2

La asignatura de Física I “Mecánica Clásica” tiene como intención que el estudiante sea capaz de

aplicar los conocimientos de las leyes de la mecánica clásica que explican el movimiento, así como las

leyes de conservación de la energía, para analizar fenómenos naturales, a través de formular

preguntas empleando el método científico, realizando experimentos pertinentes y construyendo

prototipos en trabajo colaborativo para comprender y/o representar por medio de modelos matemáticos

dichos fenómenos, generando soluciones a problemáticas en su vida cotidiana, valorando el impacto

de la ciencia con la tecnología.

Tema: Movimiento Rectilíneo Uniforme

El estudiante explicará los conceptos de equilibrio de fuerzas y fuerza neta para casos de fuerzas

colineales, mediante la manipulación de objetos en reposo o movimiento en condiciones de baja

fricción y la elaboración de diagramas de fuerzas, en los cuales las flechas representan jalones, con el

fin de inferir que la acción de dos o más fuerzas colineales es equivalente a la acción de una sola

fuerza (fuerza neta), la que para casos de equilibrio vale cero y que por lo tanto, en estas condiciones

se puede tener reposos o movimiento rectilíneo uniforme (movimiento libre).

Antes de iniciar, necesitas saber: ¿Qué vas a aprender?

El concepto de movimiento libre.

El concepto de movimiento forzado.

El concepto de fuerza neta.

El concepto de velocidad constante.

El saber cuándo un objeto recorre distancias iguales en tiempos iguales.

Identificar la presencia de la fuerza de fricción.

El realizar diagramas de fuerza.

Objetivo de Aprendizaje

3

Al finalizar podrás saber para que te va servir el M.R.U.

A través de la ejecución de las actividades podrás construir el modelo matemático que describe la

velocidad constante (distancias iguales en tiempos iguales).

También relacionarás la descripción del estado de movimiento con las causas que lo originan.

Aprenderás a diferenciar el movimiento libre del forzado. Y te acercaras a descubrir la 1ra ley de

Newton (inercia).

1. MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME

El movimiento más simple que pueden tener los objetos es el movimiento rectilíneo uniforme.

Este movimiento se presenta cuando un auto que viaja en una carretera recta mantiene una velocidad

constante. En la industria, la mayoría de las bandas transportadoras de material o productos se

mueven a velocidad constante.

Fig. 1

Las características de un móvil con movimiento rectilíneo uniforme son las siguientes:

1. La velocidad constante. esto indica que si el valor de la velocidad es de 80 𝑘𝑚

ℎ𝑟 tendrá ese

mismo valor durante todo el recorrido, además de que su dirección también deberá ser la

misma, por ejemplo, de norte a sur durante el viaje.

2. El móvil o cuerpo en movimiento recorre distancias iguales en tiempos iguales. Por ejemplo, si

un cuerpo recorre 80km en la primera hora, recorrerá 80 km en la siguiente hora, de manera

4

que una vez que hayan transcurrido tres horas, el móvil habrá recorrido una distancia de 240

km en total.

3. La velocidad y el desplazamiento tiene la misma dirección y el mismo sentido.

4. La magnitud del desplazamiento coincide con la distancia recorrida.

5. La magnitud de la velocidad coincide con la rapidez.

Para que puedas comprender los conceptos antes mencionados, necesitamos separar el movimiento

en dos tipos: el movimiento forzado y el movimiento libre, que a continuación los observaras y también

los medirás.

1.1 MOVIMIENTO FORZADO.1

En nuestra experiencia cotidiana y de acuerdo con lo que observamos, si empujamos un objeto sobre

el piso, al dejar de hacerlo, el objeto se detiene inmediatamente.

Fig. 2

¿Es necesario jalar o empujar un objeto durante todo el tiempo que se esté moviendo?

5

El propósito de esta actividad experimental es relacionar la rugosidad de superficies en contacto con

un jalón continuo, que se requiere para mantener objetos en movimiento.

Material:

Una silla o un banco

Una cuerda

Fig. 3

1. Amarra con la cuerda a un extremo de la silla y en una superficie lisa (en la sala de tu casa),

jala la silla procurando que se deslice uniformemente (velocidad constante).

2. Pon la silla sobre un tapete o la alfombra de tu casa y realiza lo anterior del punto uno.

3. Realiza un control de variables de las diferentes superficies para investigar cómo influyen en el

jalón continuo (fuerza).

