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©NuevoMéxico ©NuevoMéxico91 Las interacciones y las fuerzas ¿Qué pasa cuando interactúan dos objetos?
Las interacciones entre dos cuerpos se manifi estan como una fuer-za que actúa entre ellos y provoca cambios en el estado de repo-so, movimiento o forma de uno de los objetos en interacción. Así que la fuerza es un concepto físico que describe cómo es la interacción entre algunos objetos y no es una propiedad de estos. No podemos decir que un cuerpo “tiene fuerza”, lo correcto en Física es que una fuerza puede ser ejercida por un cuerpo sobre otro o experimentarla.
Las fuerzas nos ayudan a conocer cómo es el movimiento de los cuerpos y cuál es su trayectoria o dirección.
Por ejemplo, si se jala un objeto hacia arriba, la fuerza y el movimiento tienen la misma dirección, lo mismo ocurre cuando se empuja una caja de forma paralela al piso (2.10).
■ Elabora en tu cuaderno un esquema para cada situación, señala el cuerpo que aplica la fuerza e indica con fl echas la dirección de la fuerza y la del movimiento.
● Una caja se sube a un segundo piso con una cuerda. ● Un patinador se desliza por una pendiente hacia abajo. ● Se deja caer una piedra desde dos metros de altura. ● Se empuja hacia arriba una caja por una rampa. ● Dos personas empujan un automóvil en un terreno plano. ■ Compara tus esquemas con los de los integrantes de tu equipo y adviertan las diferencias y semejanzas que encuentren.
2.10. Ejemplos donde la fuerza y el movimiento tienen la misma dirección. movimiento fuerza
movimiento movimiento
fuerza
■ Escribe en tu cuaderno tres ejemplos de objetos que interactúen y donde uno apli-que una fuerza sobre el otro. Anota si la fuerza fue por contacto o a distancia. ■ Indica en el cuaderno cuál cuerpo ejerce la fuerza y cómo actúa la fuerza en
relación con el movimiento.
● Un automóvil arranca y se mueve en línea recta.
● Un jugador de futbol observa que viene una pelota hacia él y le pega con el pie. ● Una persona empuja un refrigerador para moverlo.
● Un niño jala con una cuerda un carrito.
● Dos automóviles chocan y uno queda en la banqueta.
■ Explica en tu cuaderno por qué es incorrecto decir que una persona musculosa y una grúa grande tienen mucha fuerza.
■ Compara tus respuestas con las de los integrantes de tu equipo.
90 Las interacciones y las fuerzas
d
os
Tema
Una explicación del cambio:
la idea de fuerza
¿Cómo es la relación entre las fuerzas y los objetos?
LA IDEA DE FUERZA:EL RESULTADO DE LAS INTERACCIONES
La familia de Valeria se va a cambiar de casa y ya empacó todas sus pertenencias en cajas. Su hermano menor, Emanuel, intentó mover una muy pesada hacia la puerta (2.8).
Cuando su papá se dio cuenta de que no podía, le ayudó a empujar la caja, pero cuál sería su sorpresa cuando se dieron cuenta de que se desviaron de la puerta.
Ahora deben empujar de nuevo la caja hacia la puerta, ¿cómo deben dirigir sus fuerzas para llevar la caja hacia donde desean? ¿Cómo deben sumar sus fuerzas? ¿Cuáles son las fuerzas que interactúan con la caja?
■ Contesta.
● ¿Qué es una fuerza?
● ¿Cómo se relacionan las fuerzas con el movimiento?
● ¿Qué pasa cuando dos o más fuerzas actúan sobre un cuerpo?
2.8. Para mover los objetos, como cajas y muebles, se requiere de la aplicación de una fuerza.
¿Qué se entiende por fuerza?
Las fuerzas son las causas de la variación del movimien-to de cualquier cuerpo, por ejemplo un animal, una per-sona o un planeta (2.9).
2.9. Un automóvil se mueve por la fuerza que genera el motor y que actúa sobre las ruedas.
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Competencia Aprendizajes esperados Conocimientos Habilidades Actitudes y valores Aprendizaje permanente Manejo de información Capacidad en el manejo de las matemáticas ■ ■ ■
Relaciona el cambio en el estado de movimiento de un objeto con la fuerza que actúa sobre él.
