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Física fisica.indb 285

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1 Estática Desde hace muchos años hasta la actualidad, el estudio de la estática ha sido de gran importancia en las construcciones de grandes estructuras, por ejemplo: Machu Picchu, la torre Eiffel, la casa de la ópera de Sidney, entre otras. Y entonces: ¿qué estudia la estática?

CONCEPTO

La estática es una rama de la física, que tiene la finalidad de analizar las condiciones que deben reunir un conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo para mantenerlo en equilibrio. Ahora estudiaremos la magnitud vectorial llamada «fuerza», que es la responsable del equilibrio mecánico de los cuerpos.

FUERZA

Expresa la medida de interacción entre dos cuerpos en la naturaleza. Esta puede ser por contacto directo o a distancia, por ejemplo, la atracción de los planetas hacia el Sol. La unidad de la fuerza en el Sistema Internacional (SI) es el newton (N).

Además, es importante mencionar esta ley:

TERCERA LEY DE NEWTON (LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN)

Establece que: «Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro cuerpo, el segundo ejerce una fuerza de igual valor (reacción) y opuesta sobre el primero». F

Faccción Freacción F

3.er AÑO - III BIMESTRE

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FÍSICA

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ESTÁTICA

FUERZAS MÁS USUALES:

1. Fuerza de gravedad o peso ( Fg, P, W) Es la fuerza con que la Tierra atrae a cualquier cuerpo hacia su superficie y se grafica siempre hacia abajo, apuntando al centro de la Tierra. P = m.g g g m Unidades en el SI: m g m = masa (kg) g = aceleración de la gravedad (m/s2) p p p g = 10 m/s2 P = peso o fuerza de gravedad (N) 2. Fuerza normal (N) Esta fuerza se produce debido al contacto entre dos cuerpos, se grafica perpendicular a la superficie de contacto. N

Tangente

N

N

N es la fuerza normal de la superficie al bloque.

3. Fuerza de tensión (T) Esta fuerza se encuentra presente en hilos, cuerdas, cables, etc., se manifiesta como “resistencia” a ser estirado y se grafica en la dirección de la cuerda, saliendo del cuerpo.

A

Corte imaginario

cuerda

Para una cuerda ideal, el módulo de la tensión es el mismo en cualquier punto de la cuerda.

T

T

T T

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (DCL)

Consiste en graficar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema. Para efectuar el DCL de un cuerpo, debemos seguir los siguientes pasos: 1. Aislar imaginariamente el cuerpo del sistema. 2. Graficar la fuerza de gravedad con un vector vertical hacia abajo. 3. Si el cuerpo está sujeto de cuerdas, graficar la tensión. 4. Si el cuerpo está en contacto con una superficie, graficar la fuerza normal, perpendicular a la superficie y empujando al cuerpo. g

N

Las fuerzas que actúan sobre este cuerpo son: peso (W), tensión (T) y la fuerza normal (N).

T

W

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FÍSICA

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3.er AÑO - III BIMESTRE

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ESTÁTICA

Verificando el aprendizaje NIVEL BÁSICO Encuentra las palabras en cada enunciado y completa el crucigrama: 1. La _________ normal es aquella que se produce cuando hay __________ entre superficies. 2. El DCL consiste en graficar __________ las fuerzas. 3. La fuerza de __________ se encuentra en cuerdas. 4. La fuerza de gravedad, también llamada _________. 5. Según el SI, toda fuerza se mide en ____________.

1 2 3

1

4 5

10. Realiza el DCL de las esferas:

NIVEL INTERMEDIO

37°

6. Si Ana tiene una masa de 55 kg y Gabriel tiene una masa 72 kg. ¿Cuánto pesan los dos juntos? (g=10 m/s2) 7. Grafica las fuerzas que actúan sobre los bloques:

11. Realiza el DCL de la esfera A: A

8. Grafica las fuerzas que actúan sobre las barras: B

12. Realiza el DCL de los bloques P y Q: 9. Realiza el DCL de la roca y el bloque: F

P Q

3.er AÑO - III BIMESTRE

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FÍSICA

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ESTÁTICA NIVEL AVANZADO 13. Lee el siguiente caso, luego analiza, grafica y responde: Supongamos que el valor de tu peso es de 680 N. Como sabes, este peso es una fuerza que actúa sobre ti en dirección vertical y dirigida hacia abajo.

