electrostatica

FUERZA E INTERACCIÓN
Unidad 13
Contenidos.
1.- Evolución histórica del concepto de fuerza (concepciones pregalineanas).
2.- Naturaleza de las fuerzas
2.1. Carácter vectorial de la fuerza.
2.2. Medida de las fuerzas.
2.3. Fuerza elástica. Ley de Hooke.
3.- Fuerza resultante.
3.1. Composición de fuerzas concurrentes.
3.2. Composición de fuerzas paralelas.
3.3. Descomposición defuerzas. Componentes normal y tangencial.
4.- Momento de una fuerza.
4.1. Par de fuerzas.
5.- Condiciones generales de equilibrio.
5.1. Palanca y polea.
6.- Interacción gravitatoria. Ley de gravitación universal. Peso de un cuerpo. Campo gravitatorio.
7.- Interacción eléctrica. Ley de Coulomb. Campo eléctrico.
Evolución histórica del concepto de Fuerza
Aristóteles
Diferencia entre movimientos:Naturales (caída libre, rotación de planetas). No precisan, al igual que en reposo, la existencia de fuerzas.
No naturales. Precisan de fuerzas (aunque sean uniformes).
Si se lanza un objeto, la fuerza existiría mientras exista movimiento
Galileo
“Las fuerzas son las causantes de los cambios de velocidad”.
Por tanto, en el MRU, en donde v es constante no es preciso la existencia de fuerzas.En cambio, en el MCU, v sí que varía pues aunque no cambie su módulo sí que cambian la dirección y el sentido constantemente. Por tanto, necesita F.
Igualmente un MRUA o un MCUA precisan la existencia de fuerzas.
Newton
Además de las fuerzas por contacto “vis impresa” existen las fuerzas que actúan a distancia “vis centrípeta” (incluso en el vacío).
Un ejemplo de estas últimas son las“fuerzas gravitatorias” que gobiernan el movimientos de los planetas.
El peso de los cuerpos es una fuerza gravitatoria en donde uno de los objetos es siempre la Tierra.
Definición actual de Fuerza.
Fuerza “es toda acción capaz de cambiar el estado de reposo o de movimiento, o de producir en él alguna deformación”.
Concepto de Dinámica.
Dinámica “es la ciencia que estudia el movimiento, peroatendiendo a las causas que los producen, es decir, las fuerzas”.
Carácter vectorial de las fuerzas.
®
La fuerza F es una magnitud vectorial ya que posee además de un valor concreto (módulo) una dirección y un sentidos determinados.
Por tanto puede expresarse como:
® ® ® ®
F = Fx i + Fy j + Fz k que expresaremos como F = Fx i + Fy j + Fz k
Medida delas fuerzas. Unidades.
La unidad de medida de las fuerzas en el Sistema Internacional es el Newton (N) que es la fuerza aplicada a 1kg de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2.
m
N = Kg · ——
s2
Otra unidad de fuerza muy usada es el kilopondio (kp) (normalmente llamado “kilo”).
1 kp = 9,8 N
Fuerza elástica.
Al estirar un muelle, la deformación de éste esproporcional a la fuerza aplicada. En esta propiedad se basan los dinamómetros para saber la fuerza que se aplica sobre ellos.
Ley de Hooke
La expresión matemática se conoce como Ley de Hooke:
Felast. = – k · Dr
“k” se conoce como constante elástica y depende lógicamente del tipo de muelle.
La fuerza que hay que aplicar para estirar o comprimir el muelle (fuerza deformadora) es igual y de sentidocontrario
(k ·Dr).
Normalmente, sólo es necesario calcular el módulo de dicha fuerza. Como el módulo del vector desplazamiento de un punto situado al final del muelle es la variación de longitud del mismo:
F = k · Dl = k ·|l –l0|
Hay una fuerza límite, a partir de la cual el muelle deja de comportarse como elástico.
Por encima de esta fuerza se encuentra el límite de fractura.
Ejemplo:Un muelle de constante elástica de 200 N/m tiene una longitud de 50 cm cuando no se aplica ninguna fuerza. Calcula: a) el alargamiento que sufre al aplicar 50 N; b) la fuerza que debe aplicarse para que el muelle mida 60 cm.
a) F 50 N
Dl = — = ————— = 0, 25 m = 25 cm
k 200 N·m-1
b) Dl = 60 cm – 50 cm = 10 cm = 0,10 m
F = k · Dl = 200 N·m-1 · 0,10 m =...