Infi ere la dirección del movimiento con base en la dirección de la fuerza e identifi ca que en algunos
casos no tienen el mismo sentido.
Reconoce que la fuerza es una idea que describe la interacción entre objetos, pero no es una propiedad de los mismos.
Analiza y explica situaciones cotidianas utilizando correctamente la noción de fuerza.
Utiliza métodos gráfi cos para la obtención de la fuerza resultante que actúa sobre un objeto.
Identifi ca que el movimiento o reposo de un objeto es el efecto de la suma (resta) de todas las fuerzas que actúan sobre él. Obtiene la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo y describe el movimiento asociado con dicha fuerza.
Relaciona el estado de reposo de un objeto con el equilibrio de fuerzas actuantes sobre él y lo representa en diagramas.
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
Defi nir fuerza con base en sus interacciones entre los objetos. Conocer los vectores y la forma de
representarlos. Procedimiento para sumar vectores y hallar la fuerza resultante y el movimiento asociado a esta. Determinar que el estado de reposo de un cuerpo se debe al equilibrio de fuerzas sobre este. ■ ■ ■ ■ ■ Analizar situaciones cotidianas y explicarlas con base en la noción de fuerza.
Inferir la dirección del movimiento con base en la dirección de la fuerza.
Emplear métodos gráfi cos para obtener la fuerza resultante. Representar las fuerzas que interactúan en un objeto que está en reposo. ■ ■ ■ ■ ■ Valorar la importancia del concepto de fuerza para describir la interacción entre objetos.
Advertir que los conceptos físicos nos permiten analizar y explicar situaciones cotidianas. ■ ■
Conocimientos previos: fuerza, efectos de las fuerzas, descripción del movimiento, plano cartesiano, elabora-ción de gráfi cas.
Soluciones
Página 90
■ Es la representación de la interacción de un cuerpo
con su medio.
■ La fuerza hace que la masa se acelere.
■ Se suman o restan según sus direcciones.
página 91
hoyo y el tacón se deforma. El piso también sufre un desgaste, pero es más lento.
■ El motor genera una fuerza que impulsa al auto hacia
delante.
■ El pie es quien ejerce una fuerza que hace que se mueva
en alguna dirección distinta al movimiento que tiene.
■ La persona genera una fuerza y el refrigerador se mueve
en la dirección elegida.
■ El niño ejerce la fuerza y el carrito se mueve en la misma
dirección que él.
■ Mutuamente, por eso quedan dañados. El que quedó en
la banqueta fue desviado por una fuerza muy grande.
■ Los motores y los músculos no tienen fuerza, ellos
pue-den generar la fuerza necesaria para mover lo que se
Dedúcelo
■ Pídales que se apoyen en los diagramas de la
pági-na 93 para realizar esta actividad.
Sugerencias didácticas
1. Tome una hoja de reciclaje y comprímala. Pida a
los menores que observen lo que está haciendo y que tomen nota de los momentos en los que
identifi quen la aplicación de una fuerza. Después
invite a un estudiante a pasar al pizarrón para que los escriba.
2. Sugiera que analicen la situación y argumenten por
2. Una explicación del cambio: la idea de fuerza
Subtema 2.1
La idea de fuerza: el resultado de las interacciones
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©NuevoMéxico ©NuevoMéxico93 Las interacciones y las fuerzas
■ Observa las fi guras, las fl echas representan las fuerzas que se aplican en cada
objeto. Indica con fl echas la dirección que tendrá el movimiento.
Como puedes observar, en ocasiones se aplica más de una fuerza sobre un cuerpo. A veces son paralelas, como en el sillón de la actividad, es decir, tienen la misma dirección y sentido; en otras
tienen diferente dirección, como en la mesa y en el carrito. Cuando se aplican dos o más fuerzas sobre un objeto se debe determinar hacia dónde se moverá o si no habrá movimiento. Por ejemplo, el sillón se moverá en el mismo sentido y dirección de las fuerzas, y en el caso de la mesa, como se aplican dos fuerzas con la misma dirección y magnitud, pero sentido contrario, no hay movimiento o es un movimiento con velocidad constante, como ocurre en las naves espaciales cuando viajan en el espacio.