A. ¿Qué fuerzas intervienen en el DCL? _____________________________________ _____________________________________

14. Cuando el astronauta Neil Amstrong descendió del módulo y pisó suelo lunar, el 20 de julio de 1969, su masa total, incluyendo su cuerpo, traje espacial y equipamiento de sobrevivencia era de aproximadamente 300 kg. El campo gravitacional de la Luna es, aproximadamente, 1/6 del campo gravitacional de la Tierra. Si la aceleración de la gravedad terrestre es aproximadamente 10,0 m/s2 podemos afirmar que: UNMSM 2018 – I a) En la Tierra, la masa total de Armstrong es de 50,0 kg y su peso es 3000 N. b) En la Tierra, la masa total de Armstrong es de 300 kg y su peso es 500 N. c) En la Luna, la masa total de Armstrong es de 50,0 kg y su peso es 3000 N. d) En la Luna, la masa total de Armstrong es de 300 kg y su peso es 500 N. e) El peso de Armstrong en la Luna y en la Tierra son exactamente iguales. 15. Realiza el DCL a cada cuerpo y responde: ¿cuántas fuerzas actúan sobre la esfera y el bloque?

B. ¿Dónde está aplicada la reacción del piso, cuál es su valor y dirección? _____________________________________ _____________________________________

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FÍSICA

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53° Respuesta:_________________________

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2 Primera condición de equilibrio Desde siempre, el hombre ante la necesidad de construir, ordenar, trasladar, desplazar algo, ha creado máquinas y herramientas como: cuerdas, cables, poleas, palancas, planos inclinados, etc., permitiendo realizar aquellas tareas. Todos los sistemas utilizados deben desplazarse a velocidad constante, para que los cuerpos se encuentren en equilibrio mecánico. Por ejemplo, En la construcción de casas y edificios, es necesario llevar materiales hacia los pisos más elevados y para ello se utilizan grúas con poleas y cuerdas que se encargan del transporte.

EQUILIBRIO MECÁNICO

Un cuerpo se encuentra en equilibrio si no posee aceleración, es decir, si se encuentra en reposo o moviéndose con velocidad constante. V=0

POLEA

Es una máquina simple que sirve para transmitir y cambiar la dirección de las fuerzas. 50N

V=constante

50N 50N

Equilibrio estático

Equilibrio cinético

50N

Para una misma cuerda que rodea a una polea fija, la tensión es la misma en cada punto de dicha cuerda.

PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

Nos dice que: “Si un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación, la suma vectorial de fuerzas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero”. F1

F2

Forma práctica

25N

25N

ΣF1= 0 F3

F4

ΣF(→) = ΣF(←) 50N ΣF(↑) = ΣF(↓)

3.er AÑO - III BIMESTRE

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Para una polea móvil que permite disminuir el esfuerzo requerido para levantar una carga, la fuerza se divide en dos cuando las cuerdas son verticales.

FÍSICA

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PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

Verificando el aprendizaje NIVEL BÁSICO Utiliza las siguientes palabras para completar los enunciados: simple cinético

primera

estático

cero

suma

polea fuerzas

1. Equilibrio _________ es cuando el cuerpo se encuentra en reposo y equilibrio _____________, es cuando el cuerpo se mueve con velocidad constante. 2. La _________ es una máquina ____________ que sirve para transmitir y cambiar la dirección de las ___________. 3. La ___________ condición de equilibrio nos dice que, la ______________ de fuerzas es igual a _________. 4. ¿Cuánta fuerza necesita Martín para mantener el cuerpo de 11 kg en equilibrio? (g=10 m/s2) a) 100 N b) 111 N c) 110 N d) 11 N e) 101 N

5. Determina el módulo de la tensión en la cuerda que sostiene al bloque de 15 kg, si se encuentra en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 105 N T b) 150 N c) 155 N d) 100 N e) 15 N NIVEL INTERMEDIO 6. Determina la masa del cuerpo, si se encuentra en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 0,09 kg P b) 90 kg c) 0,9 kg d) 9 kg N=90N e) 19 kg

2 fisica.indb 292

FÍSICA

7. Determina el módulo de la fuerza necesaria para que el bloque se encuentre en equilibrio. a) 15 N F b) 16 N 26N 8N c) 14 N d) 18 N e) 19 N 8. Calcula el módulo de la tensión T, si el bloque de 50 kg se encuentra en equilibrio. Considera la polea de masa despreciable. (g=10 m/s2) a) 200 N b) 250 N c) 350 N T d) 400 N e) 500 N

9. Si el cuerpo se encuentra en reposo, determina el módulo de la tensión T. a) 30 N 42N b) 32 N T c) 36 N 8N d) 38 N e) 34 N

