FÍSICA
GRADO: Décimo (10°) 2020
SEMANA 1. DEL 18 DE AGOSTO AL 22 DE AGOSTO CONTENIDO: DINÁMICA
Es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos analizando la causa que lo produce.
CONCEPTO DE FUERZA
La primera idea de fuerza la da la sensación de esfuerzo muscular que tenemos que hacer para deformar cualquier objeto elástico, un resorte, por ejemplo, o para acelerar (o desacelerar) un objeto.
Contigo es posible. Si te proteges nos proteges a todos! Guía de aprendizaje en casa # 4. Ciencias naturales (física). Grado y curso:
10: 1,2,3,4,5,6
Fecha de recibido: 18 de agosto 2020
Fecha de entrega: 12 de septiembre.
Docente: Manuel Esteban Narváez Padilla. Celular: 3103652008. correo electrónico: [email protected]
Docente: Álvaro Pérez Contreras. Celular: 3106518749. correo electrónico: [email protected]
Saber conocer Define las leyes de la dinámica e identifica los tipos de fuerza de contacto o a distancia que actúa en un cuerpo
Saberes Saber hacer Clasifica las fuerzas de contacto y a distancia que actúan en un cuerpo. Aplíca las leyes de Newton en la solución de problemas físicos del entorno.
Saber ser Asume con responsabilidad sus funciones en el trabajo en equipo y valora los aportes de sus compañeros
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La fuerza es una cantidad de tipo vectorial porque cumple las leyes de los vectores
Las leyes del movimiento de Newton describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de este cuerpo debido a dichas fuerzas. Estas constituyen los principios fundamentales usados para analizar el movimiento de los cuerpos y son la base de la mecánica clásica.
Las tres leyes de Newton fueron publicadas en 1687 por Isaac Newton
(1643-1727) en su obra Principios matemáticos de la filosofía natural (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica).
Primera ley de Newton: ley de la inercia
La primera ley de Newton establece que si la resultante de las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo es nula, el cuerpo permanecerá en reposo si estaba en reposo inicialmente, o se mantendrá en movimiento rectilíneo uniforme si estaba inicialmente en movimiento.
Así, para que un cuerpo salga de su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, es necesario que una fuerza actúe sobre él.
La primera ley de Newton es llamada también “ley de la inercia” o “principio de la inercia”. La inercia es la tendencia de los cuerpos de permanecer en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.
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Por lo tanto, si la suma vectorial de las fuerzas es nula, resultará en el equilibrio de las partículas. Por otro lado, si hay fuerzas resultantes, producirá una variación en su velocidad.
EJEMPLOS DE LA PRIMERA LEY DE NEWTON
Se dan ejemplos de situaciones cotidianas o conocidas que dan cuenta del fenómeno físico de inercia:
Cinturones de seguridad inerciales: solamente se traban en caso de que el cuerpo siga en movimiento cuando hay una detención brusca.
Lavarropas con centrifugado: al girar rápidamente, el tambor hace fuerza sobre la ropa que está en su interior y la inercia de las gotas de agua que atraviesan los agujeritos siguen de largo, de modo que la inercia de las gotas ayuda a quitar el agua de la ropa.
Atajar la pelota en el fútbol: todos tenemos bien en claro que si un arquero no frena con sus brazos el pelotazo aplicado por el delantero del equipo contrario, habrá gol. La pelota en movimiento, por su inercia, seguirá viaje hacia dentro del arco.
Viaje en avión: aunque este vaya
a gran velocidad, el café que nos es servido permanece en la mesita adosada al asiento del de adelante, como todo lo demás que está dentro del avión.
Pedaleo en bicicleta: podemos avanzar con nuestra bicicleta unos cuantos metros tras haber pedaleado y dejar de hacerlo, la inercia nos hace avanzar hasta que la fricción o el rozamiento la supera, entonces la bicicleta se detiene.
