FISICA 11 - SJM - 2023 - UNIDAD 3

Física 2025

GRADO 11

Unidad 3: Fuerzas que mueven el mundo

Profesor: Eduardo Larrea V.

Unidad 2: Fuerzas que mueven el mundo

• Concepto de fuerza
• Fuerzas en el plano
• Leyes de Newton

• Equilibrio de traslación
• Diagramas de cuerpo libre
• Ejercicios

https://www.elmundo.es/elmundo/2010/01/18/ciencia/1263778402.html

Las Cuatro Fuerzas Fundamentales

https://molasaber.org/2018/10/28/4-fuerzas-en-el-universo/

Concepto de fuerza

Concepto de fuerza

La fuerza es todo agente con capacidad para modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. Lo que mide la fuerza, en tanto magnitud vectorial, es la intensidad de las interacciones entre dos partículas o sistemas de partículas.

Fuente: https://humanidades.com/fuerza/#ixzz80BWUduDD

https://storage.googleapis.com/portaleducativo-net-publica-g3p6/biblioteca/Fuerzas_vector.jpg

Concepto de fuerza

Suma de dos vectores con la misma dirección y el mismo sentidoDibujamos el vector B a continuación del vector A, de manera que sean consecutivos, respetando sus módulos, direcciones y sentidos. El vector suma A + B tiene como módulo la suma de los módulos de ambos, la misma dirección y el mismo sentido de los vectores dados.

https://miprofe.com/suma-y-resta-de-vectores/

Concepto de fuerza

Método del trianguloDibujamos los vectores de forma consecutiva, es decir, el origen de B tiene que coincidir con el extremo A. El vector suma A + B tiene como origen, el origen de A y como extremo, el de B. Suma vectores (método triángulo)

https://miprofe.com/suma-y-resta-de-vectores/

Concepto de fuerza

Ley o método de paralelogramo Dibujamos el vector A en el origen de un plano cartesiano respetando su módulo, dirección y sentido. Dibujamos en el origen de A, el vector B respetando su módulo, dirección y sentido. Se trazan rectas paralelas a cada vector formando un paralelogramo. El vector resultante será la diagonal del paralelogramo que inicia en el origen del plano cartesiano.

https://miprofe.com/suma-y-resta-de-vectores/

¿Por qué los objetos pierden rapidez? Antes de Galileo y Newton, mucha gente pensaba que los objetos perdían rapidez debido a que tenían incorporada una tendencia natural para hacerlo. Pero esas personas no estaban tomando en cuenta las múltiples fuerzas aquí en la Tierra —por ejemplo, la fricción, la gravedad y la resistencia del aire— que causan que los objetos cambien su velocidad. Si pudiéramos ver el movimiento de un objeto en el espacio interestelar profundo, seríamos capaces de observar las tendencias naturales de un objeto que está libre de cualquier influencia externa. En el espacio interestelar profundo observaríamos que si un objeto tuviera una velocidad, continuaría moviéndose con esa velocidad hasta que hubiera alguna fuerza que causará un cambio en su movimiento.

https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/a/what-is-newtons-first-law

PRIMERA LEY DE NEWTON

Primera ley de Newton: un objeto en reposo permanece en reposo o, si está en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él. Un objeto deslizándose a lo largo de una mesa o del piso pierde rapidez debido a la fuerza neta de fricción que actúa sobre él. Pero en una mesa de hockey de aire, donde el aire mantiene el disco separado de la mesa, el disco continúa moviéndose aproximadamente a velocidad constante hasta que una fuerza actúa sobre él, como cuando golpea algún lado de la mesa.

https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/a/what-is-newtons-first-law

PRIMERA LEY DE NEWTON

PRIMERA LEY DE NEWTON

https://www.lifeder.com/segunda-ley-de-newton/

Segunda Ley de Newton

Segunda Ley de Newton

Segunda Ley de Newton

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él e inversamente propocional a la masa del objeto. Esto es:

F = m.a

Unidades: Newton (N)

