GUIA Nº3:

Física

3º AÑO “A” y “B”

Docente: Estefanía Sortino

Dinámica:

Se denomina dinámica al campo de la mecánica que estudia conjuntamente el movimiento y las fuerzas que lo originan. En su sentido amplio, la dinámica abarca casi toda la mecánica. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), y también en la termodinámica y electrodinámica.En otros ámbitos científicos, como la economía, la biología o la sociología, también es común hablar de dinámica en un sentido similar al de la física, para referirse a las características de la evolución a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema. Se habla de dinámica de grupos, dinámica demográfica, dinámica económica y dinámica familiar.Galileo Galilei demostró que la velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para los objetos pesados o ligeros, siempre que no tenga en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). Newton mejoro este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración.Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Para las partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento y la ley de la gravedad, de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica (el estudio de las causas del cambio de movimiento).

Tipos de fuerza:

Fuerzas fundamentales:

La gravitatoria es la fuerza de atracción que una masa ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un solo sentido, pero de alcance infinito.

La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, puede tener dos sentidos (atractivo y repulsivo) y su alcance es infinito.

Una fuerza nuclear es aquella fuerza que tiene origen exclusivamente en el interior de los núcleos atómicos. Allí también hay dos tipos de fuerzas fundamentales:

La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimisiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción (aparte de la gravitatoria, electromagnética) y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

No podemos analizar las fuerzas nucleares dentro de la mecánica clásica. Así que considerando las fuerzas electromagnéticas y la fuerza gravitatoria, podemos decir que tiene una caracterísca única: se producen sin contacto entre los cuerpos que accionan unos sobre otro. Ejemplos:

La fuerza magnética que ejerce un imán, a distancia sobre un clavo colocado cerca.

La fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos cargados de electricidad contraria.

La fuerza de gravedad que ejerce la tierra sobre cualquier objeto o cuerpo.

Clasificación de fuerzas:

1) Señala con una cruz la respuesta correcta. Elige la más precisa y completa.Las fuerzas se reconocen:______ Por sus efectos______ Por el movimiento que producen______ Por el cambio en la posición de los objetos.______ Por la energía

Las fuerzas pueden clasificarse:_____ En eléctricas, de gravedad y magnéticas._____ En fuerzas a distancia y fuerzas por contacto._____ En fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión._____ En fuerzas de fricción y el resto de las fuerzas.

Las fuerzas eléctricas:___ Se ejercen a distancia.___ Se ejercen por contacto.

Las fuerzas de fricción:___ Se ejercen a distancia.___ Se ejercen por contacto.

Las fuerzas de sostén del piso:___ Se ejercen a distancia.___ Se ejercen por contacto.

La fuerza peso:___ Se ejerce a distancia.___se ejercen por contacto.

La fuerza de sostén del agua:___ Se ejercen a distancia.___ Se ejercen por contacto.

2) Marca con una cruz todas aquellas opciones que consideras correctas.Las fuerzas pueden tener los siguientes efectos:___ Iniciar el movimiento.___ Cambiarle su estado físico.___ Detener el movimiento de un cuerpo.___ Romperlo.___ Cambiarle su velocidad.___ Cambiar la dirección de su movimiento.

Los elementos con que se tienen en cuanta para representar las fuerzas son:___ Intensidad de la fuerza.___ Objeto sobre el que se aplica.___ Punto donde se aplica.___ Dirección en la que se aplica.___ Quien la aplica.___ El cambio en la posición del objeto.

3) Completa el siguiente cuadro:

Acción Quien o que ejerce la fuerza.

Sobre que objeto la ejerce.

Qué efecto produce.

Un niño pinchando un

globo.Un satélite

girando alrededor de la tierra.

Un clavo que se clava en una

madera.Un peine

electrizado atrae pequeños papelitos.

El freno aprieta la rueda de la bici.

El giro del volante en un auto. auto

Un libro que se cae al piso.

Resuelve los siguientes ejercicios:

a) Sistemas de fuerzas colineales que actúan en sentido contrario. Calcular matemática y gráficamente la resultante de los siguientes sistemas de fuerzas, donde la primer actúa hacia la derecha y la segunda actúa hacia la izquierda.1) f⃗ 1=2 N ; f⃗ 2=5 N2) f⃗ 1=4 N ; f⃗ 2=6 N3) f⃗ 1=3 N ; f⃗ 2=5 N4) f⃗ 1=6 N ; f⃗ 2=8 N5) f⃗ 1=12 N ; f⃗ 2=20 N6) f⃗ 1=30 N ; f⃗ 2=20 N

