO.
1
Forces
1. Naturalesa de les forces
2. Les lleis de Newton
3. Llei de gravitació universal
2
Concepte de força
Una força és tota acció capaç d’alterar l’estat de repòs o
de moviment dels cossos o de produir-ne alguna
deformació
La força pot fer que el cos
• Canviï de trajectòria
• S’aturi
• Es posi en moviment
• Es deformi3
Unitat de força
La seva unitat en el SI és el Newton (N)
1 Newton és la força que cal aplicar a un
cos d’1kg de massa perquè adquireixi una
acceleracció de 1 m/ss
1 kp és la força gravitatòria que fa la Terra sobre un cos d’1 kg de massa.
1 kp = 9.8 N
4
També es fa servir el quilopond (kp):
7
Caràcter vectorial de les forces
Una força és una magnitud vectorial. La
seva unitat en el SI és el Newton (N)
Dinamòmetre, aparell
per mesurar forces
Sentit
Mòdul
• Elements d’una força• Mòdul o intensitat és la longitud del vector, indica la intensitat de la força,
en aquest exemple 3 N.
• Direcció és la recta sobre la que actua la força. Indica la seva inclinació.
En aquest cas la recta r horitzontal.
• Sentit, indica quina de les dues orientacions possibles té la força. Ho
indica
l’extrem de la fletxa. En aquest cas cap a la dreta.
• Punt d’aplicació, punt en el qual s’aplica la força. El punt O.
Direcció
5
10
Mateixa direcció i sentit
F1 = 6 N
F2 = 5 N
La intensitat de la resultant és la suma de les intensitat de les forces
Mateixa direcció i sentits oposats
R = 11N
R = 2NF2 = 4 N
F1 = 6 N
Suma de forces amb la mateixa direcció. Força Resultant
La intensitat de la resultant és la diferència de les intensitat de les
forces, i té el sentit de la força més gran
6
Regla del paral·lelogram
→F1
→F2
→R →
R2
→F
→F1
Suma de forces amb diferent direcció
2
7
1F2 F2R
Teorema de Pitàgores
2 forces:Si són perpendiculars
F1
F2
R
Suma de forces amb diferent direcció
En el cas que les forces siguin perpendiculars podem calcular el
valor de la força resultant utilitzant el teorema de Pitàgores.
La força resultant té una intensitat de 50 N
8
𝑹 = 𝟑𝟎𝟐 + 𝟒𝟎𝟐 = 𝟓𝟎
Suma de forces amb diferent direcció
F1=20 N
F2=30 N F1=50 N
F2=30 N
F1=30 N
F2=19 N
F1=20 N
F2=20 N
F1=40 N
F2=21 NR=54.5 N R=28.3 N
R=36.1 N
R=31.9 N
R=46.2 N
Regla del paral·lelogram: La resultant de dues forces és el vector que té el mateix
origen comú que les forces i que és determinat per la diagonal corresponent del
paral·lelogram que dues forces determinen.
9
Descomposició de forces
En algunes ocasions convé descompondre una força en dues
components (horitzontal, x i vertical,y) que sumades, produeixen
sobre un cos el mateix efecte que la força original.
10
→ R
→F1
→F2
→E
Un cos està en equilibri quan no actua cap força sobre ell, o bé quan actuen
varies forces concurrents de forma que la resultant de totes elles és 0.
Equilibri
11
Principis de l’estàtica
1. Si sobre un cos actua una única força, el cos no
està en equilibri
2. Si sobre un cos actuen dues forces, el cos
està en equilibri si ambdues tenen la mateixa
intensitat i direcció però sentit contrari.
3. Si sobre un cos actuen tres o mes forces, el
cos està en equilibri si una de les forces equival
a totes les altres.
12
Lleis de Newton
Les lleis de Newton
a. 1a llei: Principi d’inèrcia
b. 2a llei: Principi fonamental de la dinàmica
c. 3a llei: Principi d’acció i reacció
13
Primera llei de Newton: Principi d’inèrcia 1
Si sobre un cos no actua cap força o la resultant de totes les forces que hi
actuen és zero:
• Si el cos està en repòs, continua en repòs
• Si el cos es mou, ho fa amb velocitat constant (MRU)
14
Primera llei de Newton: Principi d’inèrcia 1
La inèrcia és l’oposició que experimenten els cossos als canvis del moviment.
La inèrcia està relacionada amb la massa, quan més massa tingui un cos, més
inèrcia tindrà, és a dir, més costarà posar-lo en moviment, o si està en moviment
més costarà accelerar-lo o frenar-lo perquè s’aturi.
15
Quan sobre un cos actua una força resultant diferent de zero,el cos canvia la
seva velocitat amb una acceleració constant de la mateixa direcció i sentit que
la força resultant, de manera que:
FR = m · a
Segona llei de Newton: Principi fonamental de la dinàmica
16
Segona llei de Newton: Principi fonamental de la dinàmica
17
Exemple :Quina força s’ha d’aplicar sobre un company de 70 kg perquè en 5
segons la seva velocitat sigui de 3,5 m/s si no es te en compte el fregament
amb el terra?
v0 = 0
t0=0
x0=0
v= 3,5 m/s
t= 5s
FR = m·a No tenim ni la força ni l’acceleració v = v0 + a · t
3,5 = 0 + a · 5
3,5 = 5 · a
a = 3,5 /5 = 0,7 m/s2 = 0,7 N/kg
F F
FR = 70 kg·0,7 N/kg = 49 N
«Quan un cos exerceix sobre un altre una força anomenada acció, el segon respon sobre el
primer amb una força del mateix mòdul i la mateixa direcció però de sentit contrari
anomenada reacció». Les forces apareixen per parelles (interacció).