Para saber la dirección del movimiento cuando se aplican dos o más fuerzas, estas se suman para obtener así la fuerza resultante o total, cuyo origen es el mismo para todas.
Para obtener la fuerza resultante o total que participa en el movimiento o estado de reposo aparente, también llamado de equilibrio de un cuerpo, se representan en un sistema de coordenadas todas las fuerzas, por medio de fl echas, que inter-vienen sobre dicho cuerpo.
En la fi gura 2.12 se observan las fuerza que actúan sobre un automóvil en un plano; fuerza de gravedad (verde), de fricción (azul), fuerza normal (anaranjado) y la que genera el motor para ponerlo en movimiento (roja). Cabe señalar que la fuerza normal es una fuerza perpendicular al movimiento del automóvil y que es proporcional a la fuerza de fricción que infl uye en detenerlo.
La fuerza normal depende del peso del automóvil. Esta fuerza tiene la misma magnitud y sentido contrario que el peso del automóvil y es perpendicular al plano. Es importante este concepto porque la fuerza de fricción, en este caso de las llantas con el piso, dependen del valor de la fuerza normal.
Para obtener la fuerza resultante o total del ejemplo anterior, se trasladan los vectores que representan a cada una de las fuerzas, a continuación uno del otro, conservando la magnitud, dirección y sentido de cada fuerza; luego, se une con una línea recta el origen del primer vector con la punta del último vector. Esa es la fuerza resultante (morado) (2.13).
2.12. Diagrama de fuerzas donde se representan las que actúan sobre el automóvil.
2.13. Diagrama de fuerzas donde se indica el procedimiento para obtener la fuerza resultante.
resultante
fuerza normal dirección del movimiento
fuerza de gravedad fuerza de
fricción
dirección del movimiento gravedad normal
fricción
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Las interacciones y las fuerzas 92
En la naturaleza, los cuerpos u objetos interactúan, es decir, ejercen fuerzas unos sobre otros. Incluso, a nivel microscópico, siempre existen fuerzas presentes, aunque no notemos la variación en el movimiento de los objetos. Por ejemplo, un par de caballos ejercen fuerza para mover una carreta, y una caja, aunque esté en aparente reposo, es atraída por la fuerza de gravedad de la Tierra. Las fuerzas tienen un valor numérico, que puede ser muy grande o muy pequeño, depende de la fuerza aplicada, como las velocidades u otras magnitudes físicas que tienen una dirección y un sentido, por lo que también las fuerzas son magnitudes vectoriales. Como se señaló en el bloque anterior, las magnitudes vec-toriales se representan en un sistema de coordenadas; las fuerzas se representan en un diagrama de fuerzas, donde es posible observar todas las fuerzas que intervienen en el movi-miento de un cuerpo. Por convención la parte derecha y hacia arriba representan la dirección positiva.
La suma de las fuerzas en un diagrama de fuerzas de dos dimensiones (aunque en realidad ocurre en tres dimensiones) es lo que nos da la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo. Si la suma es cero, el cuerpo no se mueve y permanece en reposo, como se verá con detalle más adelante.
En la actividad anterior, señalaste con vectores (fl echas) el origen, la dirección y sentido de las fuerzas y los movimientos. En todos los casos tanto la dirección de la fuerza y el movimiento son paralelos. Por ello, no necesitas un diagrama de dos dimensiones.
■ Busca en enciclopedias de tu biblioteca de aula, en internet o en las referencias de “Co-noce más“ información acerca de las magnitudes vectoriales y los vectores. Elabora una fi cha de trabajo y léela a tu grupo. Guarda tu trabajo para el portafolio de evidencias.
¿Cuál es la dirección del movimiento de los objetos después de aplicarles una fuerza?
aunque no notemos la variación en el movimiento de los objetos. Por ejemplo, un par de caballos ejercen fuerza para mover una carreta, y una caja, aunque esté
toriales se representan en un sistema de coordenadas; las , donde es posible observar todas las fuerzas que intervienen en el movi-miento de un cuerpo. Por convención la parte derecha y hacia
fuerza
2.11. Representación en el sistema de co-ordenadas de los vectores de tres fuerzas.
− sistema de coordenadas fuerza positiva + + − fuerza positiva fuerza negativa fuerza negativa
En un diagrama de fuerzas se ponen todas las fuerzas que in-tervienen en el movimiento de un objeto y se realiza la suma vectorial de todas las fuerzas que da como resultado una fuerza resultante (la suma de todas ellas) que nos indica la magnitud, dirección y sentido del movimiento (2.11). Si la fuerza resultante es cero quiere decir que el cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento uniformemente rectilíneo.
