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FUERZA Se define como la causa del movimiento de un cuerpo y es la interacción entre 2 cuerpos. a)Los efectos que produce una fuerza son: Deformaciones, Rupturas y cambios de velocidad. b)En relación al tiempo en que actúa una fuerza se clasifican en: Fuerzas instantáneas y Fuerzas Constantes. Fuerzas Instantáneas: Son aquellas fuerzas que actúan un pequeño intervalo de tiempo, generando un movimiento rectilíneo uniforme.- Por ejemplo: El golpe que da el taco del billar a la pelota, el puntapié a una pelota. Etc. Fuerzas Constantes: Son aquellas fuerzas que acompañan al cuerpo en todo su movimiento generando movimientos rectilíneos uniforme acelerado y retardado. Por ejemplo: La fuerza de gravedad, la fuerza eléctrica, la fuerza, magnética, la fuerza de roce. Una fuerza se caracteriza porque es una magnitud vectorial debido a que posee un punto de aplicación, modulo, dirección y sentido: - Punto de aplicación: Es el lugar donde nace una fuerza - Modulo: Medida de la fuerza - Dirección: Línea donde se mueve una fuerza - Sentido: lugar donde se dirige una fuerza Fuerza Peso: Es la fuerza que ejerce nuestro planeta sobre la masa de todos los cuerpos que están a cierta distancia de él .- La dirección de esta fuerza apunta hacia el centro de la tierra La fuerza de gravedad o el peso es la responsable de que los cuerpos caigan .- La Expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la segunda ley de Newton pM g

PRINCIPIOS DE NEWTON Primer Principio de Newton o Ley de Inercia: “En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en reposo, seguirá en reposo y todo cuerpo que está en movimiento seguirá en movimiento uniformemente rectilíneo” Aspectos: - En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en reposo, seguirá en reposo - En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en movimiento, seguirá en movimiento con velocidad constante, es decir, manteniendo su módulo, dirección y sentido Segundo Principio de Newton o Ley de Masa: “Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, produce cambios de velocidad (aceleraciones, retardaciones y cambios de dirección y sentido) que son proporcionales a la fuerza aplicada e inversamente proporcionales a la masa del cuerpo” Aspectos: a)A mayor masa de un cuerpo se produce menor aceleración y viceversa b)A mayor fuerza aplicada sobre un cuerpo produce mayor aceleración Tercer Principio de Newton o Ley de Acción y Reacción: “Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza (Acción) sobre otro, este responde sobre el primero con una fuerza (Reacción) de igual módulo y dirección pero en sentido opuesto.” Aspectos:a-La Acción y Reacción son fuerza b-La Acción y Reacción son fuerza que poseen igual módulo y dirección c-La Acción y Reacción son fuerza que poseen sentidos opuestos d-La Acción y Reacción son fuerza que aparecen en forma simultánea e-La Acción y Reacción son fuerza que se aplican sobre cuerpos distintos Fórmulas y Unidades P = m · g donde: F = m · a N = kg · m/s2 del sistema M.K.S o S.I. D = gr · cm/s2 del sistema C.G.S Kp = Utm· m/s2 del sistema Técnico

P : Peso; m : masa y g : aceleración de gravedad F : Fuerza y a : aceleración N : Newton ; kg : m : metro y s : segundo D : Dina ; gr : gramo y cm : centímetro Kp: Kilopondio; Utm : unidad técnica de masa

NOTA: El instrumento para medir el peso de un cuerpo se denomina Dinamómetro PRINCIPIOS DE NEWTON Principio De Inercia (1er Principio) .- Es sabido por nuestra experiencia diaria que para mover un

