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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica de La Fuerza Armada Nacional (Unefa)
NúcleoGuárico - Tucupido
Física
Profesor:
Leonel Herrera
Integrantes:
Anabel Arismendi C.I:22887023
Marleany García C.I: 21314741
Roy Ramos C.I: 27344166
Oswar Ojeda C.I: 26037954
JohalberMartínez C.I: 25757778
Índice
IntroducciónPág. 3
Caída Libre de los Cuerpos
Pág. 4
Velocidad Relativa
Pág. 4
Clasificación de las fuerzas según su comportamiento en la relación inter-cuerpoPág. 5
Leyes de NewtonPág. 6
Fuerzas de roce
Pag.10
Coeficiente de Roce
Pag.11
Fuerzas de adhesión y cohesión
Pag.12
Conclusión
Pag.13
Referencias Bibliográficas
Pag.14
Anexos
Pag.15
Introducción
En el presente trabajo es para aprender un poco más de las fuerzas y sus teorías. Entendemos
que fuerzas es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio
de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición
clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de
los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.También
se habla de las leyes de la física que son muy importantes de saber hoy en día, como
también de definiciones básicas para tener conocimiento de la vida y el espacio, es un
interesante trabajo que ayuda a tener un poco más de conocimiento
Caída libre de los cuerpos
Se conoce como caída libre cuando desde cierta altura un cuerpo se deja caer para
permitir que la fuerza de gravedad actué sobre él, siendo su velocidad inicial cero.
En este movimientos el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde
al eje vertical (eje "Y").
Es un movimiento uniformemente acelerado y la aceleración que actúa sobre los
cuerpos es la de gravedad representada por la letra g, como la aceleración de la gravedad
aumenta la velocidad del cuerpo, la aceleración se toma positiva.
En el vacío, todos los cuerpos tienden a caer con igual velocidad.
Un objeto al caer libremente está bajo la influencia única de la gravedad. Se
conoce como aceleración de la gravedad. Y se define como la variación de velocidad que
experimentan los cuerpos en su caída libre. El valor de la aceleración que experimenta
cualquier masa sometida a una fuerza constante depende de la intensidad de esa fuerza y
ésta, en el caso de la caída de los cuerpos, no es más que la atracción de la Tierra.
Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida
hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. Los cuerpos dejados en
caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo.
La aceleración de gravedad es la misma para todos los objetos y es independiente
de las masas de éstos.
En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. Si se desprecia la
resistencia del aire y se supone que aceleración en caída libre no varía con la altitud,
entonces el movimiento vertical de un objeto que cae libremente es equivalente al
movimiento con aceleración constante.
Velocidadrelativa
La velocidad relativa entre dos cuerpos es el valor de la velocidad de un cuerpo tal como la
mediría un observador situado en el otro. Denotaremos al valor la velocidad relativa del
cuerpo B respecto al cuerpo A como
.
Masa: En física, la masaes una medida de la cantidad de materia que posee un
cuerpo.1 Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa
inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema
Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.
Peso: En física clásica, el peso (del latín pensum) es una medida de la fuerza
gravitatoria que actúa sobre un objeto.1 El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo
sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre
la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por
su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido
aproximadamente hacia el centro de la Tierra.
Dinámica: La dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo
de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado
físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores
capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear
ecuaciones o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la
dinámica es prominente en los sistemas mecánicos(clásicos, relativistas o cuánticos), pero
también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos
principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el
estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.
Clasificación de las fuerzas según su comportamiento en la relación
inter-cuerpo
En general podemos decir que hay dos grandes grupos de fuerza: están las que
actúan por distancia (por medio de campos de fuerza y de energía) y las que actúan por
contacto, es decir que deben haber un o más puntos de contactos entre un cuerpo a otro.
La fuerza es ejercida siempre por un cuerpo sobre otro, hasta la llamada fuerza interna es
en realidad la fuerza de una molécula sobre otra molécula o un átomo sobre otro átomo
entre otros. La fuerza de la distancia corresponde a los cinco campos conocidos que son:
Gravitatorios, Magnéticos, Eléctricos; Nuclear débil y nuclear fuerte. Las fuerzas nucleares
y gravitatorias tienen relación con las masas de los cuerpos y son solo de atracción,
mientras que las fuerzas magnéticas y eléctricas pueden ser tanto de atracción como
repulsión.
Las fuerzas que actúan por contacto son muy variadas pero se pueden enumerar por
medio del efecto que producen como por ejemplo:
-
Aceleradoras (de empuje, tracción, entre otros)
Deformadoras (de estiramiento, torsión entre otros)
De ruptura
También se pueden clasificar por conservadoras o disipativas, es decir si conservan o
no la cantidad de energía. Son conservadoras las elásticas por ejemplo y son disipativas las
de rozamiento siempre.