En el caso de las fuerzas que tienen dirección vertical, las que tienen sentido hacia arriba son positivas, y las que lo tienen hacia abajo, negativas.
En la actividad de la página anterior, señalaste con vectores (fl e-chas) el origen, la dirección y el sentido de las fuerzas y de los movimientos. En todos los casos tanto la dirección de la fuerza como la del movimiento son paralelos.
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mov. mov. mov. no se mueve. 12/9/08 15:57:44Soluciones
Página 92 Comunícalo
■ Sugiera que visiten la página http://es.wikipedia.org/
wiki/Vector, para conocer más sobre los vectores.
Página 93 Dedúcelo
■ Revise la respuesta en color magenta en la página
102 de esta guía.
Información
complementaria
Cuando los futbolistas golpean un balón, este realiza cier-tos movimiencier-tos a los que llamamos “chanfl es”; este es el resultado de la interacción de varias fuerzas. Una es la que aplica el jugador, otra es la fricción del aire y la última es la fuerza de gravedad.
Sugerencias didácticas
1. Pida a los estudiantes que en equipos consigan 1
tabla de madera de 2 × 20 × 20 cm, cuatro ruedas
giratorias, tornillos y desarmador, 4 taparroscas o 4 cuñas de madera de 2 cm de alto y 3 cm de largo, 8 clavos, 1 martillo y 2 palos de escoba.
Solicíteles que en cada esquina de la tabla atorni-llen las ruedas. Luego que en la parte superior cla-ven cada taparrosca entre cada rueda; estas servirán para apoyar uno de los extremos de los palos. Indíqueles que coloquen en el patio el carro y
mar-quen con el gis el sitio. Luego pida que dos inte-grantes de cada equipo elijan un lado y coloquen
2. Invite a los demás integrantes a que elaboren una
hipótesis sobre las posibles direcciones en las que se moverá el carro y por qué.
3. Pídales que respondan: ¿Por qué se obtuvo ese
nue-vo movimiento? ¿Qué sucedería con la dirección del movimiento, si los palos se colocan en otros sitios de apoyo? ¿En qué situaciones se puede ob-servar la interacción entre estas fuerzas?
4. Recomiéndeles que lean las páginas 92 a 98 del
li-bro de texto para hacer el análisis de sus preguntas.
5. Para fi nalizar, promueva la indagación y la
repe-tición de experimentos que permitan responder las preguntas o reafi rmar conocimientos, elaboren tablas de datos y gráfi cos para representar los mo-vimientos, las fuerzas y la dirección en la que se mueve la tabla.
6. Solicite la elaboración de un ensayo sobre el tema
o un tríptico informativo que ilustre las fuerzas y su interacción con todos los resultados.
En este caso puede evaluar el trabajo colaborativo, la actitud, las habilidades, los conocimientos, los procedimientos y los valores como el respeto a las opiniones de los demás.
©NuevoMéxico ©NuevoMéxico
Las interacciones y las fuerzas
La fuerza normal siempre es perpendicular a la superfi cie donde se en-cuentra el objeto; en este caso tiene una magnitud igual que la fuerza de gravedad, pero con sentido opuesto.
Cuando la fuerza resultante o total de la suma de las fuerzas que se ejercen sobre un cuerpo es igual que 0, el cuerpo no se mueve o está en reposo o permanece en su movimiento en línea recta y con velocidad constante (2.15).
También la resultante es 0 cuando dos personas están frente a frente en una mesa y ambas empujan en el mismo sentido y con la misma magni-tud. En este caso la mesa no se moverá, pero puede deformarse. Las fuerzas se restan o se anulan cuando tienen la misma magnitud, pero sentido contrario, como en el caso donde la mesa no se mueve, como se observa en la página 93.
Con base en lo anterior podemos decir que un cuerpo está en reposo, como un automóvil detenido, cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre este es igual que 0 y por tanto se dice que están en
equilibrio (2.16).