Prueba del huevo duro: si tenemos un huevo en la heladera y no sabemos si está crudo o cocido, lo apoyamos en la mesada, lo hacemos girar con cuidado y con un dedo intentamos detenerlo: el huevo duro se frenará inmediatamente porque su contenido ya está coagulado, el crudo se moverá todavía un poquito más, porque en su interior hay un fluido.
Quitar un mantel y que quede lo que está arriba apoyado en la mesa, en el mismo lugar: un truco clásico de magia basado en la inercia; para que salga bien hay que tirar el mantel hacia abajo y el objeto debe ser más bien liviano.
Cabezales de los automóviles: frente a un choque de frente repentino, evitan que se quiebre la nuca del viajero, que por la inercia, tenderá a irse hacia atrás.
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Los tiros con efecto en el billar o el pool: cuando se intenta lograr las carambolas, aprovechando la inercia de las bolas.
Los vuelcos de los automóviles que se desplazan a gran velocidad por las rutas: cuando de repente se topan con algún obstáculo, es consecuencia de la considerable inercia de tales objetos, de gran masa.
Fuente: https://www.ejemplos.co/10-ejemplos-de-inercia/#ixzz6Sm2SLQkN
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, mayor será su tendencia de permanecer en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.
Ejemplo de la primera ley de Newton
Pensemos en un conductor que lleva un carro a una determinada velocidad, se atraviesa un perro delante del carro y el conductor frena rápidamente. En esta situación los pasajeros continúan el movimiento y son lanzados hacia adelante. Una caja con masa de 50kg es arrastrada atravéz del piso con una cuerda que
forma un ángulo de 30° con la horizontal. ¿Cuál es el valor aproximado del coeficiente de rozamiento cinético, entre la caja y el piso si una fuerza de 250 N sobre la cuerda es requerida para mover la caja con rapidez constante de 20 m/s como se muestra en el diagrama?
a) 0.26 b.) 0.33 c) 0.44 d) 0.59.
Vemos que la respuesta es la (d)
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ACTIVIDAD # 1 Semana del 17 al 22 de agosto 1
. 2.
SEMANA 2; Del 24 de agosto al 29 de agosto. SEGUNDA LEY DE NEWTON: LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA
La segunda ley de Newton es el principio fundamental de la mecánica y establece que la intensidad de la resultante de las fuerzas ejercidas en un cuerpo es directamente proporcional al producto de la aceleración que adquiere por la masa del cuerpo:
F= m. a; Donde F es el resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo; m, la masa del cuerpo; a, la aceleración del cuerpo.
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En el sistema internacional las unidades de medida de la fuerza es el newton que se simboliza N. F = (m) (a) N = kg.m/s2
Para F (fuerza): Newton (N)
Para m (masa): kilogramos (kg).
Para a (aceleración): metros por segundo al cuadrado (m/s2).
Es importante resaltar que la fuerza es un vector, es decir, posee módulo, dirección y sentido. Por lo tanto, cuando varias fuerzas actúan sobre un cuerpo, ellas se suman vectorialmente y el resultado es la fuerza resultante.
La flecha sobre las letras en la fórmula representa que la fuerza y la aceleración son vectores y que la dirección y el sentido de la aceleración serán los mismos de la fuerza resultante.
Ejemplos de la segunda ley de Newton
1. Un carrito de mercado es más fácil de mover si está vacío, esto es, requiere menos fuerza para moverlo porque tiene menos masa. En cambio, si está lleno, cuesta más moverlo.
2. ¿Qué aceleración experimenta un cuerpo de 8 kg de masa, si sobre él actúa una fuerza resultante de 24N?
Solución:
m= 8kg F = 24 N la incógnita del problema es: a=?
Se aplica directamente la segunda ley de Newton a= F/m → a= 24N / 8 kg = (24 kg m/s2
) / 8kg = 3m/s2
3. Al aplicar una fuerza de 96 N sobre un cuerpo, se acelera a razón de 12m/s2,
¿cuál es su masa?
Solución:
Los datos del problema son: F= 96N; a= 12m/s; La incógnita del problema es: m = ?