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PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO 10. Calcula F+T si el cuerpo de 8 kg se encuentra en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 90 N T b) 92 N c) 82 N F 12N d) 80 N e) 72 N 11. Determina el módulo de la tensión en el punto A, si el bloque de 8 kg se encuentra en equilibrio. (g = 10 m/s2) a) 40 N b) 30 N c) 20 N d) 50 N e) 60 N

NIVEL AVANZADO 13. Determina el módulo de la fuerza normal que ejerce el techo sobre el bloque de 6 kg de masa, si lo sostiene una fuerza de módulo 70 N. (g=10 m/s2) a) 30 N b) 20 N c) 6 N d) 10 N e) 7 N 70N 14. Un hombre puede levantar hasta 950 N de peso, ¿podrá levantar unas pesas que tienen una masa total de 85 Kg? (g=10 m/s2)

A

12. Determina el valor de F, si el sistema se encuentra en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 60 N b) 30 N c) 15 N d) 35 N e) 90 N F

6 kg

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Justifica tu respuesta: ______________________ ______________________________________ 15. Se levanta un bloque de masa «m» como se muestra en la imagen. La polea tiene una masa de 3 kg y la cuerda es de masa despreciable. Si el bloque sube a velocidad constante, calcula la masa del bloque, si el módulo de la tensión del cable que sostiene a la polea es de 180 N. (g=10 m/s2) a) 7,0 kg b) 7,5 kg c) 0,7 kg d) 8,5 kg e) 3,5 kg

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FÍSICA

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Primera condición de equilibrio con triángulos de fuerzas Recordemos la clase pasada: La primera condición de equilibrio Nos dice que: “si un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación, sobre él actúan un conjunto de fuerzas cuya sumatoria es igual a cero” Donde: FR = ΣF = 0 Pero la primera condición de equilibrio no solo se cumple para fuerzas verticales y horizontales, sino también para fuerzas que forman triángulos notables. ΣF(→) = ΣF(←)

ΣF(↑) = ΣF(↓)

 

Aplicación de la primera condición de equilibrio

Si se tiene un cuerpo en equilibro, las fuerzas que actúan sobre dicho cuerpo deben formar un polígono cerrado. En el caso particular que actúen solamente tres fuerzas sobre un cuerpo, estas fuerzas deben formar un triángulo cerrado. Ejemplo: Si se tiene un cuerpo en equilibrio. Primero se realiza el DCL.

θ T

θ N

P Luego, con las tres fuerzas se forma un triángulo y se aplica la condición. T θ ΣF =0 P N

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FÍSICA

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3.er AÑO - III BIMESTRE

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PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO CON TRIÁNGULOS DE FUERZAS

Verificando el aprendizaje NIVEL INTERMEDIO

NIVEL BÁSICO

3.

Determina el módulo de la fuerza F, para que el bloque se encuentre en equilibrio. 50N a) 40 N b) 60 N c) 30 N 37° F d) 50 N e) 70 N

4. Determina el módulo de la fuerza “F” para que el bloque se encuentre en equilibrio. a) 9 N F b) 12N c) 10 N 8N d) 8 N e) 14 N 6N 5. Determina el módulo de la fuerza “F” para que el bloque se encuentre en equilibrio. a) 8 N 15N b) 12 N c) 17 N F d) 10 N e) 9 N

37°

7. Si el módulo de la fuerza de tensión es de 70 N, determina el peso del bloque si se encuentra en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 60 N b) 55 N c) 45 N d) 35 N e) 25 N

60°

2. Determina el módulo de la fuerza F, para que el bloque se encuentre en equilibrio. a) 10 N 8 2N b) 6 N c) 8 N 45° F d) 11 N e) 7 N

6. Si la esfera de 4 kg de masa se encuentra en equilibrio, determina el módulo de la fuerza de tensión. (g=10 m/s2) a) 50 N b) 30 N c) 60 N d) 40 N e) 20 N

8. Si la esfera de 1,2 kg de masa se encuentra en equilibrio, determina el módulo de la fuerza normal. (g=10 m/s2) a) 16 N b) 14 N c) 12 N d) 15 N e) 18 N

53°

1. Completa el enunciado: “La primera condición de _____________ nos dice que, la sumatoria de ____________ que afectan a un ______________ es igual a _________”.

