Temas: dinámica- leyes de newton – estática cantidad de movimiento
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 INSTITUCIÓN EDUCATIVA MONSEÑOR GERARDO VALENCIA CANOFISICA Grado Décimo. Tercer periodo TEMAS: DINÁMICA- LEYES DE NEWTON – ESTÁTICA - CANTIDAD DE MOVIMIENTO. DESCRIPTORES DE DESEMPEÑO DEL PERIODO.
¿Qué me pide el profesor al final de periodo?
  ¿Qué debo hacer? PRIMERA SESION PROPÓSITO DE LA SESIÓN Identificar y aplicar las leyes de Newton en la solución de problemas ¿Qué me pide el profesor cuando domine esta enseñanza  Al finalizar esta enseñanza estará en la capacidad de explicar las leyes de Newton, su aplicación mediante graficas y en la solución de problemas. Producto intelectual Introducción Esta unidad está dedicada a un tema de gran importancia en el estudio de la Física: la dinámica newtoniana. Isaac Newton (1642 – 1727) fue capaz de realizar a finales del s. XVII una revisión completa de la física. Como resultado de ella, los conceptos hasta entonces existentes (la física aristotélica), fueron reemplazados por otros que permitían una nueva explicación del universo y de los fenómenos cotidianos. Los dos siglos posteriores contemplaron como la aplicación de las leyes de Newton dieron un gigantesco impulso a la mecánica, la óptica, la electricidad o el magnetismo… pero en ciencia siempre es posible un paso más. En los primeros años del s. XX un joven empleado de la Oficina de Patentes de Berna (Suiza) llamado Albert Einstein, es capaz de intuir que conceptos hasta entonces considerados intocables por la comunidad científica, tales como el espacio y tiempo, deberían de ser revisados y, con ellos, el impecable edificio construido por Newton. La ciencia es esto, un esfuerzo comunitario por entender el mundo y sus leyes. Con este objetivo la investigación se asienta en trabajos anteriores que son cuestionados o perfeccionados para seguir avanzando. En palabras del propio Newton: “si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes". Tras la aparente simplicidad de las tres leyes de Newton se esconde una gran dificultad para lograr su correcta aplicación a nuestras experiencias cotidianas, siempre sometidas a interacciones como la gravedad o el rozamiento que, algunas veces, enmascaran los resultados llevando a conclusiones erróneas. En esta guía se abordará la rama de la física llamada dinámica, que consiste en el estudio del movimiento de los cuerpos con razón de causa, es decir, qué lo produce. Para empezar debes entender el concepto de fuerza desde el punto de vista físico. Ésta se entiende como cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese cuerpo. Según su naturaleza existen las fuerzas de contacto y de acción: a. Fuerzas de contacto: Son aquellas que se presentan en los objetos que interactúan y que están físicamente en contacto b. Fuerzas de acción o distancia: Se presentan en los objetos no se encuentran físicamente en contacto. La unidad de medida de la fuerza en el sistema SI es el Newton (N) y en el sistema CGS es la Dina (d). Una definición más cercana a tu realidad del newton es la fuerza necesaria para que una masa de un kilogramo pueda acelerar un metro por segundo cada vez que transcurre un segundo. N = kg.m/s2. El estudio de la dinámica se sintetizo en el trabajo de Isaac Newton en las tres leyes fundamentales. PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE INERCIA La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, me dice que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza externa a él, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). SEGUNDA LEY DE NEWTON: La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Me dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera puedo expresar la relación de la siguiente manera: F = m a Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. TERCERA LEY DE NEWTON: ACCION Y REACCION La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción me dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. A continuación encuentras un cuadro con los diferentes partes de la dinámica.
