Fuerzas de fisica (leyes de newton)

Liceo Ferm´ del Real Castillo ın Departamento de Ciencias Proyecto “Ep´ ıtome”

Gu´ 3 ıa F´ ısica para PSU: Din´mica a

1.

Fuerzas.

Fuerza es la causa capaz de producir movimiento, deformaciones u otras alteraciones del estado de los cuerpos o sistemas f´ ısicos. Una fuerza puede ser de contacto (un tir´n, empuj´n, etc.) o actuar a distancia (el magnetismo, o o la gravedad, etc.). Lafuerza se mide en newtons [N ], y que equivale a darle a un cuerpo de 1,0 [kg] una aceleraci´n de 1,0 [m/s2 ]. o La masa es la cantidad de materia de un cuerpo. Se mide en kil´gramos [kg]. La masa NO es lo mismo que o el peso.

2.
2.1.

Las leyes de Newton.
Primera ley de Newton:
Cada cuerpo material persiste en su estado de reposo o de movimiento uniforme en l´ ınea recta, a menos que unafuerza, que act´a sobre el cuerpo, lo conmine a cambiar de estado. u

2.2.

Segunda ley de Newton:
El cambio de momentum ∆p de una part´ ıcula es proporcional a la fuerza neta que act´a sobre el cuerpo, u como tambi´n al intervalo ∆t durante el cual ella se aplica, y apunta en la direcci´n y sentido de esta e o fuerza, es decir ∆p = F ∆t.

2.3.

Tercera ley de Newton:
Si un cuerpo A ejerceuna fuerza sobre otro B, entonces este ultimo ejercer´ sobre A una fuerza de ´ a igual magnitud y en la misma direcci´n, pero en sentido opuesto. o

2.4.

Consecuencias de las leyes de Newton.1

1. Las leyes de Newton son v´lidas s´lo en sistemas de referencia inerciales (que se mueven con velocidad a o constante ´ que se encuentran en reposo). o 2. Definici´n 2.1 El momentum se define comoel producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es o decir p = mv . (1) El momentum es una cantidad vectorial. 3. La fuerza media que act´a sobre una part´ u ıcula durante el intervalo ∆t es F = ∆p . ∆t

La fuerza instant´nea se obtiene en el l´ a ımite ∆t −→ 0, o sea, viene dada por F ≡ dp . dt

Como en la mayor´ de los casos estudiados en la Tierra la masa de los sistemas f´ ıa ısicoses constante, se obtiene la conocida y util expresi´n tradicional de la segunda ley de Newton ´ o F = dp d(mv) dv = =m = ma . dt dt dt

4. La fuerza neta es la sumatoria vectorial de todas las fuerzas que act´an sobre un cuerpo. Esa fuerza neta es u la que provoca la aceleraci´n de los cuerpos. o
dp dt es una notaci´n para la operaci´n derivada, proveniente del c´lculo, una rama de lasmatem´ticas que estudia las funciones. En esta o o a a gu´ y en las siguientes se introduce la notaci´n de derivada s´lo con fines explicativos, entregando los resultados fundamentales al final ıa o o de cada apartado. NO es necesario saber c´lculo para comprender los conceptos, as´ que no se preocupe. a ı
1 La

notaci´n o

Proyecto de mejoramiento del aprendizaje de las ciencias en el aula “Ep´ ıtome”.1

Liceo Ferm´ del Real Castillo ın Departamento de Ciencias Proyecto “Ep´ ıtome”

3.

Peso y masa.

Ya sabemos que el peso no es lo mismo que la masa. El peso es la fuerza con que la Tierra atrae hacia su centro a un cuerpo cualquiera.2 Dado que la aceleraci´n de gravedad es g −9,8 u [m/s2 ] (donde u es un vector unitario o ˆ ˆ normal a la superficie), un cuerpo de masa m tiene un pesodado por w = mg = −mg u [N ] . ˆ Conviene notar que, independiente de c´mo se escoja el sistema de referencia, siempre el vector aceleraci´n de o o gravedad est´ dirigido hacia el centro de la Tierra. a Ejemplo 1 ¿Qu´ fuerza se necesita para acelerar un autom´vil de carreras de 1500 [kg] a +3,00 [m/s2 ]? e o Soluci´n: o El cuerpo se mueve en la direcci´n positiva puesto que la aceleraci´n va enese sentido. Sea x la direcci´n positiva. o o ˆ o Entonces, usando la expresi´n F = ma, y considerando que la aceleraci´n del cuerpo es positiva, entonces o o F = 1500 [kg] · 3,00 [m/s2 ] , lo que resuelto nos entrega F = 4500 x [N ] en la direcci´n positiva de movimiento. ˆ o ---------------

4.

Fuerza de roce.

La fuerza de roce cin´tico es la fuerza que se opone al movimiento entre dos...