Se aplíca directamente la segunda ley de Newton: m = F / a → m = 96 N / 12m/s2 = (96 kg m/s2) / 12 m/s2 = 8 kg.
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4. Sobre un cuerpo de 6 kg de masa inicialmente en reposo, actúa una fuerza de 24 N. Calcular la distancia recorrida por el cuerpo en 10seg
Solución: Los datos del problema son: m = 6 kg F = 24 N V0 = 0 m/s t = 10 s La incógnita del problema es: x=?
Se aplica la segunda ley de Newton para calcular la aceleración: a = F/m → a = (24 N) / 6kg = (24kg m/s2) / 6 kg = 4 m/s2
Por métodos cinemáticos se calcula el espacio recorrido: x = v0 t + (at) / 2 → x = (0 m/s) (10s) + ((4 m/s2) (10 s)2) / 2 → x = 200 m
ACTIVIDAD # 2 semana del 24 al 29 de agosto
1) Qué fuerza se debe ejercer sobre un cuerpo de 12 kg de masa para que se acelere a razón de 3.5 m/s2?
2) Sobre un cuerpo de 4 kg de masa, inicialmente en reposo, actúa una fuerza de 32 N. ¿Qué velocidad llevará el cuerpo cuando ha recorrido 14 m?
3) Si sobre un cuerpo actúa una fuerza de 54 N, este se acelera a razón de 9 m/s2, ¿Cuánto se acelerará si la fuerza aplicada fuera de 6 N
SEMANA 3: DEL 31 DE AGOSTO AL 5 DE SEPTIEMBRE TERCERA LEY DE NEWTON: LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN
La tercera ley de Newton es llamada ley de acción y reacción, en la cual a toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción.
De esta manera, las fuerzas de acción y reacción, que actúan en pares, no se equilibran, una vez que están aplicadas en cuerpos diferentes. Recordando que esas fuerzas presentan la misma magnitud y dirección pero en sentido opuesto.
La Tercera Ley de Newton dice que siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza igual y opuesta En algunos ejercicios se pueden combinar situaciones dinámicas con cinemáticas; veamos el siguiente ejemplo.
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sobre el primero. Esta ley es más conocida como Ley de Acción y Reacción.
- La fuerza que genera la acción produce una fuerza de igual magnitud y sentido contrario denominada reacción.
- Hay que tener en cuenta que estas fuerzas actúan sobre sistemas independientes, por lo tanto no se anulan mutuamente.
- Una fuerza ejercida por un objeto no lo afecta a él, sino solo al objeto sobre el cual ha ejercido esta fuerza.
- La masa y la fricción son condiciones que afectan directamente a estas fuerzas y su comportamiento. - Esta Ley se puede evidenciar en muchos ejemplos de la vida diaria. La atracción de los objetos hacia la tierra por efecto de la fuerza de gravedad es uno de los ejemplos más comunes de cómo funciona la ley de acción y reacción.
- En algunos casos, es difícil ver como un objeto inanimado, como una pared o una silla pueden ejercer una fuerza. Sin embargo, estos objetos sí ejercen una fuerza que contrarresta el empuje. Esto se debe a que todo material tiene un punto elástico (así sea mínimo), por lo tanto al ejercer una fuerza hay una deformación.
Ejemplo de la tercera ley de Newton
Una forma de ejemplificar la tercera ley de Newton podría ser la siguiente: hay dos patinadores, parados uno frente al otro. Si uno de ellos empuja al otro, ambos se moverán en sentidos opuestos.
1. Si alguna vez saltó desde una balsa al agua, habrá visto que la misma retrocede, mientras su cuerpo se desplaza hacia adelante. Esto es un ejemplo de la tercera ley de Newton puesto que hay acción, que es su salto, y reacción, que es el retroceso de la balsa.
2. La tercera ley de Newton se puede ver por ejemplo cuando intentamos empujar a alguien estando dentro de una pileta. Lo que nos sucederá, aún sin la intención del otro, nosotros retrocederemos.