■ Contesta con los integrantes de tu equipo. ● ¿Hacia dónde se dirige la fuerza resultante?
● Con base en la fuerza resultante, ¿cómo es el movimiento del vehículo?
■ Representa y nombra las fuerzas que actúan sobre el vehículo de la fi gura.
2.16. La caja sobre la mesa está en reposo por-que hay un equilibrio de fuerzas, pues cuando se suman la resultante tiene una magnitud cero.
suma de fuerzas
95
2.15. Suma de las fuerzas que actúan en un cuerpo en reposo aparente. fricción normal movimiento gravedad
8@KNQ
Para mantener a los cuerpos en aparente reposo o equilibrio, la fuerza resultante o total debe ser igual que 0.
■ Lee las situaciones y realiza lo que se indica en el cuaderno. ● Una persona empuja un carrito de supermercado y de
repen-te lo suelta. Elabora un diagrama de fuerzas para cuando lo empuja y cuando deja de hacerlo.
● Una grúa jala un automóvil descompuesto. Explica qué
ob-jeto aplica la fuerza para que se muevan el vehículo des-compuesto y la grúa.
● Discute con tu profesor qué ocurre si un ciclista llega a una
pendiente en subida. ¿Qué lo afectará para cruzar la pendi-ente? ¿La altura tiene que ver para que alcance su objetivo? ¿Porqué?
● Anota tus respuestas en el cuaderno.
■ Compara tus soluciones con las de los integrantes de
tu equipo. Adviertan las diferencias y semejanzas y analícenlas con base en la información expuesta hasta ahora.
Las interacciones y las fuerzas
■ Elige dos objetos de tu entorno, uno en reposo y otro en
movi-miento. Contesta.
● ¿En cuál de los dos cuerpos las fuerzas están en equilibrio?
¿Por qué?
● ¿Cómo debería ser la velocidad del cuerpo en movimiento
para que las fuerzas estuvieran en equilibrio?
Procesa información
94 La fuerza de fricción es una fuerza de contacto entre dos cuerpos que se debe a que, a nivel microscópico, hay muchas irregularidades entre las superficies de los cuerpos que se deslizan. Es la que nos permite ca-minar (además de la fuerza de gravedad, que de no existir fl otaríamos en el aire).
La fuerza de fricción siempre actúa en dirección contraria al movimiento y nos frena cuando queremos avanzar. Se ha encontrado, empíricamente, que la fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal.
La suma de fuerzas también es igual que 0 cuando un cuer-po realiza un movimiento con velocidad constante, como un avión que viaja en línea recta a 200 km/h, pues todas las fuerzas están en equilibrio y no impiden que el objeto se detenga o cambie de trayectoria y velocidad (2.14). La fuerza de fricción es una fuerza de contacto entre dos cuerpos que se debe a que, a nivel microscópico, hay muchas irregularidades entre las superficies de los cuerpos que se deslizan. Es la que nos permite
ca-La fuerza de fricción siempre actúa en dirección contraria
2.14. Si un avión viaja en línea recta a una velo-cidad constante, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre este, representadas en el diagrama, como son la fricción del aire, la fuerza de susten-tación y la de gravedad, están en equilibrio. Lo mismo sucede con un automóvil que recorre un tramo recto sin cambiar de velocidad.
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Fricción gravedad normal movimiento 12/9/08 15:57:48Soluciones
Página 94 Soluciónalo
■ El motor genera la fuerza para mover la masa de la
grúa y del auto.
■ La fuerza de gravedad es la que afecta. La altura
afecta porque tendrá que generar la fuerza durante el tiempo que necesite para subir.
Procesa información
■ Una lápiz sobre el pupitre está en reposo; el peso y
la fuerza normal se compensan.
■ La velocidad tiene que ser cero.
Página 95
Piensa y explica
■ Hacia donde está el frente de la camioneta.
■ Está acelerado.
Información
complementaria
Si no existiera la fuerza de fricción los cuerpos per-manecerían en movimiento constante en línea recta y sólo se detendrían si se les aplicara otra fuerza.
Sugerencias didácticas
1. Pídales que lleven carritos iguales y diferentes
mate-riales: tela, madera, mica de plástico o un pedazo de vidrio.