4. Reflexiona de tus observaciones de la actividad experimental y realiza una conclusión por

escrito sobre los siguiente:

a) ¿en cuál superficie el jalón continuo (fuerza) fue mayor y en cual menor?

_____________________________________________________________

1Romero, M. R. (2004) Física I. CDMEX. Limusa

b) ¿Al aumentar la rugosidad de las superficies en contacto que sucedió con el jalón

continuo?

c) ¿Qué relación hay entre la rugosidad de las superficies en contacto y el jalón continuo?

______________________________________________________________________

Actividad de Aprendizaje

6

d) ¿La comparación fue cualitativa o cuantitativa?

______________________________________________________________________

e) Predice que sucedería al jalón continuo si se quitara totalmente la rugosidad de la

superficie en contacto.

______________________________________________________________________

Para contestar la pregunta e), realiza la siguiente actividad experimental, que sé que te

gustará:

1.2 MOVIMIENTO LIBRE.

Construcción de un prototipo.

Materiales:

1. Un Cd viejo.

2. Un globo.

3. Un tapón de botella.

4. Pegamento para plástico.

5. Masking tape.

Fig. 4

Pegar el tapón al CD.

7

Fig.5

Trata que quede de la siguiente manera:

fig.6

Poner el globo en el tapón.

fig. 7

8

Fig. 8 fig. 9

Coloca el disco de baja fricción sobre una superficie horizontal lisa, dale un empujón de corta duración y

observa que el disco se mantiene en movimiento, aun cuando el empujón no es continuo. Y déjalo que

corra libremente, observa su movimiento, trayectoria y velocidad.

fig. 10

Reflexiona de tus observaciones de la actividad experimental y realiza una conclusión por escrito sobre

los siguiente:

a) ¿Hay una mano o fuerza que empuja el disco durante su movimiento?

b) ¿Qué cambió en el disco con globo que hace se mueva libremente?

c) ¿Cómo podrías saber si el disco lleva o no velocidad constante?

d) ¿Qué sucede con el disco cuando se le acaba el aire al globo?

e) ¿Qué variable detiene al disco?

9

f) ¿Qué hace cambiar a qué?

Elabora una definición de Movimiento Uniforme.

Esta debe incluir una prueba que permita decidir si el objeto tiene movimiento uniforme. La actividad

debe ser aplicable a cualquier objeto en movimiento; no debe contener juicios personales sobre qué tan

uniforme parece ser el movimiento, debe incluir formas de medirlo y maneras para decidir si el

movimiento es uniforme o no.

Para responder la pregunta:

“¿Es necesario jalar o empujar un objeto durante todo el tiempo que se esté moviendo? “,

planteada al inicio de este tema, recordemos que, de acuerdo a lo observado en la experimentación,

cuando el disco de baja fricción se mueve, lo hace sin una fuerza actuante.

Esto se debe a que en nuestra experiencia cotidiana todos los objetos están sujetos a fuerzas de

fricción que pasan inadvertidas y por ello erróneamente se asocia una proporcionalidad directa

entre fuerza y velocidad, pero al disminuir la fuerza de fricción entre las superficies en contacto

(colchón de aire del disco), el disco se mueve libremente con velocidad constante.

De esta manera el movimiento libre se presenta cuando un objeto se mueve a velocidad constante,

recorriendo distancias iguales en tiempos iguales. Romero, M. R. (2004) Física I. CDMEX. Limusa

10

1.3 METODO CUANTITATIVO. 2

A través de esta actividad podrás construir el modelo matemático que describe la velocidad constante.

José camino 19 metros y tuvo la curiosidad de saber cuánto tiempo se tomó. A continuación, sus

datos:

distancia (m) tiempo (s) 1 1.52 2 3.49 3 5.62

4 6.1 5 10.1 6 10.99 7 11.74 8 12.7 9 13.58 10 15.86 11 16.63 12 17.52 13 19.36 14 20.6 15 21.21 16 22.5 17 22.81 18 23.76 19 24.81

Fig. 11

Descripción del movimiento:

1. ¿Qué relación existe entre la distancia y el tiempo?

____________________________________________________________________________

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20

velocidad

11

2. ¿Cuánto vale la velocidad?

____________________________________________________________________________

3. ¿Cuál es el modelo matemático que describe el movimiento de José al caminar?

____________________________________________________________________________

4. ¿Qué tipo de movimiento describe José al caminar?