3. Al estar nadando en una pileta también se puede experimentar la tercera ley de Newton. Esto ocurre cuando buscamos una pared y nos empujamos para obtener impulso. En este caso también se detecta una acción y una reacción.
4. Constantemente los carpinteros se encuentran ante un claro ejemplo de la tercera ley de Newton, cuando martillan un clavo. Mientras que éste último se introduce cada vez más en la madera cuando se lo martilla, el martillo hace un movimiento hacia atrás, lo que se identifica como la reacción de su propio golpe.
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5. La acción y reacción que se identifican en la tercera ley de Newton se la puede observar cuando un individuo empuja a otro que tenga un cuerpo semejante. En este caso, no sólo se irá para atrás la persona empujada, sino también la que lo empujó. 6. El tendedero donde se cuelga la ropa es otro ejemplo de la tercera ley de Newton.
Mientras la ropa hace fuerza para abajo, la soga, como reacción, hace fuerza hacia arriba. Así se consigue que la ropa no entra en contacto con el suelo.
7. Remar en un bote también significa poner en práctica la tercera ley de Newton y esto sucede porque mientras que nosotros desplazamos el agua hacia atrás con el remo, esta reacciona empujando a la embarcación en su sentido opuesto.
8. Cuando dos personas jalan de los sentidos opuestos de una misma soga, y esta permanece en el mismo punto, también se observa que hay una acción y una reacción. Es por ello que el juego de la soga o el “tira y afloja” se adecua perfectamente como ejemplo de esta ley.
9. La tercera ley también se puede observar claramente cuando una persona intenta empujar un auto atascado. Mientras que este ejerce fuerza en un sentido, el auto reacciona ejerciendo una equivalente, pero en sentido opuesto.
10. Una caminata también puede ser una forma de poner en práctica la tercera ley de Newton. Y esto ocurre cuando caminamos, por ejemplo, en la playa: mientras que con nuestros pies ejercemos fuerza hacia adelante con cada paso, empujamos la arena hacia atrás.
11. El funcionamiento de un avión también funciona como un claro ejemplo de la tercera ley de Newton ya que el mismo avanza hacia adelante como consecuencia de que las turbinas hacen fuerza hacia el lado opuesto, es decir, hacia atrás.
12. Un cohete también logra ponerse en funcionamiento gracias a la tercera ley de Newton ya que el mismo se desplaza gracias
al efecto de la pólvora quemada, que sale en sentido opuesto.
FUERZAS MECÁNICAS ESPECIALES
Las fuerzas mecánicas especiales, son fuerzas que por la forma en que actúan sobre otros cuerpos, presentan características diversas y se hace necesario diferenciarlas por su efecto, diagrama y sentido. Entre estas fuerzas encontramos las siguientes:
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GRADO: Décimo (10°) 2020 FUERZA DE TENSIÓN
Por definición se dice que la tensión es la fuerza ejercida en cualquier punto de una cuerda, considerada de masa despreciable o inextensible, sobre un cuerpo que está ligada a ella.
T = m*g
FUERZA CENTRIPETA
Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o a la componente de fuerza, dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria, que actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea. Es todo lo contrario a la fuerza centrífuga.
FUERZA DE ROZAMIENTO:
Aparece cuando dos cuerpos están en contacto entre ellos, y al menos uno de los cuerpos se mueve. La fuerza de fricción o fuerza de rozamiento tienen la misma dirección del movimiento pero en sentido opuesto. Esta fuerza se presenta a través de un vector de sentido opuesto a la fuerza aplicada para producir el movimiento.
FUERZA ELASTICA:
La fuerza que ejerce un resorte es directamente proporcional a la deformación que sufre y dirigida en sentido contrario a esta deformación. F= - KΔx . La fuerza que presenta el resorte cuando se deforma, se llama fuerza elástica recuperadora.
La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la
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GRADO: Décimo (10°) 2020 cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas.