cuerpo que esta en reposo, es necesario aplicarle una fuerza; como asimismo es necesario que intervenga una fuerza para detenerlo si esta en movimiento. Es decir, para cambiar el movimiento o el estado de reposo de un cuerpo es necesario que intervenga una fuerza; a esta propiedad de los cuerpos se le llama Inercia, la cual se manifiesta en muchas actividades nuestras; por ejemplo: al partir bruscamente un vehiculo los pasajeros se van hacia atrás; si se detiene o frena violentamente, los pasajeros se van hacia adelante; en los ascensores, en la subida o bajada rápida se experimenta una rara sensación debido a la inercia etc. Conclusión: ”No se produce ninguna variación en el movimiento de un cuerpo a menos que una fuerza actúe sobre un cuerpo”.- Esto quiere decir; Un cuerpo que esta en reposo continuará en reposo y si esta en movimiento seguirá en movimiento uniforme y rectilíneo hasta que una fuerza actúe sobre el cuerpo. Aplicaciones Del Principio De Inercia. - Los pintores sacuden la brocha para sacar el exceso de pintura. - Los carpinteros para afirmar la cabeza del martillo golpean el extremo del mango contra el suelo - Los perros, lo primero que hacen al salir del agua es aplicar este principio. Principio de acción y reacción. ”Toda acción da origen a una reacción igual y contraria” Debe aclararse que estas fuerzas actúan sobre cuerpos distintos, pues si las fuerzas actuaran sobre el mismo cuerpo, este no se movería. Existen muchos ejemplos que ilustran este principio que hacen ver la posibilidad de la acción de una sola fuerza, o sea, que toda acción trae aparejada una reacción. Aplicaciones del principio de acción y reacción (3er Principio) - Al colocar un cuerpo sobre una regla apoyada solo en sus extremos, se observa que esta se dobla de acuerdo con el peso del cuerpo, la acción la hace el cuerpo sobre la regla y la reacción la regla sobre el cuerpo. - Al colgar un cuerpo de un resorte, este se estirará hacer una reacción que sea igual al peso del cuerpo que hace la acción. - Cuando una persona se sienta sobre una silla con resortes, estos se contraerán lo suficiente para hacer una reacción sobre la persona, igual a la reacción que hace el peso de la persona sobre los resortes. - El tablón o trampolín de una piscina. - Los aviones a “Chorro” o reacción. Principio de masa (2do principio) “Al actuar una fuerza sobre un cuerpo produce cambios de velocidades (aceleraciones, retardaciones o cambios de dirección) Que se producen en el sentido de la fuerza y son proporcionales a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcionales a la masa del cuerpo” Siendo “M” la masa del cuerpo, “ a ” la aceleración que obtiene con la fuerza “F” podemos escribir algebraicamente este principio en la forma siguiente: a



F M

Siendo

 el signo de proporcionalidad.

De donde KM  A , Siendo K un factor de proporcionalidad, usando las unidades de los 3 sistemas ya conocidos se obtiene K=1, de donde resulta: Formula fundamental de fuerza

F  M a

Unidades de fuerza - En el sistema C.G.S, La unidad de fuerza se llama “DINA” y es la fuerza necesaria para que la masa libre de 1 (gr) adquiera la aceleración de 1 cm 1 Dina = 1gr  cm

s2

s2

- En el sistema M.K.S, la unidad de fuerza se llama “NEWTON” y es la fuerza necesaria para que la masa libre de 1kg, adquiera la aceleración de 1 m 1

N

= 1Kg 

s2

.- Se designa por

N

m

s2 - En el sistema gravitacional, la unidad de fuerza es el kilogramo.- Peso o kulipond, que es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos a la masa de 1Kg a 45° de latitud y a nivel del mar, o bien, es la fuerza que debe

aplicarse a la U.T.M. Para adquirir la aceleración de 1 m 1 Kp = 1 utm



s2

.- Se designa por

Kg

o Kp.