2. Solicite que coloquen todos los materiales al
mis-mo nivel y que empujen los carritos sobre estos al mismo tiempo. Que midan la distancia que recorrió cada carrito y anoten sus resultados en el cuaderno.
3. Pídales que analicen los resultados y elaboren una
conclusión.
4. Sugiérales que describan las características que debe
tener una superfi cie para que se deslicen más rápido los objetos.
5. Invítelos a cuestionarse por qué las llantas de los
ve-hículos convencionales tienen dibujos mientras que las llantas de los autos de fórmula 1 son lisas.
6. Resalte que los cuerpos en aparente reposo,
aun-que no se perciba, están en movimiento constante.
7. Invítelos a representar el ejercicio de la actividad
Piensa y explica de la página 89 y que respondan
mov mov N N fricción N N mov fricción fricción
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©NuevoMéxico ©NuevoMéxico97 Las interacciones y las fuerzas
■ Discute con los integrantes de tu equipo lo siguiente y anoten las conclusiones en el cuaderno. ● ¿Cuál es la utilidad de elaborar diagramas con las fuerzas que actúan sobre un cuerpo? ● ¿Pueden predecir hacia dónde se moverá un objeto si conocen las fuerzas que actúan sobre
este? ¿Cómo lo harían?
● ¿Cómo creen que se puedan emplear los diagramas de fuerza para determinar la fuerza nece-saria para mover objetos cuando se conocen las fuerzas que actúan sobre estos?
■ Realiza la suma de fuerzas para los siguientes sistemas y determina en cuáles hay un equi-librio de fuerzas. Con rojo se representa la fuerza de fricción.
● Identifi ca la fuerza de gravedad y la normal en cada caso.
■ Rodea los cuerpos que se encuentran en aparente reposo.
■ Con base en las fuerzas resultantes determina para cada sistema la dirección del movimiento.
saria para mover objetos cuando se conocen las fuerzas que actúan sobre estos?
96 Las interacciones y las fuerzas
■ Determina para estos casos la fuerza resultante. Las marcas rojas indican la magnitud de los vectores. ■ Lee la situación y explica en tu cuaderno cuáles son las diferencias.
Si quiero mover un carrito del supermercado, ¿qué me conviene más? ¿Empujarlo paralelo al piso o con un cierto ángulo con respecto a este?
■ Contesta en el cuaderno.
● ¿Qué sucede si el vector resultante coincide con el origen de coordenadas? ● ¿Por qué para mover un cuerpo, la fuerza aplicada, es decir la suma de todas la fuerzas,
debe ser distinta de cero?
● ¿Cómo será el movimiento de un cuerpo si las fuerzas tienen la misma dirección, pero sentido contrario?
● ¿Por qué es útil determinar la fuerza resultante? Pero puede ocurrir, como en el caso anterior, que las fuerzas no siempre tienen la misma magnitud y, por tanto, la resultante será diferente de 0. Por ejemplo, si en un automóvil la magnitud de la fuerza ejercida por el motor es mayor que la fuerza de fricción, la resultante será mayor que 0 y el vehículo avanzará.
Las fuerzas que actúan sobre el vehículo, además de las mencionadas, son la normal (que es perpendicular al plano en el que se encuentra el vehículo) (2.17) y la de gravedad, y al realizar la suma de fuerzas la resultante es diferente que 0.
resultante
2.17. Suma de fuerzas donde la resultante es diferente que 0.
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Fg N Fg N Fg N Fg N Fg N Fg N Fg N Fg N 12/9/08 15:57:51Soluciones
Página 96
Piensa y explica
■ Con cierto ángulo respecto del piso.
■ La fuerza es cero.
■ Para mover un cuerpo las fuerzas no deben
anular-se unas a otras.. Existen dos posibilidades: 1. si son iguales el movimiento se anula. 2. la fuerza mayor señala la dirección hacia don
de se dirige, como en el juego de tirar la cuerda.
■ Para saber de forma simple hacia donde se dirige un
objeto.
Soluciónalo
■ Ver respuestas en la página anterior.
● Cuerpos en aparente reposo, rodeados con morado.
● Dirección del movimiento, rodeados con azul.
Página 97
Piensa y explica
■ Nos permiten obtener fácilmente la dirección y
magnitud de la resultante.
■ Sí, con un diagrama.