9. El peso de la esfera es 32 N. Calcula el módulo de la fuerza de tensión en la cuerda, si la esfera está en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 20 N b) 30 N 37 c) 60 N d) 50 N e) 40 N

12N

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FÍSICA

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PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO CON TRIÁNGULOS DE FUERZAS 10. Si la masa de la esfera es 7,2 kg. Calcula el módulo de la reacción de la pared si la esfera está en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 64 N b) 70 N c) 78 N 45° d) 72 N e) 68 N

14. Determina el módulo de las tensiones en las cuerdas A y B, sabiendo que el sistema se encuentra en equilibrio. El bloque tiene 12 kg. Dar como respuesta la suma de ambos módulos. (g=10 m/s2) a) 330 N b) 380 N 37° c) 360 N B O d) 340 N A e) 370 N

11. Determina el valor de “F” para mantener el equilibrio del bloque de 6 kg de masa. (g = 10 m/s2) a) 50 N b) 70 N 37° c) 60 N d) 80 N e) 40 N F

15. El semáforo de 21 kg de masa, se encuentra suspendido de los cables A y B, determina la tensión que soportan cada uno de ellos. (g=10 m/s2)

12. Si la esfera tiene 12 kg de masa y se encuentra en equilibrio, determina el módulo de la fuerza “F”. (g=10 m/s2) a) 210 N b) 220 N c) 180 N d) 200 N e) 190 N F

A 53°

B

a) 350 N – 280 N b) 380 N – 280 N c) 350 N – 260 N d) 340 N – 260 N e) 370 N – 280 N

37°

NIVEL AVANZADO 13. Si el bloque de 18 N de peso sube con rapidez constante, calcula el valor de F. (g=10 m/s2) a) 26 N Liso b) 24 N c) 30 N d) 18 N F e) 15 N 53°

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FÍSICA

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3.er AÑO - III BIMESTRE

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5 Dinámica lineal Desde hace mucho tiempo, el hombre siempre ha tenido la curiosidad de saber qué es lo que produce el movimiento de los cuerpos. Descubrirlo tomó muchos años, y lo que más impacto nos causa es el hecho de que el conocimiento de las leyes que explican el movimiento puede aplicarse tanto a cuerpos que están a nuestro alrededor como a los cuerpos celestes. Isaac Newton puso al alcance de todos, la comprensión de los movimientos a partir de sus causas y el trabajo de sus antecesores: Galileo, Kepler, Copérnico, Descartes, etc., le permitió tener una buena base para sus estudios, que culminaron en “las tres leyes de Newton”.  Primera ley (Ley de inercia).  Segunda ley (Ley de la fuerza).  Tercera ley (Ley de acción y reacción). DINÁMICA LINEAL Es parte de la física que estudia la relación entre el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos.

PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA

“Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento a velocidad constante, mientras que sobre él no actúe una fuerza exterior que le obligue a cambiar su estado”. Para entender mejor, veamos los siguientes casos: Cuando la persona está sobre la plataforma, avanza a velocidad constante y choca con el obstáculo, se interrumpe el movimiento de la plataforma, pero la persona por inercia continuará avanzando. Cuando la plataforma está en reposo y al aplicarle una fuerza, esta se pone en movimiento, la persona por inercia se resiste a moverse y tiende a mantenerse en el mismo lugar.

SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE LA FUERZA

«Toda fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo generará una aceleración en la misma dirección y sentido que la fuerza resultante, de modo que el valor de dicha aceleración es directamente proporcional a la fuerza resultante e inversamente proporcional a la masa del cuerpo» Las unidades según el SI son: F1 a FR F =Fuerza resultante (newton–N) F2 a= m FR=m.a mR =masa (kilogramo – kg) F m R m a = aceleración (m/s2) F3 NOTA: Cuando se tiene un sistema (varios cuerpos), en la ecuación varía la masa, es decir, se toma en cuenta la sumatoria de masas (masa total del sistema). F =m .a R total

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DINÁMICA LINEAL

Verificando el aprendizaje NIVEL BÁSICO 1. Observa las imágenes y escribe la ley de Newton a la que pertenece.

Acción

Reacción F

FR 2. Si F es la fuerza resultante sobre el auto que se muestra en la figura, señala el enunciado incorrecto.

Caso 3: 20N

F Caso 4: 70N 4kg

25N

Caso 1:

80N

6kg

35N _______________

5 fisica.indb 298

FÍSICA

120N

_______________

_______________

Caso 5:

3. Halla el módulo y dirección de la fuerza resultante en cada caso:

Caso 2:

45N 36N _______________

a) La aceleración apunta hacia la izquierda. b) El auto se mueve hacia la izquierda. c) La fuerza apunta en la misma dirección y sentido de la aceleración. d) El auto no se mueve. e) La fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales.