Leyes de newton
Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,1 son
tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas
planteados por la mecánica, en particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.
Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el
universo.
-
Primera ley: La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un
cuerpo solo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton
expone que:
“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a
no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él”.
Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado
inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una
fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en
cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas
de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de
concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se
debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como
está a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe
ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto en movimiento no se
detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en
reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre
ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia
conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia
desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se
mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, ya que siempre
hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, no obstante siempre es posible
encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se
pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, por ejemplo,
suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.
Lo anterior porque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración traslacional y
rotacional estas son del orden de 0.01 m/s^2 y en consecuencia podemos considerar que
un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema
de referencia inercial.
-
Segunda ley: La segunda ley del movimiento de Newton dice:
“El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la
línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”
Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene
por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de
movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios
experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz
y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones
en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa, la fuerza y la aceleración
están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del
momento que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la
misma tasa de cambio en el momento del objeto.
En la mayoría de las ocasiones hay más de una fuerza actuando sobre un objeto, en
este caso es necesario determinar una sola fuerza equivalente ya que de ésta depende la
aceleración resultante. Dicha fuerza equivalente se determina al sumar todas las fuerzas
que actúan sobre el objeto y se le da el nombre de fuerza neta.7
En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:
Dónde:
Es el momento lineal
La fuerza total o fuerza resultante.
Suponiendo que la masa es constante y que la velocidad es muy inferior a la luz la
ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera:
Sabemos que es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m es la masa del
cuerpo y V su velocidad.
Consideramos a la masa constante y podemos escribir
modificaciones a la ecuación anterior:
aplicando estas
La fuerza es el producto de la masa por la aceleración, que es la ecuación
fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada
cuerpo, es su masa de inercia. Veamos lo siguiente, si despejamos m de la ecuación
anterior obtenemos que m es la relación que existe entre y . Es decir la relación que
hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene
una gran resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene mucha
inercia. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del
cuerpo.
Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula
tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta.
La expresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para
la mecánica relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente en las
dos teorías: mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre
la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista
establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve
dicho cuerpo.
De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza
o newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el
newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le produce una aceleración
de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han de tener la misma dirección y
sentido.
La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de
la dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita para producir los diferentes
tipos
de
movimiento: rectilíneo
uniforme (m.r.u), circular
uniforme (m.c.u)
y uniformemente acelerado (m.r.u.a).
Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el vector suma
de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con
una resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una
aceleración descendente igual a la de la gravedad.
-
Tercera ley: “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere
decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en
sentido opuesto”
La tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya habían
sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la
mecánica un conjunto lógico y completo.8 Expone que por cada fuerza que actúa sobre un
cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario
sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma
recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido
opuesto.
Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga
instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación
original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por
el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c".
Es importante observar que este principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas
al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas.
Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con
las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios de conservación del momento
lineal y del momento angular.
Fuerza de roce
Las fuerzas de roce son fuerzas producidas entre cuerpos en contacto, y que por su
naturaleza oponen resistencia a cualquier
tipo de movimiento de uno respecto al
otro.
El roce entre dos superficies en
contacto ha sido aprovechado por
nuestros antepasados más remotos para
hacer fuego frotando maderas.
Históricamente, el estudio del roce
comienza con Leonardo da Vinci quien
dedujo las leyes que gobiernan el
movimiento de un bloque rectangular que
se desliza sobre una superficie plana. Sin
embargo, este estudio pasó
desapercibido.
En el siglo XVII Guillaume
Amontons, físico francés, redescubrió las
Para mover el mueble, primero hay que
leyes del roce (o rozamiento) estudiando
vencer la fuerza de roce estática.
el deslizamiento seco de dos superficies
planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros
de Física General:
• La fuerza de roce se opone al movimiento de un bloque que se desliza sobre un
plano.
• La fuerza de roce es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el
bloque.
• La fuerza de roce no depende del área aparente de contacto.
El científico francés Coulomb añadió una propiedad más:
• Una vez empezado el movimiento, la fuerza de roce es independiente de la velocidad.
Coeficiente de roce
El coeficiente de roce es un valor numérico que varía entre el valor 0 (sin
rugosidad) hasta el valor infinito (máxima rugosidad).
Pensemos en la superficie más lisa que se nos ocurra. Según las experiencias
personales la respuesta puede variar desde una cerámica o una baldosa encerada o un
trozo de hielo. Una superficie áspera puede ser el cemento, una lija, un rallador o una
pared.
