Semana 3. Primera Ley de Newton. Semana Fuerzas e 4interacciones. Empecemos! Qué sabes de...?

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Texto completo

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Semana 3

Fuerzas e interacciones

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Semana 4

Primera Ley de Newton

En la semana anterior se sintetizó el estudio de las fuerzas como magnitudes vectoriales y ya tienes una idea de cómo relacionar las fuerzas con el movimiento. A partir de esta semana, se formalizará la relación de la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo y el movimiento

rectilíneo uniforme o uniformemente variado. Para esto conoceremos las le-yes del movimiento propuestas por Isaac Newton.

Para introducir el tema, resulta conveniente experimentar algunas situacio-nes. Por ejemplo:

1. Pide ayuda a una persona y colóquense cada uno del mismo lado de un escritorio (o una mesa) y empujen hacia el mismo lado.

a) ¿Qué ocurre con el escritorio?

b) Representa la situación por medio del diagrama de cuerpo libre. 2. Ahora, colóquense cada uno a un lado del escritorio (o de la mesa) y

halen.

a) ¿Qué sucede con el escritorio?

b) Representa la situación por medio del diagrama de cuerpo libre. 3. Coloca una serie de monedas (por lo menos 5), todas del mismo tama-ño, una sobre otra, formando una torre. Golpea fuertemente la moneda de la base y sácala, sin que las demás se caigan. Repite la experiencia hasta lograr sacar la última moneda sin que se caigan las de la parte superior. ¿Cómo explicamos este experimento? ¿Cómo es posible que una persona pueda sacar el mantel de una mesa con objetos encima, sin moverlos o dejarlos caer?

¡Empecemos!

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Primera Ley de Newton

Semana 4

Vamos al grano

Harry el pintor se cuelga desde su silla año tras año. Pesa 500N y no sabe que el máximo peso que puede soportar la cuerda es de 300N. ¿Por qué la cuerda no se rompe cuando lo sostiene? (como se ve en el lado izquierdo de la figura 4). Un día Harry pinta cerca de un asta-bandera y, para cambiar, en vez de hacerlo a su silla, amarra el extremo libre de la cuerda al asta (como se ve en el lado derecho de la figura 4). Realiza el diagrama de cuerpo libre de cada situación, encuentra la tensión de la cuerda en cada caso y explica por qué tuvo que tomar anticipadamente sus vacaciones.

Figura 4

Fuerza neta: es el resultado de sumar todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.

Inercia: la propiedad de las cosas de resistir cambios de movimiento. Masa: cantidad de materia en un objeto. La medida de la inercia que mues-tra un objeto como respuesta a algún esfuerzo para ponerlo en movimien-to, detenerlo o cambiar de cualquier manera su estado de movimiento o de reposo.

Ley de Inercia

“Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme

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Semana 4

Primera Ley de Newton

165 su movimiento en línea recta a otro en línea curva; c) Interrumpe, retarda o

acelera su movimiento, debemos concluir que sobre el cuerpo actúan fuerzas exteriores. Si no se da ninguno de estos cambios en el movimiento, entonces ninguna fuerza externa obra de manera apreciable sobre el cuerpo y no lo mueven.

Galileo estaba más preocupado en cómo se mueven los objetos que en el por qué se mueven. Newton hizo lo contrario. Esta es la diferencia entre cinemática y dinámica.

La ecuación que se deduce a partir del enunciado de esta Ley es:

F = 0

Para que esto se cumpla, cada componente de la fuerza neta debe ser cero, así que:

Fx = 0 y

Fy = 0

Equilibrio: en general, es un estado de balance. Cuando un cuerpo está en equilibrio no se produce traslación ni rotación.

Equilibrio estático: ejemplo: un motor que cuelga de tres cadenas unidas mediante un anillo; en este caso, el peso del motor es igual a la tensión de la cadena que lo sostiene, por lo que la suma de las fuerzas que actúan sobre él es cero y se mantiene en reposo.

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Primera Ley de Newton

Semana 4

Equilibrio dinámico: ejemplo: un vehículo que desciende de una grúa a velocidad constante; en ese caso, la tensión de la cadena de la grúa es igual a la suma de la componente del peso sobre la línea de la rampa. Por lo tanto, la suma de fuerzas es cero y se mueve a velocidad constante.

Figura 6

También existen otros tipos de equilibrio entre los cuales se encuentra el es-table, el inestable y el indiferente, además del equilibrio térmico. Todos estos los explicaremos en detalle más adelante.

Para saber más…

¡Experimenta con simuladores! En el simulador “Fuerza y movimiento: fundamentos” (http://li.co.ve/vaj), varía la cantidad de personas que halan la carreta e intenta mantener la carreta moviéndose a velocidad constante. Experimenta sin fricción y observa que los objetos no acele-ran, a menos que actúe alguna fuerza externa sobre ellos. Saca tus pro-pias conclusiones. Para cambiar de aplicación utiliza las pestañas arriba a la izquierda.

Si analizas con detalle la situación de Harry el pintor, notarás la diferencia que existe entre amarrar la cuerda doble a la silla y amarrar la cuerda sencilla a la silla y al asta de la bandera.

Crea los diagramas de cuerpo libre de cada situación, considerando que Harry se encuentra inmóvil, es decir, está en estado de equilibrio estático. Observa las diferencias entre la cuerda doble y la sencilla. Considerando que

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Semana 4

Primera Ley de Newton

167 explicar por qué tuvo que tomar sus vacaciones anticipadamente. Esperemos

que eso nunca suceda a otra persona mientras tú estés cerca, pues ya sabes de física y los riesgos que implicaría esa hazaña.

Para la evaluación, llena la siguiente lista de cotejo y discute con el facilita-dor y los participantes tus observaciones sobre este tema.

Indicadores Si No Observaciones Define el concepto de inercia

Identifico en un ejemplo dado la ley de inercia

Presento argumentos teóricos al justificar sus respuestas.

Presento ejemplos cotidianos donde se identifique la Primera Ley de Newton.

Realizo preguntas y comenta-rios en torno al tema.

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