65N

F

_______________

4. Determina el módulo de la fuerza F, si el bloque experimenta una aceleración de módulo 5 m/s2. a) 45 N a b) 32 N F c) 40 N 8kg d) 30 N e) 42 N

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DINÁMICA LINEAL 5. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el bloque. a) 3 m/s2 a b) 4 m/s2 66N 42N c) 5 m/s2 6kg d) 2 m/s2 e) 6 m/s2 NIVEL INTERMEDIO 6. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el bloque. (g=10 m/s2) a) 7 m/s2 60N b) 4 m/s2 c) 5 m/s2 d) 6 m/s2 4kg e) 3 m/s2 7. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el bloque. (g=10 m/s2) a) 12 m/s2 b) 9 m/s2 c) 5 m/s2 d) 10 m/s2 35kg e) 8 m/s2 8. Determina el módulo de la fuerza F. a) 61 N 3m/s2 b) 40 N F 40N c) 21 N 7kg d) 47 N e) 28 N 9. El peso de la esfera es 32 N. Calcula el módulo de la fuerza de tensión en la cuerda si la esfera está en equilibrio. (g=10 m/s2) a) 50 N 2m/s2 b) 40 N F 20N c) 30 N 5kg d) 20 N e) 10 N 10. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el sistema. a a) 3 m/s2 2 b) 1 m/s c) 5 m/s2 40N 60N 12kg 8kg d) 2 m/s2 e) 4 m/s2

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11. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el sistema. a a) 4 m/s2 2 b) 8 m/s 80N 120N 3kg c) 5 m/s2 2kg d) 3 m/s2 e) 6 m/s2 12. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el sistema. a a) 5,5 m/s2 b) 4,5 m/s2 c) 2,5 m/s2 50N 5kg 3kg 2kg 25N d) 3,5 m/s2 e) 1,5 m/s2 NIVEL AVANZADO 13. Determina el módulo de la aceleración que experimenta el sistema. (g=10 m/s2) Si m (A)=3 kg y m(B)=7 kg a) 4 m/s2 b) 3 m/s2 c) 5 m/s2 A d) 2 m/s2 e) 6 m/s2 B 14. Determina la masa del bloque si el módulo de la aceleración es de 4 m/s2. a a) 9 kg b) 5 kg 80N c) 6 kg 5kg 7kg m d) 8 kg e) 7 kg 15. La esfera de 5 kg cae tal como se muestra en la figura. Si la resistencia del aire al movimiento de la esfera en todo momento tiene un módulo de 15 N, determina el módulo de la aceleración que presenta la esfera. (g=10 m/s2) a) 6 m/s2 b) 7 m/s2 c) 5 m/s2 g d) 4 m/s2 e) 8 m/s2

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FÍSICA

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6 Trabajo Mecánico La palabra “trabajo” puede significar realizar actividades físicas como intelectuales. Por lo tanto, no siempre implican realizar un trabajo mecánico, pues existen actividades a las que no se aplican fuerzas ni se producen desplazamientos como: cocinar, estudiar, escribir, etc.

Estas actividades pueden costar trabajo porque se realiza un esfuerzo físico o intelectual, pero no se trata de un trabajo mecánico como se define en Física.

TRABAJO MECÁNICO (W)

Magnitud física escalar es la capacidad que tiene una fuerza para producir un movimiento de traslación, si dicha fuerza no produce traslación entonces no realiza trabajo mecánico. No se realiza trabajo mecánico porque el cuerpo no se mueve.

Se realiza trabajo mecánico porque el cuerpo se mueve.

Para calcular el trabajo mecánico de cualquier fuerza: F θ W=F.d.Cos θ d

6 fisica.indb 300

FÍSICA

Unidades de medida según el SI: W = Trabajo mecánico (joule – J) F = Fuerza (newton – N) d = distancia (metros – m) θ = ángulo que forma la fuerza F con el eje horizontal.

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11/07/2019 09:13:00 p.m.

TRABAJO MECÁNICO

Casos especiales: 1. Cuando la fuerza está a favor del movimiento, el trabajo mecánico es positivo.

