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Dpto. CienciasIngrid Fuentes

GUÍA DE ESTUDIO No 1: DINÁMICALEYES DEL MOVIMIENTO DE NEWTON Y SUS APLICACIONES

2014

NOMBRE________________________________________________________CURSO: _____________________

A.E.: Aplicar los principios de newton (el de inercia, el de masa y el de acción y reacción) para explicar la acción de diversas fuerzas que suelen operar sobre objetos en situaciones de la vida cotidiana.

1.Diferencia entre el concepto de masa y Peso: Definimos a la masa como la cantidad de materia que posee un cuerpo y siempre es constante en todo el universo, su unidad básica en el S.I. es el kilogramo. Cuando hablamos de peso nos referimos a la fuerza gravitacional que experimenta un objeto al ser atraído por otro, éste se mide en el S.I. en Newton.

2.La fuerza de gravedad o peso: Se puede definir como la fuerza gravitacional con que un planeta o estrella atrae hacia su centro a un cuerpo. El Peso es responsable de que los cuerpos caigan. La expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la segunda ley de Newton (F=m∙a), si consideramos un cuerpo de masa m que cae a causa de la gravedad, y por lo cual adquiere la aceleración de gravedad (g), la fuerza gravitacional sobre el cuerpo, FG, es escribe como:

FG = m∙gFG: es el módulo del peso también se representa por una P.m : es la masa del cuerpo.g :es el módulo de la aceleración de gravedad local.

De acuerdo a la ecuación, el peso de un cuerpo es directamente proporcional a su masa, por esto, si un cuerpo posee mayor masa que otro, será atraído por la Tierra con una fuerza mayor y tendrá, por lo tanto, un peso mayor, puesto que el peso también depende de la aceleración de gravedad la cual varía de un lugar a otro en diferentes partes del Universo. El instrumento que permite medir el peso de un cuerpo es el dinamómetro.

3.Fuerza Normal: Corresponde a la fuerza de contacto que realiza una superficie sólida para impedir que un objeto la atraviese. La fuerza Normal siempre es perpendicular a la superficie en que se apoya el objeto o plano de acción, y es una reacción a la fuerza que el objeto aplica sobre la superficie de apoyo. En el caso de la figura, debido a que la caja tiene aceleración cero, y de acuerdo a la segunda ley de Newton, se deduce que: ∑F = N – mg = 0, por lo tanto, N = mg. La fuerza normal equilibra la fuerza gravitacional sobre la caja.

Cuando un cuerpo está suspendido a determinada altura por cuerdas, barras, etcétera, no existe fuerza normal, pero sí se producen fuerzas de tensión o fuerzas de compresión sobre él objeto suspendido.

I. Leyes de Newton y consideraciones para el desarrollo de ejercicios y sus aplicaciones.

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1. Primera Ley de Newton: Sin acciones de otros cuerpos, un cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento.

- Inercia: Es la propiedad de los cuerpos de resistirse al cambio de su estado de movimiento o de reposo. Esta se cuantifica a través del concepto de masa.

- Masa: es la medida de la inercia.

2. Segunda Ley de Newton:

- Para la aceleración: La aceleración que experimenta un cuerpo cuando sobre él actúa una fuerza resultante, es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masa inercial, y dirigida a lo largo de la línea de acción de la fuerza. Esta afirmación se representa como:

a=Fnetam - Para la fuerza neta: El producto de la masa y la aceleración de

un cuerpo es igual a la intensidad de la fuerza neta que resume las acciones de otros cuerpos. Esta afirmación permite expresar la segunda ley de Newton como:

3.Tercera Ley de Newton: Si un cuerpo A actúa sobre otro

cuerpo B, la acción del cuerpo A sobre el cuerpo B es igual en dirección y magnitud, pero tiene sentido opuesto a la acción del cuerpo B sobre el cuerpo A. Se representa como:

F1=-F2

Comentario adicional: Algunas personas piensan que estas dos fuerzas llamadas acción y reacción, por tener la misma magnitud y sentidos opuestos, se deben equilibrar o cancelar. Esto efectivamente seria cierto, pero solo si ambas acciones fueran sobre un mismo cuerpo, pero las fuerzas de acción y reacción se refieren a acciones sobre dos cuerpos diferentes y por eso no se cancelan.

II. Desarrolla los siguientes ejercicios.

1. Shelly, la patinadora, tiene una masa total de 55 kg, y está impulsada por un cohete.

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Tabla IFuerza Aceleración70 N130 N

3.1 m/s2

200 N4.5 m/s2

a) Completa la tabla I utilizando para cada cálculo la fuerza dada en la primera columna de la tabla, y despreciando el roce con el aire.

b) Completa la tabla II considerando para cada cálculo la fuerza dada en la primera columna de la tabla, pero además, considera una fuerza de roce con el aire de 50 N para cada caso.

2. Para las siguientes imágenes, traza la otra flecha (vector) que corresponde (acción y reacción) y escribe la reacción a la acción dada. Guíate por el ejemplo y utiliza un lápiz de color.

II. Desarrolle los siguientes ejercicios. Orden y claridad en su procedimiento.

1. Si la gravedad del planeta Marte es de 3.72 m/s2, ¿Cuál será el peso en ese planeta de una mochila llena con libros cuya masa total es de 4 kg?:

2. Un niño de 40 kg y su padre de 80 kg están con patines mirándose de frente, se empujan con una fuerza de módulo 20 N. Determinar la aceleración de ambas personas

3. Un cuerpo pesa 250 N en la superficie de Venus, donde la aceleración de gravedad es gV=8.9m /s2. ¿Cuál será su peso en la Tierra?

4. Si sobre una caja de 4 kg de masa, apoyada sobre una superficie lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como se indica en la figura, ¿Cuál es la aceleración de la caja?

5. ¿Cuál será la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza cuyo valor es de 400 N le produce una aceleración de 5 m/s2?

6. Si sobre una caja de 2 kg de masa, apoyada sobre una superficie lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como se indica en la figura, ¿Cuál es la aceleración de la caja? Despreciando la fuerza de fricción. (Rpta. 5 m/s2)

7. Un auto de 600 kg puede acelerar a 2 m/s en cierto momento. ¿Qué fuerza constante en magnitud debe aplicar su motor? (Rpta. F= 1200 N)

8. Determine la fuerza que recibe un ciclista cuya masa es de 65 kg, y que al ser empujado por una persona, experimenta una aceleración de 0.3 m/s2. (Rpta. F= 19.5 N)

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Tabla IIFuerza Fuerza de roce Aceleración50 N 50 N180 N 50 N260 N 50 N300 N 50 N

9. ¿Qué aceleración experimenta un cuerpo de 8 kg de masa, si sobre él actúa una fuerza resultante de 24 N?

10.Calcula el valor de la aceleración que recibe el siguiente baúl de 150 kg de masa, cuando se aplican sobre él 3 fuerzas horizontales como se muestra en la figura (desprecia la fuerza de fricción).(Rpta. 0.866 m/s2)

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