Tercera Ley de Newton

Ley de acción y reacción: «A toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud pero en un sentido opuesto.« Esta ley nos permite entender que sucede cuando dos cuerpos interactúan entre sí. Afirma que si un objeto ejerce una fuerza sobre otro, este reacciona ejerciendo sobre aquel una fuerza de igual valor y dirección pero en un sentido opuesto.Ejemplos: Impulsarse con otro bote Cuando nos encontramos en un bote e intentamos impulsarnos utilizando el remo, ejercemos una fuerza sobre unobjeto, en este caso otro bote. Al ejercer la fuerza, el otro bote se aleja de nosotros y al mismo tiempo nosotros nos alejamos de él.

https://gradilla.info/5-ejemplos-de-la-tercera-ley-de-newton/

Practicamos

https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/newtons-laws-of-motion/e/newtons-laws

Tipos de fuerza

Concepto de fuerza

Fuerza de Rozamiento

https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/dinam1p/dinam1p_3.html

Concepto de fuerza

Peso = Masa x Gravedad

El peso de un cuerpo es la fuerza con la que la gravedad, por ejemplo de un planeta como la tierra, atrae un determinado cuerpo.

m= Masa g= Gravedad

https://labster-image-manager.s3.amazonaws.com/v2/THE/9488342b-f9a7-47d4-b33b-af905f0fee44/applemerged.es_ES.x512.png

Concepto de fuerza

Fuerza Normal

Fuerzas opuestas de la misma magnitud. Se dice Normal porque forma 90° con la superficie

https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/dinam1p/dinam1p_3.html

Concepto de fuerza

Fuerza de Tensión

La tensión es la fuerza con que se tira de una cuerda o cable que está tenso

https://static.wixstatic.com/media/763beb_71cb13c1428f45568a2670b3d61e8033~mv2.png/v1/fill/w_280,h_264,al_c,q_85,enc_auto/wyt.png

Concepto de fuerza

Plano Inclinado

Descomposición de Fuerzas en un plano inclinado

Lo que hicimos en el laboratorio con el riel, el carro y los sensores.

https://es.wikipedia.org/wiki/Plano_inclinado#/media/Archivo:Inclined_plane_terminology_es.svg

Diagramas de Cuerpo Libre

https://i.pinimg.com/originals/54/a5/9e/54a59eef9499e0d6a14e4b036cde6988.png

Descomposición de Fuerzas

Plano inclinado instrumentado utilizado para la enseñanza de la física, alrededor de 1900. El peso de la izquierda proporciona la fuerza a vencer Fp. El peso de la derecha proporciona la fuerza aplicada Fap tirando del rodillo hacia arriba del plano

https://es.wikipedia.org/wiki/Plano_inclinado#/media/Archivo:Schiefe-ebene_hg.jpg

https://www.educaplus.org/game/descomposicion-del-peso-en-un-plano-inclinado

Ejercicios

1. Determinar la aceleración con la que avanza el bloque: (m = 5 kg)

2. Hallar la aceleración de los bloques. mA = 5; kg mB = 15 kg

3. Calcule la aceleración de los bloques: mA = 7 kg ; mB = 3 kg El sistema se encuentra en movimiento

4. Hallar la aceleración y la tensión en la cuerda. No hay rozamiento. g = 10m/s^2mA = 2 kg; mB = 3 kg

a) 5 m/s2 y 84N b) 7 m/s2 y 64N c) 6 m/s2 y 48N d) 6 m/s2 y 32N e) 5 m/s2 y 16N

5. Calcular la aceleración del sistema mostrado en la figura.mA = 4 kg; mB = 4 kg; θ = 30º g = aceleración de la gravedad=10m/s^2

El RETO

6. Si: RA y RB son las reacciones entre los bloques “m” y “M” para casos A y B respectivamente, calcule la relación RA/ RBNo tome en cuenta el rozamiento.