2. Cuando la fuerza está en contra del movimiento, el trabajo mecánico es negativo.

3. Cuando la fuerza sea perpendicular al movimiento, el trabajo mecánico es nulo. F

F

F

W= –F.d

W= +F.d

W= 0

d

d

d

TRABAJO MECÁNICO NETO (WN)

Es la suma algebraica de todos los trabajos producidos por todas las fuerzas presentes. F2 F1

A

F3

W =W + W +W N

F1

F2

F3

d

EL TRABAJO MECÁNICO EN UNA GRÁFICA: FUERZA (F) – POSICIÓN (X)

En cualquier grá¬fica F – X, el trabajo que efectúa la fuerza equivale al área debajo de la gráfica. F

F

Trabajo (W) = área (A) A

O

d

A

O

x

d

x

Verificando el aprendizaje NIVEL BÁSICO 1. Completa los enunciados:  El trabajo es negativo cuando:  El trabajo es nulo cuando:  El trabajo es positivo cuando:

___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________

2. En la siguiente imagen: ¿Carlos realiza trabajo mecánico al empujar la caja con una fuerza de 50 N? ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ 5m

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FÍSICA

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11/07/2019 09:13:00 p.m.

TRABAJO MECÁNICO 3. Determina el trabajo desarrollado por la fuerza F, si el bloque se mueve desde A hasta B. a) 400 J F=40N b) 200 J c) 300 J d) 500 J 5m e) 100 J A B 4. ¿Qué trabajo desarrolla la fuerza F de módulo 40 N para desplazar al bloque desde A hasta B, si la medida de AB = 2 m? F a) - 80 J b) 20 J c) - 40 J d) Cero A B e) 80 J 5. ¿Qué trabajo desarrolla la fuerza F, si el bloque se mueve desde A hasta B? F=12N a) - 120 J b) - 220 J c) 250 J 10m d) 220 J A B e) - 120 J NIVEL INTERMEDIO 6. Determina la cantidad de trabajo desarrollado por el peso de la esfera, si su masa es de 3 kg. (g=10 m/s2) A a) - 260 J b) - 240 J c) 280 J 8m d) 240 J e) 300 J B 7. Si el cuerpo está subiendo, determina el trabajo realizado por la fuerza “F”. 40N a) 60 J b) cero 60N F c) 80 J d) 40 J e) 30 J 8. ¿Qué trabajo desarrolla el peso de la esfera de 7 kg de masa para subir desde A hasta B? Si la superficie es lisa. (g=10 m/s2) B a) 470 J b) - 420 J 6m c) 250 J d) 420 J A 9m e) - 630 J

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FÍSICA

9. Un cuerpo de 3 kg de masa se deja caer libremente desde una altura de 5 m. ¿Qué trabajo realiza su peso hasta llegar al piso? (g=10 m/s2) a) 150 J b) 120 J c) 110 J d) 130 J e) cero 10. Si un cuerpo de desplaza sobre una superficie horizontal y lisa, determina el trabajo neto. 70N a) 180 J b) - 200 J 60N 80N c) 200 J d) - 180J e) 300 J C D 10m 11. Calcula el trabajo realizado por un cuerpo que se traslada en forma horizontal, debido a una fuerza F variable, desde la posición: x = 0 a x = 12 m. a) 60 J F(N) b) 50 J 10 c) 80 J d) 70 J e) 40 J 0 4 12 x(m) 12. Si el bloque de 5 kg de masa sube por la acción de una fuerza F de módulo 70 N, determina el trabajo neto. (g=10 m/s2) liso a) 20 J B b) 30 J F c) 40 J d) 10 J 8m e) 50 J A

53°

6m

NIVEL AVANZADO 13. Un cuerpo de 5 kg de masa está inicialmente en reposo sobre un plano horizontal sin fricción. Si se aplica una fuerza horizontal de 20 N por un tiempo de 5 s, ¿cuál es el trabajo desarrollado por esta fuerza? a) 2000 J b) 2500 J c) 3500 J d) 1000 J e) 1500 J

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TRABAJO MECÁNICO 14. Una fuerza F levanta verticalmente un objeto de 4 kg de masa con una aceleración de 5 m/s². Calcula el trabajo realizado por la fuerza F luego de subir el objeto 6 m. (g = 10 m/s²) a) 330 J F d) 380 J c) 360 J 4kg  a=5m/s2 d) 340 J e) 370 J 6m

15. La figura muestra la variación de la magnitud de la fuerza aplicada a un cuerpo en función de la posición. Determina el trabajo realizado por la fuerza entre 0 y 4 m. F(N) 5 3 1 0 a) 18 J d) 12 J

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2 b) 14 J e) 20 J

4

x(m) c) 16 J

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7-8 Energía La energía es uno de los conceptos más importantes de la Física, el término «energía» es uno de los que más se utiliza en nuestro lenguaje cotidiano. La energía está presente en todas las actividades que desarrollamos en la naturaleza. Por ejemplo: tomas la movilidad para ir a tu colegio, al llegar la noche enciendes la luz, usas el horno microondas, te alimentas, enciendes la radio. Todo eso requiere de energía. Por tanto, diremos que la energía se manifiesta cuando pasa de un cuerpo a otro, por ejemplo, el aire tiene energía porque es capaz de mover las aspas de un molino.