b) Calcular gráficamente los siguientes sistemas de fuerzas concurrentes.1) f⃗ 1=2 N ; f⃗ 2=5 N conuná ngulo de 30 °2) f⃗ 1=7 N ; f⃗ 2=15 N con uná ngulo de130 °3) f⃗ 1=25 N ; f⃗ 2=55 N conun á ngulo de70 °

c) Calcular grafica y analíticamente la resultante de los siguientes sistemas de fuerzas perpendiculares.1) f⃗ 1=6 N ; f⃗ 2=8 N2) f⃗ 1=5 N ; f⃗ 2=12 N3) f⃗ 1=9 N ; f⃗ 2=8 N4) f⃗ 1=16 N ; f⃗ 2=15 N

d) Para mover un sillón se le ata una cuerda y tres personas tiran de ella, ejerciendo una fuerza de 60 kgf, 70 kgf y 75 kgf ¿Cuál es la resultante del sistema? Resuelve gráfica y analíticamente.

e) Dos operarios tiran mediante aparejos un cuerpo para levantarlo, ejerciendo fuerzas de 450N y 600N, si las direcciones de las fuerzas forman un ángulo de 50 °. ¿Cuál es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo? Resolver gráficamente. Ahora supongamos que el ángulo disminuye ¿Cómo varia la fuerza resultante? Justifica tu respuesta.

f) Dos pescadores tiran mediante aparejos de una red llena de peces, ejerciendo fuerzas de 350N y 200N en una dirección y formando un ángulo de 65 ° ¿Cuál es la fuerza resultante que actúa sobre la red?

g) Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.1) La resultante de un sistema de fuerzas sustituye a todas las fuerzas produciendo el

mismo efecto.2) La regla del paralelogramo permite hallar la resultante de un sistema de fuerzas

paralelas.

3) La intensidad de la resultante de fuerzas concurrentes es igual a la suma de las intensidades de las componentes.

Leyes de Newton:

En 1687, Isaac Newton publico Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, obra en la que unifico las leyes mecánicas del Universo mediante un conjunto de principios físicos que rigen los movimientos en la Tierra.Ahí aparecen tres leyes:

Primera Ley: “PRINCIPIO DE INERCIA”Si un borrador de madera se coloca sobre el piso y se ejerce una fuerza para empujarlo sobre esta superficie, seguramente este cuerpo se detenga luego de recorrer cierta distancia pero ¿Por qué se detiene?Aristóteles, sostenía que solo el estado de reposo es perdurable, por lo cual, para que un cuerpo se mueva es necesario aplicar constantemente una fuerza.Sin embargo, Newton establece su primera ley: “Todo cuerpo continuara en su estado de reposo o movimiento uniforme, en línea recta, a menos que sea forzado a cambiar ese estado por fuerzas ejercidas sobre el”Desde este punto de vista, en el ejemplo del borrador, se puede afirmar que este cuerpo se vio “forzado” a detenerse por la fuerza de rozamiento que actúa en el sistema borrador-piso en sentido opuesto a la dirección del movimiento.La inercia es la resistencia que manifiestan los cuerpos a los cambios en su estado de movimiento o reposo, es decir, la resistencia a ser acelerados.

Segunda Ley: “PRINCIPIO DE MASA” El estado de movimiento de un cuerpo cambia si se ejerce una fuerza sobre él. Así, se produce una variación en su velocidad y el cuerpo se acelera en el sentido de la fuerza. La aceleración que adquiere un cuerpo depende de su masa ya que, por ejemplo, si se ejerce la misma fuerza sobre un borrador y sobre un banco del aula, se puede observar que en el cuerpo de menor masa, en este caso el borrador, se logra una mayor aceleración. Se formaliza la segunda ley de Newton de la siguiente manera: “la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él y de igual dirección y sentido. La constante de proporcionalidad entre ambas es la masa del cuerpo”Pero ¿Qué es la aceleración? La aceleración es el cambio o variación de la velocidad en un intervalo de tiempo. En el SI la aceleración se mide en m/s2.Esta ley nos proporciona una fórmula matemática : F=m . a

Tercera Ley: “PRINCIPIO DE INTERACCION”Una fuerza es el resultado de interacciones entre cuerpos o sistemas de cuerpos. Según Newton, si dos cuerpos interactúan uno con el otro, entonces ejercen fuerzas entre sí.