• M>m
• Considere: g = 10 m/s2

UNMSM

a) m/M b) M/m c) m/(m+M) d) M/(m+M) e) 1

Para produndizar:Consulta el documento

https://www.ing.uc.cl/wp-content/uploads/2017/07/M%C3%B3dulo-4-Leyes-de-Newton.pdf

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Al soltar la pesa colgante el sistema se desplaza hacia la derecha, partiendo desde el reposo y acelerando de forma constante, por ello, al utilizar el sensor de movimiento, el data logger (LabQuest) realiza la gráfica Posición vs TIempo mostrada en pantalla, por ello, debemos determinar la aceleración del sistema:

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Tensión = W(pesa colgante) = W2

2.62°

W(carro+peso) =W1=1kg*9.78m/s^2

Wx = W1*Sen (2.62°)

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Reacción Normal= RN

Tensión = W(pesa colgante) = W2

Wx = W1*Sen (2.62°)

Despreciando el ángulo de inclinación de la cuerda, así como la fricción.

Wy = W1*Cos (2.62°)

2.62°

En el Eje x: Segunda Ley de Newton Fuerza = masa*aceleración Fuerza Resultante: W2 - W1*Sen(2.62°) = Masa total*a

W2 - W1*Sen (2.62)

a =

m1 + m2

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Masa de Carro+Bloque = 1 kg

W2 - W1*Sen (2.62)

a =

Masa de Pesa colgante = 0.1 kg

m1 + m2

Ángulo de riel = 2.62° Gravedad de Lima = 9.78259 m/s^2

Reemplazando y calculando:

0.1*9.8259 -1*9.8259*0.04271

= 0.5118 m/s2

1.1

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Vemos que en el caso del Simulador, hay una cierta diferencia dado que usan el valor de 9.81 m/s2 para la gravedad y no permite el cambio de este valor. a= 0.4837 m/s2

Usando la gravedad de Lima:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/incpl.html#c2

a= 0.5118 m/s2

Fuerza de Rozamiento

Las leyes clásicas del rozamiento fueron enunciadas por Guillaume Amontons (1663-1705) y Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) y establecen que:

• La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos es proporcional a la fuerza normal que ejerce un cuerpo sobre el otro.
• La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto de ambos cuerpos, aunque sí de la naturaleza de sus materiales.
• La fuerza de rozamiento no depende de la velocidad a la que se deslicen los cuerpos.
• La fuerza de rozamiento tiene sentido opuesto al movimiento (a la velocidad).

https://www.fisicalab.com/apartado/fuerza-rozamiento

En términos matemáticos se utiliza la siguiente fórmula:

µ es el coeficiente de rozamiento. Se trata de un valor adimensional que depende de la naturaleza y del tratamiento de las sustancias que están en contacto.

N es el módulo de la fuerza normal.

Existen dos tipos de coeficiente de rozamiento: el coeficiente de rozamiento estático (µe ) y el coeficiente de rozamiento dinámico (µk ). corresponde con el coeficiente de rozamiento existente justo en el punto en que comienza el movimiento.

Laboratorio de Física - Leyes de Newton

Fuerza de Reacción Normal= RN

Tensión = W(pesa colgante) = W2

Wx = W1*Sen (2.62°)

Movimiento

Wy = W1*Cos (2.62°)

2.62°

Fuerza de Rozamiento

En el Eje y: Primera Ley de Newton Condición de Equilibrio Estático (En la vertical no hay desplazamiento del carro) Sumatoria de Fuerzas = 0

Fuerza Reacción Normal - W1*Cos(2.62) = 0

Fuerza Reacción Normal = W1*Cos(2.62)

Laboratorio de Física - Segunda Ley de Newton

En el eje x se ha agregado la Fuerza de Rozamiento:

a =

W2 - W1*Sen (2.62)-Fuerza de Rozamiento

m1 + m2

Calculamos la Fuerza de Rozamiento: Asumimos el coeficiente de fricción del carro sobre el riel como: u = 0.001