m s2

GUIA DE EJERCICIOS FUERZA 1.-Una fuerza aplicada a un cuerpo de 2kg de masa le comunica una aceleración de 3m/s 2. Calcular la aceleración que comunicaría si actuara sobre un cuerpo de masa: a) 1kg, b)4kg. Respuesta: a) 6 m/s 2, b) 1,5 m/s2. 2.-Una fuerza de 4kp aplicada en un cuerpo le comunica una aceleración de 1 m/s 2. Hallar la fuerza aplicada a dicho cuerpo le comunique una aceleración de a) 0,5 m/s2, b) 5 m/s2.Respuesta: a) 19,6 N; b) 196 N. (Convierta las cantidades expresadas en utm y kp: utm = 9,8 kg y kp = 9,8 N) 3.-Calcular el peso de un cuerpo cuya masa es a) 2kg; b) 0,5g; c) 2utm; d) 0,5 utm. Respuesta: a) 19,6 N ; b) 4,9 x 103N ; c) 48,02 N. Donde un utm = 9,8 kg y kp = 9,8 N 4.-Un bloque pede del extremo de una cuerda. Calcular la masa de dicho bloque sabiendo que la tensión de la cuerda es a) 4,9 N; b) 9,8 N; c) 4,9 x 10 -5 N. Respuesta: a) 0,5 kg; b) 1 kg; c) 0,5 kg. 5.-Calcular la aceleración producida por una fuerza: a) de 5N aplicada a una masa de 2kg; b) de 5 Dinas aplicada a una masa de 2 gr; c) de 5kp aplicada a una masa de 2 utm; d) de 1kp aplicada a un cuerpo de 9,8 kp de peso. (Convierta las cantidades expresadas en utm y kp: utm = 9,8 kg y kp = 9,8 N) Respuesta: a) 2,5 m/s2; b) 2,5 cm/s2; c) 2,5m/s2; d) 1m/s2. Donde un utm = 9,8 kg y kp = 9,8 N 6.-Hallar la fuerza constante que aplicada a un cuerpo de 30kp de peso le comunica: a) Una aceleración de 3 m/s2 Respuesta: a) 9,2 kp b) Una aceleración de 30 m/s min. Respuesta: b) 1,53 kp c) Una velocidad de 9 m/s a los 6 seg. de empezar a moverse. Respuesta c) 4,6 kp; d) Recorrer un espacio de 30 m. en 5 segundos de empezar a moverse. Respuesta: d) 7,34 kp; e) Un incremento de su velocidad desde 5 m/s hasta 15 m/s en 4 segundos. Respuesta: f)15,3 kp. f) Una disminución de su velocidad desde 20 hasta 10 m/s en 30 m de recorrido. Resp: f)15,3 kp. (Convierta las cantidades expresadas en utm y kp: utm = 9,8 kg y kp = 9,8 N) 7.-Calcular la fuerza que comunicaría una aceleración de: a) 2m/s2 a una masa de 2kg. b) 80 cm/s2 a una masa de 50 gr. Respuesta: a) 4 N ; b) 4 x 10-2 N (Donde D = Dina D = 10 -5 N.) 8.-Calcular el espacio que recorrerá un cuerpo de 5 kg.de masa, cuando sobre él actúe una fuerza constante de 1N durante 10 seg. Respuesta: 10 m. CONCEPTOS DE TRABAJO POTENCIA Y ENERGIA 1.-Concepto: trabajo mecánico es el vencimiento de una resistencia (fuerzas) a lo largo de un camino. Definición: trabajo mecánico: es el producto entre la fuerza vencida y la distancia que recorre el cuerpo . al que se le aplica la fuerza Fórmula: Unidades:

W = F x d x cosα Joule = N x m Erg = D x cm Kpm = kp x m

donde, α es un ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.

sistema MKS sistema CGS sistema técnico

donde N = Newton donde D = Dina donde Kp= Kilopondio

2.-Concepto: potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo mecánico. Definición: es la razón o cuociente entre el trabajo mecánico y el tiempo que demora en realizarse. Fórmula:

P = W/t

Unidades:

watt = Joule/s Erg/s Kpm/s

P=Fxv

P = w x h/t P = m x g x h/t

P = δ x V x g x h/t

sistema MKS sistema CGS sistema técnico

3.-Concepto: Energía cinética es la energía que posee los cuerpos debido a su movimiento. Definición: es ½ del producto entre la masa del cuerpo y el cuadrado de su rapidez. Fórmula:

Ec = m x v2/2

Unidades:

Joule = kg x m2/s2 Erg = gr x cm2/s2 Kpm = utmx m2/s2

sistema MKS sistema CGS sistema técnico

4.-Concepto: Energía potencial gravitatoria es la energía que poseen todos los cuerpos debido a su posición o altura respecto al suelo u otro nivel de referencia escogido como fijo. Definición. Es el producto entre el peso del cuerpo y la altura en que se encuentra Fórmula: Unidades:

Ep = w x h

donde w = peso

Joule = N x m Erg = D x cm Kpm = kp x m

sistema MKS sistema CGS sistema técnico

y

-. . .

w=mxg

donde N = Newton donde D = Dina donde Kp= Kilopondio

5.-Concepto: Energía mecánica (o total) es la energía que s conserva constante en los cuerpo. La energía . no se crea, ni se destruye sólo se transforma. E = Ec + Ep GUIA DE EJERCICIOS :TRABAJO 1. ¿Qué trabajo se efectúa, cuando una fuerza horizontal de 1000 N hace avanzar horizontalmente un cuerpo de 1000m? Respuesta: a) 1MJ. 2. ¿Qué trabajo se efectúa cuando una fuerza vertical de 100N hace avanzar verticalmente un cuerpo 100m? 3. Una grúa alza una carga de 50 KN a 20 m. Determinar el trabajo realizado. 4. Una fuerza de 3N actúa a lo largo de una distancia de 12m, en la dirección y sentido de la fuerza. Encuentre el trabajo realizado. Respuesta: 36 J. 5. Un objeto de 4kg se levanta 1,5m a) ¿Qué cantidad de trabajo se efectúa contra la gravedad?; b) Repítase el cálculo si el objeto se baja en vez de levantarse. Respuesta: a) 58,8J; b) -58,8J. 6. ¿Qué trabajo se efectúa al trasladarse una masa de 400gr. con la aceleración de 5m/s 2 a la distancia de 2km? Respuesta: 4000J. 7. Para trasladar 7m una fuerza en su misma dirección se efectúo el trabajo de 490J ¿Cuánto vale la fuerza? Respuesta: 70N GUIA DE EJERCICIOS: POTENCIA 1. Calcular la potencia mecánica desarrollada por una máquina capaz de realizar un trabajo de 300J en 4 segundos. Resp. 75 Watt 2. Una persona es capaz de realizar una potencia de 20 watt. Calcular el trabajo que desarrolla durante 2 minutos, realizando la potencia indicada. Resp. 2400 Joule 3 Calcular cuanto tarda en realizar un trabajo de 1000J, un motor que desarrolla 250 watt. Resp.4s .4. Calcular la rapidez con que se aplica una fuerza de 500 N. por un sistema que desarrolla una potencia de 2KW. Resp. 4 m/s 5. ¿Qué potencia desarrolla un hombre que levanta 500 ladrillos con un “peso” de 180 gramos cada uno por hora y a 5 metros de altura? Resp. 1,225 Watt 6. Encontrar la potencia de un motor capaz de levantar 200 Kg a una altura de 60 metros en 10 segundos. Resp.17.640 Watt 7. La tolva de un camión carga un bulto que pesa 420 kp cuando está medio cargado. Si se eleva dicha tolva a 5 metros en 6 segundos. Encontrar la potencia requerida. Resp. 350 Kpm/s GUIA DE EJERCICIOS: ENERGIA 1. Un ciclista que con su bicicleta pesa 70kp adquiere una velocidad de 36 km/h. Calcular la energía cinética desarrollada, en kpm, joules y kwh.Resp: 357 kpm; 3500 J y 9,7x10-4 kwh. 2. Calcular la energía potencial almacenada en un tanque con 1500 litros de agua, situado a 10 metros de altura respecto al suelo. Resp: 15000 kpm; 147000 J y 147 x 1010 ergs. 3. Hallar la energía cinética de una bala de 200g cuya velocidad es de 300 m/s .Resp: ; 9 x 103 J; 4. ¿Qué energía potencial adquiere un cuerpo de 5kg si se eleva a 1,5 m? Respuesta: 73,5 J. 5. ¿A qué altura debe alzarse un cuerpo de 6 kg para que adquiera la energía de 8J?Resp: 0,136 m. 6. Un cuerpo de masa 6,8 kg tiene una energía cinética de 540 J.¿Su velocidad.es ? Resp: 12,6 m/s. 7. Una mujer de 60 kg sube un tramo de escalera que une dos niveles separados 3,0 m. (a) ¿Cuánto trabajo realiza la mujer al subir de un nivel a otro?, (b) ¿En qué cantidad cambia la EPG de la mujer. Respuesta: (a) 1760 J; (b) 1,760 J.