____________________________________________________________________________

2 tomado del libro de actividades de apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física 1 de Emma Jiménez

Cisneros.

Causas del movimiento:

1. ¿Cuánto vale la fuerza neta sobre José?

2. Elabora un dibujo que muestre la fuerza que José aplica sobre el piso al caminar.

3. En el dibujo anterior incluye la fricción.

4. ¿Esta fuerza de fricción es estática o dinámica?

5. ¿La fuerza de fricción y el movimiento de José tienen el mismo sentido?

6. Si la fuerza que aplica José tiene una magnitud de 9 N. ¿Cuánto vale la fuerza de fricción?

Valores intermedios y predicciones:

1. ¿Qué distancia recorre José en 12 seg?

2. Cuanto tiempo empleará José en recorrer un pasillo de 35.5 metros?

Esta es la prueba que te permite decidir si el objeto tiene movimiento uniforme. Tienes el

método para controlar variables y poder medirlas

12

Retroalimentación Seguramente has ido a las “chispas” a jugar en la mesa de hockey. Esta funciona mediante la

generación de un colchón de aire sobre el cual “flota” un pok (disco que se utiliza en este juego). El

propósito del colchón de aire es reducir la fricción hasta hacer que sus efectos sean despreciables. Jiménez C. E. (2004) Física I. CDMEX. Limusa

1. Si golpeas el pok durante el primer segundo recorre 30 cm,

en el siguiente segundo, ¿Qué distancia recorre?

a) 60 cm

b) 30 cm

c) 15 cm

2. Si golpeas el pok y adquiere una velocidad de 30 𝑐𝑚

𝑠, su

velocidad después de 4 s será de:

a) 120 𝑐𝑚

𝑠

b) Menos de 30 𝑐𝑚

𝑠

c) Más de 30 𝑐𝑚

𝑠

fig. 12

d) 30 𝑐𝑚

𝑠

Es poco probable que manejes, lo que sí es seguro es que en algunas ocasiones hayas viajado

en automóvil y tenido experiencias acerca de los cambios en su estado de movimiento. Imagina

que manejas en una carretera recta sobre una superficie pavimentada y de pronto pasas a una

superficie sin fricción (sobre aceite derramado).

3. Al pasar de la superficie pavimentada a la superficie sin fricción, la velocidad:

a) Aumenta

b) Disminuye

c) No cambia

4. En la superficie sin fricción oprimes más el acelerador, entonces la velocidad:

a) Aumenta

b) Disminuye

c) No cambia

5. Si sobre la superficie sin fricción se aplica una fuerza externa diferente de cero, el auto:

a) Mantiene la misma velocidad

b) Puede disminuir la velocidad

c) Puede aumentar la velocidad

6. Supongamos ahora que estas detenido frente a un semáforo en rojo y un automóvil golpea por

detrás tu auto.

a) ¿Cómo ayudaría el cojín reposa-cabeza que en los últimos años se ha agregado al

respaldo del asiento?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

b) ¿Cómo interviene en este caso la Primera Ley de Newton?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

13

Mapa Conceptual A través del siguiente mapa conceptual tendrás una idea del tema movimiento libre y forzado.2

Fig. 13

2 Romero, M. R. (2004) Física I. CDMEX. Limusa

Fuentes Consultadas

14

1. Ricardo Romero M. (2004) Física I. CDMEX. Limusa.

2. Emma Jiménez C. (2004) Actividades de apoyo para la enseñanza y evaluación de Física I.

CDMEX. Limusa

3. Carlos Gutiérrez A. (2006) Física I. unidad II. Cd Méx. McGraw Hill.

Referencias de las imágenes.

Fig. 1. Yuchengming S. (2010) “Transportadores para bebida” [ilustración]

recuperado de http://www.cn-conveyors.com/es/sistema-transportadora-de-bebida.html

Fig. 2. Hernández M. (2016) “empuje” [ilustración]

Fig. 3. Hernández M. (2016) “jalón continuo” [ilustración]

Fig. 4. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 5. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 6. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 7. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 8. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 9. Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 10Recetasdecocina (2010) “como hacer un aerodeslizador hovercraft” [ilustración] http://www.como-

hacer.org

Fig. 11. Hernández M. (2016) “velocidad Cte.” [gráfica]

Fig. 12. Mercado libre (2016) “mesa de hockey” [ilustración] recuperado de:

http://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-550053870-mesa-de-air-hockey-arcade-promocion-octubre-

_JM