miércoles, 15 de mayo de 2013

TEMA 9 (2).- FUERZAS Y MOVIMIENTOS ( FUERZAS)

 solución a los ejercicios de la semana pasada:
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43877103/2%C2%BA%20ESO/soluci%C3%B3n%20ejercicios%20examen%20tema%20moviles.doc

 SIGUIENDO EL LIBRO...
5.- LAS FUERZAS Y SUS EFECTOS
Qué es una fuerza?
Tipos de fuerzas
Efectos de las fuerzas
LA ATRACCIÓN GRAVITATORIA
La interacción gravitatoria
El peso de los cuerpos
La caída libre de un cuerpo
EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

CUADERNILLO DONDE PODEMOS ENCONTRAR EJERCICIOS DE FUERZA
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43877103/2%C2%BA%20ESO/cuadernillo%202%20y3%20y%20otros.pdf

LAS FUERZAS Y SUS EFECTOS
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema2/

http://webs.ono.com/fisicaquimica4eso/fisicayquimica/material-apoyo/fuerzas.pdf
http://natu2eso.wordpress.com/2012/12/17/tema-4-las-fuerzas-y-sus-efectos/


5.- LAS FUERZAS Y SUS EFECTOS
Qué es una fuerza?.- Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo o de movimiento.Las fuerzas se representan mediante flechas (vectores). Los segmentos de recta indican la dirección y el extremo acabado en una punta de flecha, el sentido. 


Al aplicarse una fuerza sobre un cuerpo, pueden distinguirse cuatro elementos
: la dirección, el sentido, la intensidad y el punto de aplicación.
Dirección:
Nos indica la línea sobre la que actúa la fuerza
Sentido:
Es el lugar hacia donde se ejerce la fuerza. Intensidad. Es el valor de esa fuerza, expresada en
newtons.
Punto de aplicación:
Es el lugar donde se ejerce la fuerza. Las fuerzas, como magnitudes vectoriales que son, se representan
mediante vectores.
Intensidad o módulo.-  Valor  de la magnitud de la fuerza
 



















Tipos de fuerzas.- Las fuerzas fuerzas pueden ejercerse de dos formas. Atendiendo a ello se clasifican en:
Fuerzas de contacto.- Son aquellas en las que el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo sobre el que se aplica dicha fuerza.
Fuerzas a distancias.- Son aquellas en las que no existe contacto directo entre el cuerpo que ejerce la fuerza y el cuerpo sobre el que es aplicada.

Efectos de las fuerzas.- 

Las fuerzas pueden producir dos clases de efectos sobre los cuerpos que actúan:
Efecto estático. Las fuerzas pueden producir deformaciones, perceptibles a veces y otras no, porque pueden ser muy pequeñas.
Efecto dinámico. Las fuerzas pueden:
  • Hacer pasar a un cuerpo del reposo al movimiento.
  • Cambiar el valor de la velocidad aumentándola o disminuyéndola.
  • Modificar la dirección de la velocidad.
Las fuerzas pueden deformar los cuerpos y su comportamiento ante las deformaciones es muy distinto. (el hierro es mas rígido que la resina, y un muelle recupera su forma inicial cuando la fuerza deja de actuar).
 Podemos clasificar loa materiales según responden ante las fuerzas, de la siguiente manera:
-         Rígidos. No se modifica la forma cuando actúa  sobre ellos una fuerza
-         Elásticos. Recuperan la forma original cuando deja de actuar la fuerza que los deforma
-       Plásticos. Al cesar la fuerza que los deforma, los materiales no recuperan la forma primitiva y quedan deformados permanentemente.

La elasticidad es una propiedad de la materia que permite a los cuerpos deformarse cuando están sometidos a una fuerza y recuperan la forma inicial cuando la causa de la deformación desaparece.

Existe un límite de elasticidad,  que si se sobrepasa, un cuerpo deja de ser elástico y por lo tanto quedaría deformado permanentemente. Este límite depende de cada cuerpo y de cada sustancia.

Límite de ruptura, que es la fuerza máxima que ha de soportar un cuerpo determinado sin romperse

La plasticidad es la propiedad por la cual determinados cuerpos adquieren  deformaciones permanentes cuando deja de actuar sobre estos la fuerza que los deforma. Es la propiedad contraria a la elasticidad.
 Los cambios que experimenta un cuerpo en su estado de movimiento o de reposo se rige por una ley fundamental de la física: F= m.a

Ley de Hooke (como ampliación)

En el siguiente ejemplo vamos a calcular la relación cuantitativa que existe entre la fuerza aplicada y la deformación del muelle.


Vamos a colgar del muelle de la figura diferentes pesos y vamos a tomar medida del alargamiento del muelle.
Suponemos que una vez hecha la experiencia que acabamos de describir hemos obtenido los resultados siguientes:

Fuerza F(N)
100
200
300
400
500
Alargamiento   
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25

Observamos que el cociente  presenta un valor constante:

Este cociente recibe el nombre de constante elástica K, que en el Sistema Internacional es medida en Newton por metro (N/m) y depende de las características particulares de cada muelle. Podemos establecer esta relación:

o bien:

Esta expresión es conocida como la Ley de Hooke y se puede enunciar así:
La deformación de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que lo produce.