Energía es la capacidad de un cuerpo para realizar una acción o un trabajo sobre otros cuerpos.

En el Sistema Internacional, la energía se mide en joule (J), en honor al físico inglés James Joule (1818-1899).

ergía La palabra en os proviene de d s: go ie gr vocablos e u q , “en” y “ergon” ó ci n”. significa “en ac

Se cumple que: “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma

CARACTERÍSITCAS DE LA ENERGÍA:

La energía no es algo tangible, pero presenta características que permiten reconocerla y comprender su utilidad. Se degrada Se almacena Se transforma Pierde calidad. Parte La energía se La energía se de la energía se almacena y va transforma en otro queda en el propio liberando en otra tipo de energía. cuerpo, (energía in- forma de energía terna) o se pierde en forma de calor (cede al ambiente). La energía química La energía química La energía solar en del motor de un de las pilas. energía eléctrica. auto.

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Se conserva En cada transformación, la cantidad total de energía se conserva

Se transfiere La energía se transfiere de un cuerpo a otro.

La energía calorífica de la fogata forma parte de la energía del universo.

La energía mecánica se transfiere entre el colchón y el cuerpo del niño.

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ENERGÍA

TIPOS DE ENERGÍA

4. Energía eléctrica:

1. Energía mecánica:

Energía generada por el movimiento de cargas eléctricas en el interior de cables conductores. Es una energía capaz de transformarse en muchísimas otras formas de energía, como la energía luminosa (lámparas), la energía térmica (estufas) y la energía mecánica (motores), etc.

Es la energía ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos. Además, es la suma de dos energías: A. Energía cinética: Energía que poseen los cuerpos debido a su movimiento (velocidad). B. Energía potencial: Energía que poseen los cuerpos debido a su posición (altura).

5. Energía radiante o solar:

Energía obtenida mediante la captación de la luz natural y el calor emitido por el sol, la característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío y nos permite ver todo lo que nos rodea. Además, hace posible el proceso de fotosíntesis y el hombre la aprovecha, transformándola en energía eléctrica mediante los paneles solares.

2. Energía hidraúlica:

Energía generada por el movimiento del agua de los ríos. Es una energía muy utilizada por el hombre, ya que la aprovecha para transformarla en energía eléctrica.

6. Energía nuclear: 3. Energía eólica:

Energía que producen los vientos en la atmósfera terrestre. Esta energía se utiliza para mover los molinos de viento y así moler granos de trigo, maíz, etc. Además, hoy en día se aprovecha la energía del viento mediante los aerogeneradores para producir electricidad.

Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos. A. Fisión Nuclear: Se libera al dividir el núcleo de un átomo en fracciones más ligeras. B. Fusión nuclear: Se produce al unir dos átomos ligeros para convertirse en un átomo individual.

La energía nuclear es utilizada en la medicina (diagnóstico y terapia de enfermedades), electricidad (centrales nucleares) y bélicas. 3.er AÑO - III BIMESTRE

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ENERGÍA

7. Energía química:

Es la energía que poseen los compuestos químicos. Se manifiesta en todas las reacciones químicas, los alimentos, las pilas, las medicinas y combustibles. Esta energía se utiliza para el funcionamiento de máquinas, ya que están almacenadas en los combustibles, además, toda la energía que gasta nuestro cuerpo procede de la energía química de los alimentos.

8. Energía térmica:

Esta energía está relacionada con la temperatura de los cuerpos. Un cuerpo al bajar su temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. El agua hirviendo posee energía térmica. Al calentar un cuerpo se consigue el trabajo de cambiar su estado físico o producir dilatación en él. Debemos mencionar que la obtención de la energía térmica siempre provocará un impacto ambiental, porque la combustión libera dióxido de carbono y emisiones altamente contaminantes.

Verificando el aprendizaje NIVEL BÁSICO Completa cada enunciado y busca las palabras en la sopa de letras: 1. En el SI, la energía se mide en ______________. 2. La __________ no es tangible. 3. La palabra energía proviene de dos vocablos ___________ en ergón, que significa en _______________. 4. La energía no se _____________ ni se destruye, solo se ___________________. 5. La energía es la ___________________ de un cuerpo para realizar un ___________________.