Por ejemplo si una persona ejerce una fuerza sobre la pared, la pared también ejerce una fuerza de igual intensidad pero de sentido contrario, sobre la persona. Hay muchas situaciones donde se puede estudiar la presencia de los pares de fuerzas, conocidas tradicionalmente como acción y reacción.Esta ley se puede formalizar de la siguiente manera: “un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B también ejerce una fuerza sobre el cuerpo A de igual magnitud e igual dirección, pero de sentido contrario a la otra”

Recordando también que masa y peso son cosas diferentes existe una fórmula matemática para calcular el peso de un cuerpo p= m.g, siendo g=9,81 m/s2. Actividades:

1) Resuelve los siguientes ejercicios: a) Se empuja un ladrillo con una fuerza de 1,2 N y adquiere una aceleración de 3 m/

seg2, ¿Cuál es la masa del ladrillo?b) Determinar la aceleración de un cajón de 20 kg a lo largo de un suelo horizontal

cuando se empuja con una fuerza de 10 N.c) Calcular la masa de un cuerpo que al recibir una fuerza de 20 N acelera a 5 m/seg2.d) Que masa y peso tiene una persona que pesa 65 N en los siguientes casos: i) Un

lugar donde la aceleración de la gravedad es de 3,8 m/seg2 , ii) otro lugar donde la aceleración de la gravedad es de 9,65 m/seg2.

e) Si la gravedad en un planeta es de 1,62 m/seg2, calcular el peso de una persona en el sí en la tierra pesa 80kgf.

f) Sobre un cuerpo de 20 Kg actúa una fuerza de 10 N. calcular la aceleración que adquiere. ¿Y si la fuerza es de 5 kgf?

g) Con que aceleración se desplazará una esfera de modo tal que recibe una fuerza de 7,5N si su masa es de 5Kg.

h) Cuánto pesa un niño de 10 Kg de masa en un planeta donde la aceleración de la gravedad es cuatro veces la terrestre. ¿Y en la tierra?

i) ¿Cuánto pesara en el Ecuador un cuerpo que bajo la acción de una fuerza de 245 kgf adquiere una aceleración de 5m/seg2? ¿Y cuál es su masa?

j) ¿Dónde peso más en la tierra o en la luna? ¿Por qué?k) ¿Qué aceleración tiene un cuerpo que pesa 40 kgf , si actúa sobre él un fuerza de 50

N?l) ¿Cuál es la masa y el peso de un cuerpo que se desplaza con una aceleración de 1,5

m/seg2 que recibe una fuerza de 7,5 N?m) ¿Qué fuerza se le debe imprimir a una masa de 500 g para que adquiera una

aceleración de 20 cm/seg2? expresarla en los tres sistemas.n) En la luna la aceleración de la gravedad es de 1,67 m/seg2. ¿Cuánto pesaría Ud. si

se pesase en la luna y su masa?o) Sobre un cuerpo de masa 2 kg se aplica una fuerza de 56 N ¿Cuál es la aceleración

que adquiere?p) Sobre un cuerpo que pesa 2 N se aplica una fuerza de 56 N ¿Cuál es la aceleración

que adquiere?q) ¿Qué aceleración adquiere un cuerpo de 10 kg por la acción de una fuerza de 10

kgf?

r) ¿Qué aceleración adquirirá un cuerpo de 0,5 kg cuando sobre el actúa una fuerza de 200000 D?

s) Si la masa de un cuerpo es de 20 kg y el peso es de 567 N. ¿Cuál es la fuerza de gravedad?

t) ¿Cuál es la masa y peso de un cuerpo si su aceleración es de 32 cm/seg2 y su fuerza de 83 kgf?

Rapidez Y velocidad: en el leguaje cotidiano empelamos estas dos palabras como sinónimos. En física hacemos una distinción entre ellas. Cuando decimos que un auto viaja a 70 km/h estamos indicando su rapidez, pero si decimos que un vehículo se desplaza a 70 Km/h hacia el norte sobre la ruta 9, estamos especificando su velocidad.

Dependiendo de las características de la velocidad y la trayectoria que sigue un cuerpo se pueden presentar distintos tipos de movimiento: para movimientos cuya trayectoria sigue líneas rectas, podemos distinguir dos tipos en función de su velocidad:

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU):

Este movimiento se denomina rectilíneo porque su trayectoria es una línea recta y uniforme porque su velocidad no varía, es constante. Recorre espacios iguales en tiempos iguales. Hay dos leyes que lo caracterizan:

1ra Ley: “La velocidad es contante” 2da Ley: “Los espacios recorridos son directamente proporcionales a los tiempos

transcurridos”

Gráficamente:

Podemos por ejemplo:

Resolver los siguientes ejercicios:

MRUV (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variable):

Se denomina rectilíneo porque su trayectoria es una línea recta y se denomina uniformemente variable porque su velocidad varía en forma contante.Podemos modificar el estado de movimiento de un objeto cambiando su rapidez, su dirección o ambas cosas. Cualquiera de estos cabios constituye un cambio de velocidad.