Medida de las fuerzas

Para medir la intensidad de las fuerzas se utiliza el dinamómetro, formado por un muelle que de acuerdo con la ley de Hooke, se alarga al ser sometido a una fuerza. El muelle lleva adosada una escala graduada que permite medir directamente la fuerza, ya que, como acabamos de ver hay una relación de proporcionalidad entre la fuerza aplicada y el alargamiento del muelle.

-Dos fuerzas tienen el mismo valor si, aplicadas a un mismo muelle producen igual deformación.

-Una fuerza es n veces más grande que otra si, aplicada al mismo muelle causa una deformación n veces más grande que la originada por la otra.

Equilibrio de Fuerzas

Sistema de Fuerzas: son diversas las fuerzas que actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo. Cada una de estas fuerzas es un  componente del sistema.

Fuerza resultante aquella que puede remplazar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, y producen el mismo efecto.

Un cuerpo rígido esta en equilibrio cuando esta en reposo o cuando se mueve con un movimiento rectilíneo y uniforme. Es decir, la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo es nula.
Los principios del equilibrio de los cuerpos que pueden enunciarse así:
-         Una fuerza que actúa sola sobre un cuerpo no produce equilibrio (A)
-         Dos fuerzas iguales y opuestas que actúan en la misma línea de acción producen equilibrio (B)
-         En un cuerpo en equilibrio, cada fuerza es igual y opuesta a la resultante de todas las otras (C).

-Composición de las fuerzas

La composición de las fuerzas es la operación que consiste en determinar la fuerza resultante de la acción de las otras.

-Fuerzas de igual dirección y sentido

La resultante tiene esa misma dirección y ese mismo sentido, y su intensidad es la suma de las intensidades.

-Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario

La resultante tiene la misma dirección, pero su sentido será el mismo que la fuerza que actúa con más intensidad. Su modulo será la diferencia de los módulos de las fuerzas componentes.

-Fuerzas concurrentes

Las fuerzas concurrentes son aquellas que se cortan, estas o sus prolongaciones, en un punto.

La fuerza resultante de dos fuerzas concurrentes se calcula aplicando la regla del Paralelogramo, según la cual, la dirección y el sentido de la resultante son los de la diagonal del paralelogramo que esta formado por las fuerzas concurrentes y sus paralelas.
Si las dos fuerzas concurrentes tienen direcciones perpendiculares, el modulo de la resultante se puede calcular aplicando el teorema de Pitágoras:

-Composición de fuerzas paralelas en distintos puntos de aplicación:

La resultante de dos fuerzas paralelas del mismo sentido y con diferente punto de aplicación  es una fuerza paralela a estas y con el mismo sentido. Su modulo es igual a la suma de los módulos de estas, y su punto de aplicación  esta situado entre estas y divide al modulo que las une en partes inversamente proporcional a sus módulos.
La resultante de dos fuerzas paralelas de sentidos contrarios y con distinto punto de aplicación es una fuerza paralela a estas, su sentido es el de la mas grande, su modulo es igual a la diferencia de los módulos, y su punto de aplicación es exterior al segmento que las une y corta la recta que contiene este segmento en un punto, la distancia del cual a los puntos de aplicación de las fuerzas, es inversamente proporcional a los módulos de estas.



Descomposición de las Fuerzas

Cualquier fuerza física podemos descomponerla en la suma de dos fuerzas o mas, dirigidas en dos direcciones distintas.

Si elegimos dos direcciones perpendiculares (X, Y), cada componente se determina construyendo la proyección perpendicular del vector que representa la fuerza sobre la dirección correspondiente tal y como se muestra en la figura.


Según la regla del paralelogramo

 Problemas o ejercicios para poder realizarlos

LA ATRACCIÓN GRAVITATORIA
http://conteni2.educarex.es/mats/14349/contenido/ 
 La fuerza de atracción de la gravedad: el peso

Cuando dejamos libre un cuerpo cualquiera, a determinada distancia de la superficie terrestre, este cae. De acuerdo con la Ley de Newton está actuando una fuerza, puesto que se produce un movimiento con dirección vertical y sentido hacia la superficie terrestre. A esta fuerza la llamamos atracción gravitatoria o peso.
Según Isaac Newton todos los cuerpos; es decir, cualquier masa, ejerce una fiuerza de atracción sobre las demás masas; a esta fuerza la llamó fuerza de la gravedad.
Esta fuerza es muy pequeña y, en cuanto exista otra fuerza que impida la acción de la gravedad, esta aparentemente deja de existir; sin embargo, cuando una de las masas es un planeta, un satélite o una estrella, esta fuerza adquiere una intensidad considerable capaz de mover grandes masas, como en el caso de las mareas.
La Ley de Gravitación Universal, enunciada por Isaac Newton, dice que "todos los cuerpos del Universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional a las masas de éstos e inversamente proporcional a la distancia entre ellos".