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ENERGÍA NIVEL INTERMEDIO 6. ¿Qué tipo de energía posee un avión en pleno vuelo?

Rpta.: _________________________________ 7. ¿Qué tipo de energía mecánica posee la pelota en A y B? A

B

Rpta A: _________________________ Rpta B: _________________________ 8. ¿Qué tipo de energía necesita el barco velero para navegar?

Rpta.: _________________________________ Lee atentamente la siguiente información y responde:

INSTITUTO PERUANO DE ENERGÍA NUCLEAR

Con la puesta en servicio del Reactor Nuclear RP-10 se dio inicio en el Perú a la producción de radioisótopos, lo que permitió al país entrar en fase efectiva y cada vez más creciente de las aplicaciones de la tecnología nuclear. Los radioisótopos son elementos radiactivos que tienen propiedades físico-químicas iguales a los elementos similares naturales y que se estabilizan por emisión de energía en forma de radiación, los cuales, transformados químicamente, son aprovechados en el campo de la medicina nuclear cuando se administran al organismo humano con fines terapéuticos, de 3.er AÑO - III BIMESTRE

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diagnóstico, estudios dinámicos y metabólicos. Los radioisótopos también se utilizan para estudiar una propiedad o el comportamiento de un medio o de un material en general. Desde 1990 se producen en el IPEN el ioduro de Sodio (I-131), utilizado en la terapia de cáncer diferenciado de tiroides, adenoma tóxico, hipertiroidismos; el pertecnetato de sodio de invalorable aplicación en la obtención de un radiodiagnóstico médico de diferentes órganos; samario 153, muy eficaz en el tratamiento del dolor que produce la metástasis ósea; iridio 192, en forma de alambres de gran aplicación en braquiterapia. Los radioisótopos no solo se aplican en medicina sino también en otras áreas, es así que se utiliza el ioduro de sodio I-131 para determinar el perfilaje de pozos petroleros, recuperación secundaria de petróleo, interconexión de fuentes acuíferas, aforo de ríos, estudios de fugas en embalses, cálculos del tiempo de residencia en lagunas de oxidación, etc. El iridio 192, en grandes cantidades, permite obtener placas gammagráficas en soldaduras de tubos, tanques, cisternas, gaseoductos, etc., haciendo posible la detección de fallas, discontinuidades, burbujas, fisuras e incrustaciones. Del mismo modo, el fósforo 32 y el azufre 35 tienen una valiosa aplicación en agricultura, para optimizar el uso de fertilizantes, mejoramiento de riego, aprovechamiento de fertilizante, etc. Actualmente se investiga la posibilidad de utilizar lutecio 177, debido a que sus propiedades nucleares lo hacen sumamente interesante en aplicaciones radioterapéuticas. En forma paralela, la producción de Componentes para Radiofármacos (CPR) ha alcanzado un lugar expectante en la medicina nuclear peruana. La calidad de nuestros productos nos ha permitido exportar a diferentes países de la comunidad latinoamericana, gozando de un prestigio internacional. [email protected]; [email protected] 9. Según la lectura: el reactor nuclear RP-10 produce: a) Radioisótopos aplicados a la creación de bombas nucleares. b) Radiofármacos aplicados a la medicina nuclear. c) Radioisótopos aplicados a la tecnología nuclear. d) Fertilizantes aplicados a la agricultura. e) Radioterapias aplicadas a la medicina nuclear.

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ENERGÍA 10. Según la lectura: “Los radioisótopos son elementos _____________ que tienen propiedades __________ similares a los elementos naturales”. a) naturales - saludables b) radioactivos – físico-químicas c) tóxicos - químicas d) radioactivos – físicas e) tóxicos - saludables

12. Explica la diferencia entre: Fusión nuclear

Fisión nuclear

11. Completa según la lectura: Los radioisótopos son aprovechados no solo en el campo de la medicina sino en otras áreas como: _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ NIVEL AVANZADO 13. ¿Qué tipo de energía mecánica se muestra en la imagen A y B? Justifica tu respuesta. V= 0

A

A:

B:

B

14. Observa la imagen y menciona los tipos de energía que intervienen en la transformación:

15. Investiga, la energía hidráulica generada en las centrales hidroeléctricas en nuestro país, ¿en qué otros tipos de energía se transforma? ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________

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