DINÁMICA - 4º ESO

FÍSICA Y QUÍMICA4º ESO

DINÁMICA

PP. Somascos – Fundación Educere

Índice

Introducción

Principios de la cinemática

Presentación

Tema 1

LAS FUERZAS

Ejercicios

Boletines

Tema 2

LEYES DE NEWTON

Tema 3

OTRAS FUERZAS

Presentación del módulo

MÓDULO 2: DINÁMICA

En esta unidad, vamos a ver qué es la DINÁMICA estudiando el movimiento partiendo de la causa, es decir, las fuerzas.

+ info

MATERIAL EMPLEADO

Módulo didáctico

Boletines

INTRODUCCIÓN

Ejercicios

Resumen

Contenidos

00 - INTRODUCCIÓN

CINEMÁTICA

La CINEMÁTICA estudia el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen.

DINÁMICA

La DINÁMICA estudia el movimiento de los cuerpos en relación con las causas que lo producen (FUERZAS).

Una FUERZA es cualquier causa que es capaz de deformar o provocar un cambio de estado (de roposo o movimiento) en un cuerpo.

Una fuerza detiene un cuerpo.

Una fuerza pone en movimiento un cuerpo.

Una fuerza cambia la dirección de un cuerpo.

La fuerza, en el S.I. se mide en Newton (N).

01

LAS FUERZAS

Ejercicios

Resumen

Contenidos

01 - LAS FUERZAS

LA FUERZA ES UN VECTOR

Se denomina fuerza a toda causa que puede modificar el estado de movimiento (o reposo) de un cuerpo o que pueda producir deformaciones.

El efecto de una fuerza, como resulta evidente, depende de su valor y del modo en que se aplique, es decir, no es lo mismo aplicarla en un punto que en otro, ni darle una dirección que otra. Las fuerzas son magnitudes vectoriales, y se representan por segmentos orientados que tienen:

• Un módulo indicativo de la intensidad o magnitud. Una fuerza más Intensa se representa por un vector más largo.

• Una dirección o línea de acción que viene dada por la recta que contiene el vector,

• Un sentido, indicado por la punta de la flecha, que va desde su punto de aplicación hasta el extremo.

Elementos

UNIDADES DE LA FUERZA: NEWTON (N) 1 N = 1 kg·m/s2

Simulador

Ejemplo

01 - LAS FUERZAS

FUERZA RESULTANTE

Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas.

• COMPONENTE: se llama componentes a cada una de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo (F1, F2,...)
• RESULTANTE O FUERZA NETA (FN o R): se llama fuerza neta o resultante a la fuerza que puede reemplazar a todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo produciendo el mismo efecto.

COMPOSICIÓN

DESCOMPOSICIÓN

SIMULADOR

SIMULADOR

02

LEYES DE NEWTON

Ejercicios

Resumen

Contenidos

02 - LEYES DE NEWTON

TIPOS DE FUERZAS

FUERZA NORMAL Y DE TENSIÓN

FUERZA DE ROZAMIENTO

FUERZA DEL PESO

EJERCICIO

02 - LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY DE NEWTON - PRINCIPIO DE INERCIA

“ Un cuerpo permanece en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza resultante distinta de cero que le obligue a cambiar ese estado ”

Si la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero,

• Si estaba en reposo, seguirá en reposo
• Si estaba en movimiento, lo hará con movimiento rectilíneo y uniforme (no varía la velocidad).

“Si un cuerpo mantiene constante su velocidad será porque sobre él no actúan fuerzas o porque, de existir, estas se contrarrestan entre si: situación de equilibrio. Si se observa movimiento acelerado (ya sea por cambiar la rapidez o por ser curvilíneo) podemos asegurar que actúa fuerza neta: situación de NO equilibrio”.

SIMULADOR

SIMULADOR

EJERCICIO

02 - LEYES DE NEWTON

SEGUNDA LEY DE NEWTON - PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA

“La aceleración experimentada por un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”.

La segunda ley pone de manifiesto que para variar la velocidad de un cuerpo es necesario aplicar una fuerza. Los cuerpos, por tanto, oponen una resistencia a variar su velocidad, lo que se conoce como inercia. La masa puede ser considerada como una medida de la inercia de los cuerpos. Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, más resistencia ofrece a variar su velocidad, mayor fuerza habrá que aplicar para lograrlo.

SIMULADOR

EJERCICIO

Partiendo del principio Fundamental de la Dinámica podemos deducir la 1ª Ley. Si la fuerza resultante que actúa es nula: FRES = 0, sustituyendo en la ecuación tenemos: 0 = m · a Como la masa de un cuerpo material no puede ser nula, deberá cumplirse que a = 0, o lo que es lo mismo, el cuerpo no modificará su velocidad (MRU).