La fuerza elástica se calcula como: F = - k ΔX
ΔX = Desplazamiento desde la posición normal k = Constante de elasticidad del resorte
F = Fuerza elástica FUERZA NORMAL
Toda fuerza ubicada sobre un plano experimenta una fuerza ejercida por el mismo. Esta es denominada fuerza normal. Con esto podemos definir que la fuerza normal en la fuerza formada por un plano sobre un cuerpo que está apoyado en él.
Cuando el cuerpo esta horizontal la magnitud de la fuerza normal es igual a la magnitud peso del cuerpo. Escribiéndose:
N = P = m. g
PESO DE UN CUERPO
El peso de un cuerpo es la fuerza con la que él es
atraído por la fuerza de gravedad.
El peso es el producto de la masa gravitacional de un cuerpo por la aceleración de la gravedad terrestre por lo que puede escribirse en la siguiente ecuación: P = m. g
Puntos claves a recordar sobre las leyes de Newton Las tres leyes de Newton son la base de la mecánica.
La fuerza resultante es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Las fuerzas que son de igual magnitud pero en sentidos opuestos se anulan.
La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza aplicada sobre él. La fuerza causa que un objeto se mueva.
Un objeto con mayor masa requiere más fuerza para moverse.
La fricción es la fuerza entre los objetos y la superficie sobre la que se mueven.
La inercia es la tendencia de un cuerpo en movimiento a permanecer en movimiento y depende de la masa.
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GRADO: Décimo (10°) 2020 Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton
Algunos ejemplos donde actúan las fuerzas acción-reacción son los siguientes:
Si una persona empuja a otra de peso similar, las dos se mueven con la misma velocidad pero en sentido contrario. Cuando saltamos, empujamos a la tierra hacia abajo, que no se mueve debido a su gran masa, y esta nos empuja con la misma intensidad hacia arriba. Una persona que rema en un bote empuja el agua con el remo en un sentido y el agua responde empujando el bote en sentido opuesto.
Cuando caminamos empujamos a la tierra hacia atrás con nuestros pies, a lo que la tierra responde empujándonos a nosotros hacia delante, haciendo que avancemos.
Cuando se dispara una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola (que es el retroceso que sufren las armas de fuego al ser disparadas), la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala.
La fuerza de reacción que una superficie ejerce sobre un objeto apoyado en ella, llamada fuerza normal con dirección perpendicular a la superficie
La fuerza que ejerce la Tierra sobre la Luna es exactamente igual (y de signo contrario) a la que ejerce la Luna sobre la Tierra y su valor viene determinado por la ley de gravitación universal enunciada por Newton, que establece que la fuerza que ejerce un objeto sobre otro es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza que la Tierra ejerce sobre la Luna es la responsable de que esta no se salga de su órbita circular.
Además, la fuerza que la Luna ejerce sobre la Tierra es también responsable de las mareas, pues conforme la Luna gira alrededor de la Tierra esta ejerce una fuerza de atracción sobre la superficie terrestre, la cual eleva los mares y océanos, elevando varios metros el nivel del agua en algunos lugares; por este motivo esta fuerza también se llama fuerza de marea. La fuerza de marea de la Luna se compone con la fuerza de marea del sol proporcionando el fenómeno completo de las mareas.
ACTIVIDADES # 3 semana del 31 de agosto al 5 de septiembre
1) Cuál será la aceleración de un cuerpo, si la fuerza se triplica y la masa permanece constante.
a) el triple c) un sexto b) un tercio d) la mitad
2) La unidad de la fuerza en el sistema internacional de medidas es: a) El Joule b) el kilogramo
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3) Sobre un cuerpo en estado de reposo actúan:
a) La Normal b) el peso y la Normal c) el peso d) la Normal y la fricción
4) La fuerza que actúa entre dos superficies en contacto es: a) La fricción b) la Normal b) la tensión d) el peso
5) La fuerza ejercida sobre un cuerpo por la superficie donde está Apoyado es:
a) El peso b) La Normal c) la fricción d) La aplicada
ACTIVIDAD # 4 semana del 7 al 12 de septiembre
Resolver los siguientes ejercicios:
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