■ Sumando las fuerzas conocidas y después calcular
la resultante, y así ver si se desea poner la fuerza aplicada en posición opuesta.
Sugerencias didácticas
1. Invítelos a analizar qué sucedería si empujan el carro
del supermercado hacia abajo y por qué.
2. Sugiérales que al colocar los vectores en el plano
ini-cien con el que se dirige hacia arriba. Pídales que lo intenten de otra manera, que observen el resultado y
3. Proponga que analicen qué es lo que sucede cuando
la fuerza de fricción es menor que la que se aplica. Después que analicen también el caso contrario.
4. Pídales que elaboren diagramas similares a los de la
página 96 y que pronostiquen hacia dónde será el movimiento. Para verifi car sus pronósticos que lo ha-gan en el salón de clases y determinen sus aciertos y errores.
©NuevoMéxico ©NuevoMéxico
99 Las interacciones y las fuerzas ■ Elabora en tu cuaderno un diagrama de fuerzas para las fi guras 2.18 y 2.19, donde la
fuerza ejercida hacia abajo sea mayor. Indica todas las fuerzas que intervienen.
● Suma las fuerzas y determina la dirección de la fuerza resultante. ● Explica cómo interactúan, en estos casos, las fuerzas para mover los objetos. ■ Explica en tu cuaderno con base en las fuerzas.
● La razón por la que cambia la velocidad de un objeto. ● Por qué es difícil empujar un objeto pesado.
● Lo que sucede con el movimiento de un cuerpo cuando no hay fuerza de fricción. ● La causa por la que cuando dos automóviles chocan cambian
su dirección.
■ Representa con diagramas de fuerza las situaciones anteriores.
■ Con la fi nalidad de que reafi rmes lo que aprendiste en esta lección, lee las preguntas de la
situación problemática de la página 90 y realiza lo que se indica.
● Dibuja un esquema de lo que ocurrió con la caja que empujan Emanuel y su papá. ● Indica con fl echas todas las fuerzas que actúan sobre la caja.
● Elabora dos diagramas de fuerzas, uno en el que indiques el movimiento de la
caja y otro que represente cómo deben ser las fuerzas para que la caja se dirija hacia la puerta.
● Suma las fuerzas de ambos diagramas.
● Compara tus esquemas con los de los miembros de tu grupo. ■ Revisa la lectura de las páginas 305 y 306 y coméntala con tu equipo.
Luego de estudiar este subtema, determina si lo que se presenta lo dominas, estás en proceso de alcanzarlo o aún no lo logras. Anota tus resultados en tu cuaderno. ■ Relacionas el cambio en el estado de movimiento de un objeto con la
fuerza que actúa sobre él.
■ Infi eres la dirección del movimiento con base en la dirección de la fuer-za e identifi cas que en algunos casos no tienen el mismo sentido. ■ Reconoces que la fuerza es una idea que describe la interacción entre
objetos, pero no es una propiedad de los mismos.
■ Analizas y explicas situaciones cotidianas utilizando correctamente la noción de fuerza.
■ Utilizas métodos gráfi cos para la obtención de la fuerza resultante que actúa sobre un objeto.
■ Identifi cas que el movimiento o reposo de un objeto es el efecto de la suma (resta) de todas las fuerzas que actúan sobre él.
■ Obtienes la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo y describes el movimiento asociado con dicha fuerza.
■ Relacionas el estado de reposo de un objeto con el equilibrio de fuer-zas actuantes sobre él y lo representas en diagramas.
fuerza
Shahen, Hacyan. Del mundo cuántico a
la expansión del universo,FCE, México,
1994. (La Ciencia para todos.)
Brandán, María Esther. La fuerza
nuclear,UNAM-Gobierno del Distrito Federal, México, 2006. (Ciencia de boleto.) liceodigital.com/fi sica/dinamica.htm platea.pntic.mec.es/anunezca/ UnidDidVectores/Index/index.htm teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/ document/fi sicaInteractiva/SumaVectores/ Suma%20vectores_indice.htm
Las interacciones y las fuerzas 98 ¿Cuándo coincide la dirección de la fuerza con la dirección del movimiento?
Con seguridad, tu respuesta a esta pregunta, con base en el sentido común, será que en todos los ca-sos, pero no es así.