02 - LEYES DE NEWTON

TERCERA LEY DE NEWTON - ACCIÓN REACCIÓN

“Cuando un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, simultáneamente recibe una fuerza igual y opuesta denominada reacción”

Un cuerpo por si mismo no puede ejercer una fuerza sin la existencia de un segundo cuerpo. Y al hacerlo, ese segundo cuerpo también ejerce una fuerza sobre el primero. Podemos afirmar, considerando esto, que la fuerza no se tiene, la fuerza se ejerce .

EJEMPLOS

SIMULADOR

02 - LEYES DE NEWTON

FUERZAS EN UN PLANO INCLINADO

FUERZA DE ROZAMIENTO: Siempre paralela al plano y en sentido contrario al movimiento. FUERZA NORMAL: Siempre perpendicular al plano y hacia arriba. FUERZA DEL PESO: Siempre vertical hacia abajo. Se descompone en el nuevo sistema de referencia x' e y', siendo sus componentes: Px = P · sen a Py = P · cosa

Descomposición del PESO

Ejercicio interactivo

Ejercicio interactivo

BOLETINES

10% de la nota del módulo

Los boltines de ejercicios son ua herramienta para estudiar los contenidos de la material, y un medio para conseguir los objetivos de la asignatura. No obstante, si los entregas con todos los ejercicios hechos correctamente, podrás sumar 1 punto en la evaluación final del módulo.

FUERZA DE ROZAMIENTO

El rozamiento es una fuerza que siempre se opone al movimiento de los cuerpos y se debe al encallamiento de superficies que impide el deslizamiento. Obviamente, un cuerpo más pesado debe rozar más que uno más ligero, pero la naturaleza de las superficies también es importante. La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal (fuerza con que interaccionan cuerpo y superficie, y a un coeficiente denominado coeficiente de rozamiento). Es decir:

El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción (μ) expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. El valor del coeficiente de rozamiento es característico de cada par de materiales en contacto y, depende además de factores como la temperatura y el acabado de las superficies

De mediciones experimentales se deduce que la fuerza de rozamiento:

• Siempre se opone al deslizamiento del objeto.
• Es paralela al plano.
• Depende da la naturaleza y estado de las superficies en contacto.
• Es proporcional a la fuerza normal.

SIMULADOR

FUERZA DEL PESO

Llamamos peso a la fuerza con que un cuerpo es atraído por gravedad, o sea a la fuerza con que la Tierra atrae hacia si a los cuerpos que se encuentran en su radio de acción. Por ahora diremos que la fuerza peso en la superficie de la Tierra puede calcularse a través de la expresión:

Siendo g el valor del campo gravitatorio generado por la Tierra en su superficie: g = 9,8 m/s2 .

SIMULADOR

Elementos del vector fuerza

• INTENSIDAD O MÓDULO. Valor numérico de la fuera en newtons.
• DIRECCIÓN: es la recta sobre la cual se dibuja el vector.
• SENTIDO: viene indicado por la flecha.
• PUNTO DE APLICACIÓN: lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza. Se dibuja en el centro del cuerpo.

Descomposición de fuerzas

Cualquier fuerza (F) se puede descomponer en dos fuerzas Fx y Fy, dirigidas en los ejes X e Y respectivamente. Para ello: 1) Traza una línea que vaya desde el extremo de la fuerza F hasta el eje X. 2) Traza una línea que vaya desde el extremo de la fuerza F hasta el eje Y. 3) Los lados del rectángulo que se ha formado son las componentes Fx y Fy en las que se descompone la fuerza F.

EJERCICIOS

PRINCIPIOS DE CINEMÁTICA

1. Un automóvil viaja a razón de 60 km/h y pasa por otro que marcha a 45 km/h. ¿Cuál es la velocidad del primero respecto al segundo?

2. Dos niños A y B, se mueven dentro de un vagón de tren, que circula con una velocidad de V0=4 m/s, y en el sentido indicado, con velocidades respecto al tren de módulo igual a 4 m/s y en los sentidos indicados. Las velocidades de A y B, respecto a los carriles del tren (situados en el eje de referencia OX), son respectivamente: a) 4 y 4 m/s c) 8 y 0 m/s b) 8 y 4 m/s d) 0 y 8 m/s

3. Dos ciclistas se dirigen uno hacia el otro por un trayecto rectilíneo. El primero se dirige hacia el sur a 6,0 m/s y el segundo hacia el norte a 9 m/s. La velocidad del primero con respecto al segundo es a)3 m/s al sur c) 15 m/s al sur b) 3 m/s al norte d) 15 m/s al norte

4. Una joven le dice adiós a su amiga, después de acompañarla a casa, mientrás ésta se aleja en coche. La amiga en el coche a mira por el retrovisor. Según el sistema de referencia: a) El sistema de referencia es la casa b) El movil es el coche. c) El móvil es la jovén que dice adiós.