En realidad, en estricto rigor, decir que una superficie es lisa o áspera es algo
relativo, obedece a una comparación.
Escojamos una superficie lisa. Al tacto puede que se sienta muy lisa, pero vista con
una lupa aquello que nos parece liso al tacto pasa a ser “rugoso” a la vista.
Ahora se puede apreciar que cuando una superficie se desliza por sobre otra, o viceversa,
para que se produzca el deslizamiento hay dificultades para el desplazamiento, esa
dificultad es la que denominamos “rugosidad” y la rugosidad entre dos superficies en
contacto se mide por el “coeficiente de
roce”.
Por
cierto
que
diferentes
superficies en contacto determinan
diferentes rugosidades.
Para las mismas condiciones de
superficie y objeto que se quiere mover o
que
está
en
movimiento
de
deslizamiento, es mayor la fuerza de roce
estática que la cinética. Esto significa que para empezar a mover un objeto hay que hacer
un esfuerzo mayor que para mantenerlo en movimiento deslizante.
En un diagrama de fuerzas de un objeto en movimiento, la fuerza de roce cinética
o con el aire se representa con una flecha que apunta en sentido contrario al movimiento.
En el caso de un automóvil, al presionar el acelerador el motor ejerce una fuerza hacia
delante en una medida igual a la fuerza de roce que se opone a su movimiento, y, en
consecuencia, lleva una velocidad constante.
Si la fuerza que proporciona el motor al vehículo es mayor que la fuerza de roce,
entonces el vehículo aumentará su velocidad.
Si la fuerza que proporciona el motor al vehículo es menor que la fuerza de roce,
entonces el vehículo disminuirá su velocidad.
Fuerzas de adhesión y cohesión
-
Adhesión: La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman
dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se
mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas
de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un
ejemplo claro.
-
Cohesión: Las fuerzas de cohesión son las fuerzas que atraen y mantienen unidas
las moléculas. Es la acción o la propiedad de las moléculas, de cómo se pegan entre
sí, siendo fuerzas de carácter atractivo. Esta es una propiedad intrínseca de una
sustancia que es causada por la forma y la estructura de sus moléculas que hace
que la distribución de los electrones en órbita irregular cuando las moléculas se
acercan la una a la otra, creando atracción eléctrica que pueden mantener una
estructura macroscópica tal como una gota de agua. En otras palabras, la cohesión
permite a la tensión superficial, la creación de un estado condensado
Conclusión
La fuerza es una modelización matemática de intensidad de las interacciones, junto
con la energía. Así por ejemplo la fuerza gravitacional es el jalón que se dan los cuerpos
que tienen masa, el peso es el jalón que la tierra da a los objetos en las cercanías de su
superficie, la fuerza elástica son los empujones o jalones que ejerce un resorte
comprimido o estirado respectivamente, etc. En física hay dos tipos de ecuaciones de
fuerza: las ecuaciones "causales" donde se especifica el origen del jalón o empujón: por
ejemplo la ley de la gravitación universal de Newton o la ley de Coulomb y las ecuaciones
de los efectos (la cual es fundamentalmente la segunda ley de Newton).
La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los cuerpos
(efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si
estaban inmóviles (efecto dinámico). En este sentido la fuerza puede definirse como toda
acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo
(imprimiéndole una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad.
Comúnmente nos referimos a la fuerza aplicada sobre un objeto sin tener en cuenta al
otro objeto u objetos con los que está interactuando y que experimentarán, a su vez, otras
fuerzas. Actualmente, cabe definir la fuerza como un ente físico-matemático, de carácter
vectorial, asociado con la interacción del cuerpo con otros cuerpos que constituyen su
entorno.
Por ello entendemos que hay muchos tipos de fuerza y que varios de ellos los vemos diario
en nuestras vidas cotidianas, como en automóviles, al mover algún objeto al despegar un cuerpo
de otro, entre otros. Así como la caída libre que se aplica cuando una persona u objeto se lanza
desde cierta altura y cae libre atraído por la gravedad. Por otro lado Entendemos así que las
leyes de newton son ciertas importantes para saber porque suceden los movimientos que vemos
cotidianamente
Referencias Bibliográficas
https://es.wikipedia.org/wiki/Adhesi%C3%B3n
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Fuerza_Roce.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton
http://blogfisica-blogfisica.blogspot.com/2009/07/clasificacion-de-la-fuerza-segun-su.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1mica
https://es.wikipedia.org/wiki/Peso
https://es.wikipedia.org/wiki/Masa
http://www.monografias.com/trabajos81/caida-libre/caida-libre.shtml
https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_relativa
Anexos