La Ley de Gravitación Universal, enunciada por Isaac Newton, dice que "todos los cuerpos del Universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional a las masas de éstos e inversamente proporcional a la distancia entre ellos".
La expresión matemática de esta Ley es:
       M . m
F =G -----------
        r2
donde M es la masa de la Tierra (o de otro astro), m la masa de un cuerpo, r la distancia entre ambos cuerpos (en la Tierra es el radio terrestre) y G es una constante denominada Constante de Gravitación Universal.
El valor que dedujo Newton para esta constante es muy pequeño: 6,67 · 10- 11  N· m2/Kg2 . Por eso F sólo es apreciable cuando una al menos de las masas es muy grande. Es preciso recordar que la masa que se le ha calculado a nuestro planeta es de 5,974 ·1024 Kg.
Si calculamos el valor de la fuerza que atrae a un cuerpo de masas 1 Kg., a un metro de distancia, sobre la superficie terrestre (radio terrestre 6378 Km. ó 6378000 m.), la operación a realizar sería:
F = 6,67 · 10- 11 · 5,974 ·1024 · 1/ 63780012
F = 6,67 · 10- 11 · 5,974 ·1024 · 1/ 40678896756001
El resultado es F = 9,795 N. Es decir una masa de 1 Kg. es atraída por la Tierra con una fuerza de 9,8 N. A esta Fuerza la llamamos 1 kilopondio. De donde 1 Kp = 9,8 N.
Si, en lugar de poner como ejemplo una masa de 1 Kg. ponemos una masa m, en general, resultaría:
F = m · 9,8; sin duda muy parecida a la ecuación de la fuerza F = m · a.
Newton llamó al valor 9,8, aceleración de la gravedad (g). De aquí obtenemos la ecuación del peso:
 
P = m · g
No se debe confundir gravedad con aceleración de la gravedad. La gravedad es una fuerza, la aceleración de la gravedad es la aceleración con la que los cuerpos ganan velocidad en una caída libre g = 9,8 m/s2

La caída libre de un cuerpo.- Podeis encontrar ejercicios en el cuadernillo 2,3 de fuerzas  página 20 y la página sobre gravitación...
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43877103/2%C2%BA%20ESO/cuadernillo%202%20y3%20y%20otros.pdf
 http://ctaalumno.galeon.com/

EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
 Principio de Arquímedes

En el agua vemos lo que ocurre cuando metemos dentro un cuerpo. Podemos experimentar la existencia de otra fuerza: el empuje.
El descubrimiento se debe a Arquímedes (287-212) A.C. que lo expresó así: Todo cuerpo sumergido en un fluido (líquido o gas) desaloja un volumen de fluido equivalente a su propio volumen.
Como consecuencia de la diferencia entre la masa del cuerpo y la masa, de igual volumen, del agua desplazada por el cuerpo, pueden ocurrir dos casos:
  • Que la masa del cuerpo sea mayor que la del agua que desplaza. En este caso el cuerpo se hundirá.
  • Que la masa del cuerpo sea menor que la masa del agua desalojada. El cuerpo flotará.
Si ambas masas son muy semejantes el cuerpo seguirá hundiéndose hasta que el volumen de agua desplazado tenga la misma masa que el propio cuerpo.
En realidad sumergir un cuerpo en un fluido equivale a desplazar hacia arriba un volumen igual de líquido. Este desplazamiento requiere una fuerza que debemos vencer al intentar sumergir el cuerpo. De esta experiencia se deduce el principio de Arquímedes.
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical  hacia arriba, denominada empuje, que es igual al peso del fluido desalojado y de sentido contrario.
Por este motivo cuando levantamos un cuerpo dentro del agua percibimos un peso menor que denominamos peso aparente.
Peso aparente = Peso real - Empuje

Actividades sobre el principio de Arquímedes

Una lancha neumática con un peso de 5 Kg. y un volumen de 3 dm3 (deshinchada) se mete en el agua. Compara lo que ocurrirá con el estado de la lancha hinchada y ocupando un volumen de 100 dm3.
El peso de la lancha es: P = m · g,,      P = 5 Kg. · 9,8 m/seg2 = 49 N ( 5 Kp.)
El peso del agua que desaloja cunado está deshinchada es: P = 3 Kg. · 9,8 m/seg2 = 29,4 N ( 3 Kp.)
Por tanto, Peso aparente = 49 N - 29,4 N = 19,4 N; lo que quiere decir que la lancha parece pesar 19,4 N, por tanto se hundirá.
El peso del agua que desaloja cuando está hinchada es: P = 100 Kg. · 9,8 m/seg2 = 980 N
Por tanto, Peso aparente = 49 N - 980 N = - 930 N; lo que quiere decir, si intentamos sumergir toda la lancha en el agua, notaremos un empùje (hacia arriba) de 930 N; por tanto, la lancha flotará.
¿Qué volumen de la lancha quedará dentro del agua?.
Sólo el suficiente para equilibrar el peso de la lancha. O sea, el equivalente a 5 Kg. de agua. Por tanto 5 dm3 de lancha quedarán por debajo del nivel del agua.