Matemáticamente a la aceleración se la puede expresar: a=v f −vi

t las unidades son: m/s2 o

cm/s2 o km/h2.Despejando esta fórmula podemos obtener la formula de velocidad final:v f=v i+a . tSi la variación de velocidad es positiva significa que está aumentando la velocidad, en este caso la aceleración es positiva y se denomina movimiento acelerado.Si la variación es negativa significa que la velocidad está disminuyendo y se denomina movimiento desacelerado o retardado.

Para calcular es espacio o distancia usaremos la siguiente fórmula: e=12

a . t 2+v i . t

Graficas del MRUV:

En este movimiento se pueden realizar tres graficas: a(t) aceleración en función del tiempo. v(t) velocidad en función del tiempo. e(t) espacio en función del tiempo.

Grafica de velocidad:

Grafica de aceleración:

Veamos un ejemplo y sus graficas:

Tenemos un auto parado en un semáforo cuyo conductor al ver la luz verde aprieta el acelerador y produce durante 4 segundos una aceleración constante de 5 m/s2. Se pide:

a) ¿Qué espacio recorrió en esos cuatro segundos?b) ¿Qué velocidad alcanzo al cabo de esos cuatro segundos?c) Si luego de esos cuatro segundos, mantuvo la velocidad alcanzada durante diez

segundos ¿Qué espacio recorrió en los catorce segundos totales?d) Graficar el espacio y la velocidad en función del tiempo, pero para el punto “C”

Resuelve los siguientes ejercicios:

1) Calcular la aceleración de un móvil que en 20 s, partiendo del reposo, adquiere una velocidad de 60 m/s.

2) Un móvil pasa por un punto llamado A con una velocidad de 45 km/h y por otro llamado B a razón de 60 km/h. ¿Cuál es su aceleración si tardo en cubrir la distancia de A a B 2 minutos?

3) Un móvil pasa por una localidad a razón de 40 km/s y después de un minuto su velocidad es de 90km/h ¿Cuál es el valor de la aceleración?

4) Un móvil posee una velocidad de 15 m/s. si en ese instante aplica los frenos y se detiene después de 20 segundos. ¿Cuál es su aceleración?

5) Cuál es la velocidad de un móvil a los 2 minutos si parte del reposo con una aceleración de 0,8 m/s2.

6) Un móvil posee una velocidad de 15m/s, adquiere una aceleración de 0,5 m/s s ¿Cuál será la velocidad al cabo de 40 segundos y cuál es el espacio recorrido?

7) Un cuerpo posee una velocidad inicial de 90km/h y recorre 500 m en 14 s. ¿Qué aceleración adquiere y que velocidad poseerá en ese instante?

8) Calcular la velocidad que posee un cuerpo que parte del reposo al cabo de 4 minutos si su aceleración es de 0,5 m/s2.

9) Qué tiempo empleará un móvil que parte del reposo a 30 m/ss en recorrer 14,5 km.10) Un vehículo marcha a 72 km/h. Entra en una pendiente y adquiere una aceleración

de 0,5 m/s2 y la recorre durante 6 segundos hasta llegar a terreno llano. ¿Cuál es el largo de la misma?

11) ¿Qué distancia recorre en 2 minutos un móvil que parte con una velocidad de 30 m/s y una aceleración de 0,6 m/s2?

12) ¿Cuál será la aceleración de un ciclista que en cierto instante posee una velocidad de 45 km/h y 2 minutos después va a 20 km/h?

13) Un proyectil parte del reposo con una aceleración de 0,4 m/s2 ¿Qué velocidad posee después de un cuarto de hora y que distancia recorrió en dicho tiempo?

14) Un tren posee una velocidad de 75 km/h. aplica los frenos y se detiene al minuto y medio. Calcular su desaceleración y la distancia recorrida.

15) Un móvil tiene una velocidad inicial de 30m/s comienza a desacelerar a razón de 0,5 m/s2 ¿Cuánto tiempo tardo en detenerse y que distancia recorrió?

16) Qué tiempo tardara en recorrer 16 km un móvil que partió del reposo con una aceleración de 30 cm/s2.

17) Un móvil parte del reposo y alcanza en 4 segundos una velocidad de 10 km/h ¿Cuál es su aceleración si el movimiento es MRUV? ¿Cuál es la posición al cuarto segundo? ¿Cuál es la distancia recorrida entre el octavo y el decimo segundo?

18) Un móvil que avanza a 10m/s comienza a acelerar a razón de 2 m/s2 hasta recorrer 100 m. calcular cuánto tiempo tardo en recorrer dicha distancia y que velocidad final alcanzo.