TERCERA LEY DE NEWTON Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza (acción o reacción), este devuelve una fuerza de igual magnitud, igual dirección y de sentido contrario (reacción o acción).    CONCEPTO DE FUERZA Fuerza es toda acción capaz de modificar o cambiar el estado de un cuerpo. Luego para determinar las fuerzas actuantes debemos determinar las acciones y representar cada una de ellas por un vector. La unidad S. I. de fuerza es el newton (N) PRIMERA LEY DE NEWTON En ausencia de fuerzas externas un cuerpo permanece en reposo si su velocidad inicial es cero y se mueve con movimiento uniforme, con velocidad constante, si tiene velocidad inicial en el momento que observamos la ausencia de fuerzas. La inercia expresa la tendencia de un cuerpo a mantenerse en el estado en que está. Si está en reposo y no actúan fuerzas sobre él, continúa en reposo. Si no actúan fuerzas pero estaba en movimiento, continúa con movimiento uniforme.  SEGUNDA LEY DE NEWTON Para entender cómo y por qué se aceleran los objetos, hay que definir la fuerza y la masa. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. Cuando a un cuerpo de masa m se le aplica una fuerza F se produce una aceleración a. F = m.a Unidades: En el (SI), la aceleración a se mide en metros por segundo cuadrado, m/s2 FUERZAS MECANICAS ESPECIALES    NORMAL Normal (N): Es la fuerza que ejerce una superficie hacia los objetos situados sobre ella. N = Cos α.m.g TENSIÓN Es la fuerza ejercida por una cuerda inextensible, de masa despreciable sobre un cuerpo que está ligado a ella. PESO Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. P = m.g El peso se representa con un vector vertical dirigido hacia abajo. ROZAMIENTO. Fuerza aplicada y contraria al movimiento y que depende de la calidad de la superficie del cuerpo y de la superficie sobre la cual se desliza. Fr = μ.N  HERRAMIENTAS DE LA ENSEÑANZA.  A continuación les ilustramos los casos más conocidos para la determinación de la fuerza resultante de dos fuerzas aplicadas en un cuerpo. Caso 1 – Fuerzas con la misma dirección y sentido  Caso 2 – Fuerzas perpendiculares  Caso 3 – Fuerzas con la misma dirección y sentidos opuestos  Caso 4 – Caso General – Ley de los Cosenos  LEYES DE NEWTON PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE INERCIA Primera ley de Newton (equilibrio) Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U. = velocidad constante) si la fuerza resultante es nula (ver condición de equilibrio). En la ausencia de fuerzas exteriores, todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho estado. El que la fuerza ejercida sobre un objeto sea cero no significa necesariamente que su velocidad sea cero. Si no está sometido a ninguna fuerza (incluido el rozamiento), un objeto en movimiento seguirá desplazándose a velocidad constante. Principio de inercia Frase con huecos Coloca la palabra apropiada en cada hueco y completa la frase. actúen en reposo fuerzas mientras partícula Principio del formulario Toda  está o en movimiento rectilíneo uniforme  no   sobre él.Final del formulario SEGUNDA LEY DE NEWTON: Esta Ley se refiere a los cambios en la velocidad que sufre un cuerpo cuando recibe una fuerza. Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuado en la unidad de tiempo, recibe el nombre de aceleración. Así, el efecto de una fuerza desequilibrada sobre un cuerpo produce una aceleración. Cuanto mayor sea la magnitud de la fuerza aplicada, mayor será la aceleración. Debemos recordar que aceleración también significa cambios en la dirección del objeto en movimiento, independientemente que la magnitud de la velocidad cambie o permanezca constante; tal es el caso cuando se hace girar un cuerpo atado al extremo de una cuerda, pues ésta aplica una fuerza al objeto y evita que salga disparado en línea recta acelerándolo hacia el centro de la circunferencia. Podemos observar claramente cómo varía la aceleración de un cuerpo al aplicarle una fuerza, realizando la siguiente actividad: Si a un coche de juguete le damos dos golpes diferentes, primero uno leve y después otro más fuerte, el resultado será una mayor aceleración del mismo a medida que aumenta la fuerza que recibe: a α F. Por lo tanto, podemos decir que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada, y el cociente fuerza entre aceleración producida es igual a una constante: F1/a1=F2/a2=Fn/an= k constante. El valor de la constante k representa la propiedad del cuerpo que recibe el nombre de masa, por lo cual podemos escribir: F = m o bien: m= F/a a La relación F/a es un valor constante para cada cuerpo en particular y recibe el nombre de masa inercial, porque es una medida cuantitativa de la inercia. La masa de un cuerpo m, como ya señalamos representa una medida de la inercia de dicho cuerpo y su unidad fundamental en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg), mismo que resulta de sustituir las unidades correspondientes de fuerza y aceleración. Veamos: m = F/a = N/m/s2. = kg m/s2 = kg m/s2. En el sistema c.g.s. la unidad de masa es el gramo: 1 kg = 1000 g En ingeniería aún se utilizan mucho los sistemas Técnicos o gravitacionales. En el sistema Inglés la unidad de masa es el slug, compuesta o derivada de las siguientes unidades. m = F = lbf_____ = slug a pies/s2. El slug se define como la masa a la que una fuerza de l lbf le imprimirá una aceleración de 1 pie/s2. La segunda Ley de Newton también relaciona la aceleración con la masa de un cuerpo, pues señala claramente que una fuerza constante acelera más a un objeto ligero que a uno pesado. Compruebe lo anterior al empujar un carro de los que se usan en los supermercados y observará que al moverlo cuando está vacío exigirá menor esfuerzo que cuando está lleno. Comprenderemos la relación entre la aceleración y la masa del cuerpo, al realizar la siguiente actividad: A un carrito de 40 gramos le aplicamos una fuerza y observamos cuál fue su aceleración. Ahora le aplicamos la misma fuerza pero antes le agregamos una masa equivalente de 40 gramos, de tal manera que su masa se duplique: el valor de su aceleración será a/2. Al triplicar la masa del carrito, agregándole otros 40 gramos y al aplicarle la misma fuerza, la aceleración será a/3, si cuadruplicamos la masa será a/4. De lo anterior concluimos que cuando la fuerza aplicada es constante, la aceleración de un cuerpo es inversamente proporcional a su masa; en forma matemática puede escribirse como: a α 1/m  Al observar y cuantificar los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los cuerpos se llega al enunciado de la Segunda Ley de Newton; “Toda fuerza resultante diferente de cero al ser aplicada a un cuerpo, le produce una aceleración en la misma dirección en que actúa. El valor de dicha aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera: |
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