Tercera llei de Newton. Principi d’acció i reacció 22
18
Tercera llei de Newton. Principi d’acció i reacció 22
Per què quan disparem amb un canó es produeix un retrocés de l’arma?
Solució: La bala,
impulsada pels gasos
cap endavant (acció)
genera una força
igual i de sentit
contrari (reacció) que
fa que l’arma faci una
força cap enrere.
19
Per què quan tirem una pilota contra una paret rebota?
Solució: En picar la
pilota contra la paret
(acció) aquesta
respon amb una
força igual i de sentit
contrari (reacció) que
la fa rebotar.
Tercer principi de la dinàmica. Principi d’acció i reacció
20
Cap a on fa força la roda d’un cotxe: endavant o enrere? Per què?
Solució: Fa força
enrere (acció) i el
terra respon amb una
força cap endavant
(reacció) igual i de
sentit contrari que fa
avançar el cotxe.
Tercer principi de la dinàmica. Principi d’acció i reacció
21
35
Tercer principi de la dinàmica. Principi d’acció i reacció
22
Tipus de forces
a. Pes
b. Força normal
c. Forces de fregament
d. Tensió
e. Força elàstica
23
El pes (P) d’un cos és la força amb que la Terra l’atrau.
Pes d’un cos
La Terra atrau els cossos que es troben a la seva
superfície amb una força gravitatòria que depèn de la
massa del cos
P
• El pes té direcció vertical i sentit cap avall
• El punt d’aplicació és el centre de gravetat
• El seu mòdul depèn de la massa i la gravetat:
P = m·gg= 9’8 m/s2
Quina és el pes de la taula si la seva massa és de 20 kg ?
P = m·g = 20 kg · 9’8 m/s2 = 196 N
24
La força normal 4
25
Quan un cos està recolzat sobre una superfície, la força que fa la
superfície sobre el cos s’anomena força normal (N)
La força normal (N) d’un cos és:
– perpendicular (o normal) a la seva superfície de recolzament
– la força de reacció a la força que el cos exerceix sobre la
superfície
La força normal 4
Calculem la normal que actua sobre el cos de massa 5 kg en cadascun dels
casos de la figura. La força F té un valor de 20 N.
P = m·g = 5 kg · 9,8 N/kg = 49 N
Si el cos està en equilibri, llavors la força resultant és 0
Sense que
s’aixequi
N = P
N = 49 N
N = P + F
N = 49 +20 = 69 N
N +F = P
N = P - F
N = 49 – 20 = 29 N
F
FPP
P
NN
N
26
El fregament és una força que apareix
la superfície de contacte dels cossos i
que s’oposa al seu moviment.P→
N→
Fmotor
→→Ff
Força de fregament 5
Característiques de la força de fregament Ff:
Té sentit contrari al moviment del cos o al que s’hi vol provocar.
Depén de la naturalesa i del tipus de les superfícies dels
cossos, contra més llises menys fregament.
La força de fregament que s’oposa a l’inici d’un moviment és
més gran que la força de fregament que hi ha quan el cos ja
està en moviment.
En el cas d’un cos en moviment la força de fregament és
proporcional a la força Normal:
Ff = μ · N27
P→
N→
Fmotor
→Ff
→
Força de fregament 5
En el cas d’un cos en moviment la força de fregament és:
Ff = μ · N
μ és el coeficient de fregament i depén de les superfícies de contacte
Quin valor té la força de fregament que actua sobre el cotxe de
massa 900 kg si l’asfalt és sec ?
N = P = m·g = 900·9.8 = 8820 N
Ff = μ · N = 0,7·8820 = 6174 N
I si l’asfalt és moll ?
N = P = m·g = 900·9.8 = 8820 N
Ff = μ · N = 0,4·8820 = 3528 N28
6
La tensió
Força que experimenten les cordes quan s’estiren
en aplicar una força, com per exemple un pes.
72
9
d. Resolució de problemes
Llegir el problema i fer un esquema de les forces que actuen
sobre el cos.
Descomposició de les forces en la direcció x (tangencial -
la del moviment) i en la direcció y (normal o perpendicular).
Suma de forces en la direcció normal: Càlcul de la Normal.
Càlcul de la Força de fregament si n’hi ha
(sempre en contra del sentit del moviment).
Segona llei de Newton en el sentit del moviment, tenint com a
sentit positiu aquell en el qual en mòbil començarà a moure's.
Càlcul de l'acceleració.
Respondre altres preguntes: velocitat, temps,....
30
Moviment rectilini uniforme
És el moviment que té un cos quan la resultant de les forces és 0:
∑F = m · a Si ∑F = 0 → 0 = m · a
Moviment rectilini uniforme accelerat
És el moviment que té un cos sobre el que actuen una o més forces, de manera
que la seva resultant sigui constant i tingui la direcció del moviment ( el sentit pot
ser el mateix o el contrari
→P
El pes no influeix en el seu moviment
Les forces i el moviment
F=0 a=0 v= cte
→
N
a=F/mF
v
La velocitat
augmenta
F igual sentit que
velocitat
acceleració
positiva
a=F/mF
v
La velocitat
disminueix
F sentit contrari
que velocitat
acceleració
negativa
31
L’allargament de les molles
és proporcional al pes que
hi pengem.
La llei de Hooke diu que quan s’aplica una
força a una molla, li provoca un allargament
directament proporcional al valor d’aquesta
força.
Llei de Hooke. Força elàstica
F = k·∆l
32
Llei de Hooke
33