Fuerza de Rozamiento = Reacción Normal * u = W1*Cos(2.62) * 0.001 =0.00099895 N

Laboratorio de Física - Segunda Ley de Newton

Calculamos la aceleración considerando la fuerza de fricción:

a =

W2 - W1*Sen (2.62)- 0.00099895

m1 + m2

a = 0.23205 m/s2

Recordar el valor sin considerar la fuerza de Fricción:

a = 0.484153 m/s2

Ejemplo

Un caja de 60 kg de masa se encuentra en reposo sobre un suelo horizontal que posee un coeficiente estático de rozamiento de 0.6 y cinético de 0.25. Calcular: a) La fuerza mínima necesaria para comenzar a mover la caja b) La fuerza de rozamiento y la aceleración de la caja si se aplica una fuerza horizontal de 400 N

RESOLUCIÓN

a) La fuerza mínima con la que la caja se empezará a mover coincide exáctamente con la fuerza de rozamiento estática máxima, cuya expresión matemática es:

Se usa el coeficiente estático

RESOLUCIÓN

b)Como la fuerza que se aplica es mayor que la fuerza de rozamiento estático, la caja se pondrá en movimiento, y por tanto la fuerza de rozamiento en este estado es la fuerza de rozamiento cinética:

Se usa el coeficiente dinámico

Aplicando el principio fundamental o segunda ley de Newton:

https://www.fisicalab.com/ejercicio/866

TRABAJO DE UNA FUERZA

En física, el trabajo se define como el producto de una fuerza y el desplazamiento. La fuerza y el desplazamiento son cantidades vectoriales y por lo tanto, tienen dirección y magnitud. El trabajo se calcula usando los componentes de fuerza y desplazamiento que están en la misma dirección. El producto de estos dos componentes de cantidades vectoriales entrega el trabajo realizado por la fuerza en la dirección que se desplaza. En términos matemáticos, decimos: W = F.d donde es la fuerza y es el desplazamiento, ambos en la misma dirección. Si la fuerza se mide en Newtons y la distancia en metros, entonces el trabajo se mide en unidades de energía que son los joules (J).

https://flexbooks.ck12.org/cbook/c%C3%A1lculo-2.0/section/6.8/primary/lesson/aplicaciones%3A-trabajo-y-fuerza-calc-spn/

EjemploEmpujas un carrito de mercado con una fuerza de 44 N por una distancia de 12 metros. ¿Cuánto trabajo realizas? Solución: Asumiendo que toda la fuerza es en la dirección del movimiento, podemos usar la fórmula anterior, El trabajo realizado es de 528 J. J = Joules

https://flexbooks.ck12.org/cbook/c%C3%A1lculo-2.0/section/6.8/primary/lesson/aplicaciones%3A-trabajo-y-fuerza-calc-spn/

EjemploEmpujas un carrito de mercado con una fuerza de 44 N por una distancia de 12 metros. ¿Cuánto trabajo realizas? Solución: Asumiendo que toda la fuerza es en la dirección del movimiento, podemos usar la fórmula anterior, El trabajo realizado es de 528 J. J = Joules

https://flexbooks.ck12.org/cbook/c%C3%A1lculo-2.0/section/6.8/primary/lesson/aplicaciones%3A-trabajo-y-fuerza-calc-spn/

Energía Mecánica La energía mecánica de un cuerpo es la capacidad que tiene de realizar un trabajo mecánico, es decir, de producir un movimiento. lamamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética Ec y potencial Ep que posee: EM = Ec+Ep

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas. Por ejemplo, sin fricción.

https://www.fisicalab.com/apartado/energia-mecanica

Energía Cinética La energía cinética es la energía que un objeto tiene debido a su movimiento. Se calcula: Ec = 1/2. m. v^2 ; (m= masa; v= Rapidez) Energía Potencial Definimos la energía potencial como aquella que poseen los cuerpos por el hecho de encontrarse en una determinada posición en un campo de fuerzas. En el caso de la Energía Potencial Gravitatoria, está asociada a la altura a la que se encuentra el objeto, de esta forma interactúa con el Campo Gravitatorio. Se calcula como: Ep= m.g.h m = masa (kg);g=gravedad (m/s^2); h = altura (m)

Principio de la Conservación de la Energía Es uno de los principios más importantes de la Física: "la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma".