Como puedes apreciar en la fi gura 2.18, la direc-ción de la fuerza es vertical con sentido hacia abajo y depende del objeto que está colgado en la cuerda, mientras que el movimiento del carrito es horizon-tal, sobre la mesa.
En este caso la dirección del movimiento no es la misma que la de la fuerza, es perpendicular. Para lo-grar cambiar la dirección de la fuerza aplicada sobre el carrito hemos utilizado una polea y una pesa.
Las poleas fi jas permiten cambiar la dirección de las fuerzas y, en este caso, aprovechar la fuerza de gravedad, que es vertical y hacia abajo. Otro caso en el que no coincide la dirección de la fuerza con el movimien-to sucede en los talleres mecánicos, cuando se utiliza un sistema de poleas para levantar el motor de un automóvil o una cubeta pesada. La dirección del movimiento y la fuerza son verticales, pero con sentido contrario; la fuerza que levanta el motor o la cubeta debe ser mayor que la de gravedad (2.19).
En genera cuando se usan poleas la dirección de la fuerza y la direc-ción del movimiento de un cuerpo no coinciden.
2.18. La fuerza de gravedad hace posi-ble que el carrito se mueva en la mesa.
2.19. Las poleas son máquinas que nos ayu-dan a cambiar la dirección de la fuerza que
se debe aplicar para levantar un objeto.
■ Reúnete con los integrantes de tu equipo y escriban en sus cuadernos dos
ejemplos cotidianos en los cuales la dirección de la fuerza y el movimiento de un cuerpo no coincidan y dos en los que sí lo hagan.
■ Contesta en el cuaderno.
● ¿Cómo se puede calcular la dirección del movimiento
cuan-do se usan poleas?
● ¿Por qué es útil que la fuerza no tenga la misma dirección
que el movimiento?
● ¿Por qué algunas máquinas, como las grúas, usan poleas?
¿Cuándo coincide la dirección de la fuerza
2.18. La fuerza de gravedad hace posi-ble que el carrito se mueva en la mesa.
movimiento fuerza movimiento fuerza
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12/9/08 15:57:546. Finalmente sugiera la elaboración de un modelo que contenga un pequeño resumen sobre las ven-tajas de utilizar las máquinas para mover cuerpos pesados reduciendo el esfuerzo físico.
Soluciones
Página 98 Soluciónalo
■ Que coincidan: una caída libre, el lanzamiento de
una bola.
■ Que no coincidan: la fricción de un balón con el
piso; después del lanzamiento de una pelota ésta se mueve hacia arriba y la fuerza de gravedad en sentido opuesto (si se incluye la fuerza de fricción tanto ésta como la de gravedad coinciden en direc-ción y se oponen al movimiento).
Piensa y explica
■ Con un diagrama u observando (si no se tiene
pa-pel).
■ Facilita mover objetos al no tener que estar sobre
éstos (apoyarse en la ilustración 2.19 de está misma página)
■ Porque permite un mejor aprovechamiento del
es-pacio.
Página 99
Piensa y explica (continuación)
■ Al aplicar una fuerza se modifi ca el estado, si es
movimiento rectilíneo uniforme, esto se notará en una aceleración.
■ La fricción con el piso es muy alta, lo cual provoca
que la fuerza aplicada sobre el objeto sea alta. El vector de fuerza aplicada tiene que ser de mayor magnitud que el vector de fuerza fricción.
■ Como no hay fuerza de oposición el cuerpo se
mo-vería con facilidad.
■ Porque la suma de sus fuerzas da una resultante en
una dirección distinta a la que llevaba.
Sugerencias didácticas
1. Invite a los menores a identifi car en su casa otras
má-quinas que modifi quen la dirección del movimiento, y que escriban sus nombres en el cuaderno.
2. Solicíteles que mencionen en voz alta algunos
ejem-plos, escríbalos en el pizarrón para su análisis.
3. Proponga una discusión para que comprendan que
las máquinas ayudan a levantar cuerpos pesados con menor esfuerzo físico.
4. En caso de que no hayan identifi cado alguna,
explí-queles que existen diferentes tipos de máquinas que logran cambiar el movimiento como lo hace una po-lea, y mencione como ejemplo las tijeras (palancas) y los tornos.
5. Pida que investiguen qué son las máquinas simples,