Fuerza y Leyes de Newton
Fuerza: Se define como la causa del movimiento de un cuerpo y es la interacción entre 2 cuerpos.
Los efectos que produce una fuerza son: Deformaciones, Rupturas y cambios de velocidad.
En relación al tiempo en que actúa una fuerza se clasifican en: Fuerzas instantáneas y Fuerzas Constantes.
Fuerzas Instantáneas: Son aquellas fuerzas que actúan en un pequeño intervalo de tiempo, generando un movimiento rectilíneo uniforme. Por ejemplo: El golpe que da el taco del billar a la pelota, el puntapié a una pelota, etc.
Fuerzas Constantes: Son aquellas fuerzas que acompañan al cuerpo en todo su movimiento, generando movimientos rectilíneos uniforme acelerado y retardado. Por ejemplo: La fuerza de gravedad, la fuerza eléctrica, la fuerza magnética, la fuerza de roce.
Una fuerza se caracteriza porque es una magnitud vectorial debido a que posee un punto de aplicación, módulo, dirección y sentido:
- Punto de aplicación: Es el lugar donde nace una fuerza.
- Módulo: Medida de la fuerza.
- Dirección: Línea donde se mueve una fuerza.
- Sentido: Lugar donde se dirige una fuerza.
Fuerza Peso: Es la fuerza que ejerce nuestro planeta sobre la masa de todos los cuerpos que están a cierta distancia de él. La dirección de esta fuerza apunta hacia el centro de la tierra.
La fuerza de gravedad o el peso es la responsable de que los cuerpos caigan. La Expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la segunda ley de Newton:
NOTA: El instrumento para medir el peso de un cuerpo se denomina Dinamómetro.
Principios de Newton
Primer Principio de Newton o Ley de Inercia:
“En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en reposo, seguirá en reposo y todo cuerpo que está en movimiento seguirá en movimiento uniformemente rectilíneo.”
Aspectos:
- En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en reposo, seguirá en reposo.
- En ausencia de fuerzas todo cuerpo que está en movimiento, seguirá en movimiento con velocidad constante, es decir, manteniendo su módulo, dirección y sentido.
Segundo Principio de Newton o Ley de Masa:
“Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, produce cambios de velocidad (aceleraciones, retardaciones y cambios de dirección y sentido) que son proporcionales a la fuerza aplicada e inversamente proporcionales a la masa del cuerpo.”
Aspectos:
- A mayor masa de un cuerpo se produce menor aceleración y viceversa.
- A mayor fuerza aplicada sobre un cuerpo produce mayor aceleración.
Tercer Principio de Newton o Ley de Acción y Reacción:
Se debe identificar previamente los cuerpos que interactúan.
“Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza (Acción) sobre otro, este responde sobre el primero con una fuerza (Reacción) de igual módulo y dirección pero en sentido opuesto.”
Aspectos:
- La Acción y Reacción son fuerzas.
- La Acción y Reacción son fuerzas que poseen igual módulo y dirección.
- La Acción y Reacción son fuerzas que poseen sentidos opuestos.
- La Acción y Reacción son fuerzas que actúan en forma simultánea.
- La Acción y Reacción son fuerzas que se actúan sobre cuerpos distintos, no se pueden sumar ni restar.
Fórmulas y Unidades
P = m · g donde: P: Peso; m: masa y g: aceleración de gravedad
F = m · a F: Fuerza y a: aceleración
N = kg · m/s2 del sistema M.K.S o S.I. N: Newton; kg: kilogramo, m: metro y s: segundo
D = gr · cm/s2 del sistema C.G.S D: Dina; gr: gramo y cm: centímetro
Kp = Utm· m/s2 del sistema Técnico Kp: Kilopondio; Utm: unidad técnica de masa
Conceptos de Trabajo, Potencia y Energía
1.- Concepto: Trabajo mecánico es el vencimiento de una resistencia (fuerzas) a lo largo de un camino.
Definición: Trabajo mecánico: es el producto entre la fuerza vencida y la distancia que recorre el cuerpo al que se le aplica la fuerza.
Fórmula: W = F x d x cosα donde, α es un ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
Unidades:
- Joule = N x m sistema MKS donde N = Newton
- Erg = D x cm sistema CGS donde D = Dina
- Kpm = kp x m sistema técnico donde Kp= Kilopondio
2.- Concepto: Potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo mecánico.
Definición: es la razón o cociente entre el trabajo mecánico y el tiempo que demora en realizarse.
Fórmula: P = W/t P = F x v P = w x h/t P = m x g x h/t P = δ x V x g x h/t
Unidades:
- watt = Joule/s sistema MKS
- Erg/s sistema CGS
- Kpm/s sistema técnico
3.- Concepto: Energía cinética es la energía que poseen los cuerpos debido a su movimiento.
Definición: es ½ del producto entre la masa del cuerpo y el cuadrado de su rapidez.
Fórmula: Ec = m x v2/2
Unidades:
- Joule = kg x m2/s2 sistema MKS
- Erg = gr x cm2/s2 sistema CGS
- Kpm = utm x m2/s2 sistema técnico
4.- Concepto: Energía potencial gravitatoria es la energía que poseen todos los cuerpos debido a su posición o altura respecto al suelo u otro nivel de referencia escogido como fijo.
Definición: Es el producto entre el peso del cuerpo y la altura en que se encuentra.
Fórmula: Ep = w x h donde w = peso y w = m x g
Unidades:
- Joule = N x m sistema MKS donde N = Newton
- Erg = D x cm sistema CGS donde D = Dina
- Kpm = kp x m sistema técnico donde Kp= Kilopondio
5.- Concepto: Energía mecánica (o total) es la energía que se conserva constante en los cuerpos. La energía no se crea, ni se destruye sólo se transforma.
E = Ec + Ep
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