Simulador deMontaña Rusa

https://proyectodescartes.org/Telesecundaria/materiales_didacticos/2f_b02_t03_s02-JS/index.html

¿Qué otros tipos de energía existen?

¿Qué energías alternativas podemos recomendar para reducir la huella de carbono institucional o personal?

Haremos un trabajo de analisis de esta situación, puedes usar IA como asistente, pero no dejes de citarlo, revisa el siguiente enlace:

https://normasapa.pro/como-citar-contenido-generado-por-chatgpt-usando-normas-apa-7ma-edicion/#:~:text=La%20cita%20debe%20seguir%20el,foro%20de%20discusi%C3%B3n%20en%20l%C3%ADnea%5D.

Informe A3 Lean de Resolución de Problemas

Trabajo grupal (grupos de 4):Enfocarse en una problemática ambiental real, de tu contexto, a la cual se desea dar solución, para ello, se debe analizar las causas, la situación actual, objetivos, analisis, entre otros.

Referencias:

https://www.tcmetrologia.com/blog/infrome-a3-toyota-lean/

https://giovannycifuentes.com/el-formato-a3-como-artefacto-para-guiar-sesiones-de-mejora-continua/

https://chat.openai.com/

La medición de la huella de carbono de una escuela implica evaluar y cuantificar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociadas a las actividades y operaciones de la institución. Aquí hay algunos pasos que puedes seguir para medir la huella de carbono de una escuela: 1. Alcance de la medición: Determina el alcance de la medición de la huella de carbono. Puedes optar por evaluar solo las emisiones directas de la escuela (como el consumo de energía y el transporte escolar) o también incluir las emisiones indirectas, como la producción de los alimentos consumidos en la cafetería o los materiales utilizados en la construcción y mantenimiento de la infraestructura. 2. Recopilación de datos: Reúne datos relevantes sobre el consumo de energía de la escuela, incluyendo electricidad, gas natural y otros combustibles utilizados. Recopila información sobre el transporte escolar, los desplazamientos diarios de estudiantes y personal, y cualquier otro factor que pueda generar emisiones de GEI. También es importante obtener datos sobre el consumo de agua y residuos generados, ya que estos pueden tener un impacto indirecto en la huella de carbono. 3. Factores de emisión: Utiliza factores de emisión estándar para calcular las emisiones de GEI basándote en los datos recopilados. Por ejemplo, las emisiones de electricidad pueden calcularse utilizando la mezcla promedio de generación de electricidad en tu región, y las emisiones del transporte pueden basarse en los valores de emisión de diferentes modos de transporte y combustibles utilizados. 4. Cálculo y análisis: Realiza los cálculos necesarios para determinar las emisiones totales de GEI de la escuela en un período de tiempo determinado, generalmente se mide en toneladas de dióxido de carbono equivalente (tCO2e). Analiza los resultados para identificar las fuentes principales de emisiones y áreas donde se pueden implementar medidas de reducción. 5. Informe y seguimiento: Elabora un informe que detalle los resultados de la medición de la huella de carbono de la escuela. Puedes incluir recomendaciones para reducir las emisiones, como el uso de fuentes de energía renovable, la eficiencia energética, la promoción del transporte sostenible, la gestión de residuos y otras prácticas ambientalmente responsables. Realiza un seguimiento periódico para evaluar los avances y ajustar las estrategias en función de los resultados obtenidos. Es importante destacar que existen diferentes metodologías y herramientas disponibles para medir la huella de carbono, algunas más complejas que otras. Puedes considerar buscar asesoramiento de expertos en sostenibilidad o consultores especializados para obtener resultados más precisos y personalizados a las necesidades de tu escuela.

https://chat.openai.com/

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