5. Es el recorrido a lo largo de la trayectoria y no posee una dirección, representa: a) Velodiad b) Distancia c) Desplazamiento

6. Es la longitu del segmento de la recta que une el punto de partida con el punto final. a) Velodiad b) Distancia c) Desplazamiento

MANUAL DIDÁCTICO

Dentro del Manual Didáctico dispondréis de todos los conceptos teorícos de está unidad. Además de ello, encontraréis ejercicios y problemas interactivos, útiles para practicar y repasar los contenidos.

• Revisa con atención todos los elementos del manual.
• Sigue el manual durante las explicaciones en el aula.
• ¡Y que fluya la comunicación! Pregunta todo lo que necesites.

PORTFOLIO

20% de la nota del módulo.

El portfolio consiste en la recopilación de ACTIVIDADES APLICATIVAS que se irán proponiendo en clase durante el desarrollo de la unidad.

EJEMPLO

Queremos levantar una caja.

• Si aplico una fuerza horizontalmente, no se levanta. Necesito conocer la dirección.
• Si aplico una fuerza hacia abajo, no se levanta. Necesito conocer el sentido.
• Si no aplico una fuerza sobre la caja, no se levanta. Necesito saber el punto de aplicación.
• Si la fuerza no es suficientemente grande, no se levanta. Necesito conocer su módulo.

Boletines de ejercicios

Dispondréis de varios boletines con ejercicios de lápiz y papel para prácticar lo visto en clase. Estos ejercicios os serán de gran utilidad para estudiar el contenido y prepararos para el examen.

Además, entregarlos hechos, tiene recompensa en la evaluación.

PRUEBA ESCRITA

70% de la nota del módulo.

Es una prueba escrita que consiste en la resolución de problemas de cinemática. La prueba tiene una valoración sobre 10 puntos.

IMPORTANTE PARA LA PREPARACIÓN DE LA PRUEBA ESCRITA:

• Revisa con atención los ejercicios del manual didáctico.
• Asegúrate que entiendes y sabes hacer correctamente los ejericios de los boletines.

EJERCICIOS

FUERZA COMO VECTOR

Fuerzas como la misma dirección y sentido: se suman los módulos.

Fuerzas como la misma dirección y sentido contrario: se restan los módulos.

Fuerzas perpendiculares: el módulo de la fuerza resultante se obtiene aplicando el teorema de Pitágoras FN2 = F12 + F22

EJERCICIOS

SEGUNDA LEY DE NEWTON - PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA

1. Sobre un cuerpo de 5 kg de masa se aplica una fuerza de 10 N. Calcula su aceleración. 2. Sobre un cuerpo de 5 kg de masa se aplica una fuerza de 20 N. Calcula su aceleración. 3. Sobre un cuerpo de 10 kg de masa se aplica una fuerza de 20 N. Calcula su aceleración.

Cuanto mayor es la fuerza, mayor es la aceleración. Cuanto mayor es la masa, menor es la aceleración.

FUERZA DE TENSIÓN

FUERZA NORMAL

Las tensiones son fuerzas de acción-reacción que aparecen cuando tenemos dos cuerpos en contacto o unidos por algún sistema material como puede ser una cuerda.

La fuerza normal , o simplemente normal, se define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre la misma. Tiene igual magnitud y dirección, pero sentido contrario, a la fuerza que ejerce el cuerpo sobre la superficie. En el caso de cuerpos apoyados sobre superficies horizontales la normal coincide con el peso del cuerpo.

EJERCICIOS

FUERZA COMO VECTOR

Fuerzas como la misma dirección y sentido: se suman los módulos.

Fuerzas como la misma dirección y sentido contrario: se restan los módulos.

Fuerzas perpendiculares: el módulo de la fuerza resultante se obtiene aplicando el teorema de Pitágoras FN2 = F12 + F22

MÓDULOS

Dentro de la parte de FÍSICA que veremos este curso, estudiaremos los siguientes bloques:

• Cinemática (Movimiento)
• Dinámica (Fuerzas)
• Trabajo y energía
• Energía y calor

EJEMPLOS

TERCERA LEY DE NEWTON

Composición de fuerzas

El cálculo de la fuerza resultante se realiza de distintas formas, según sea la dirección y sentido de las fuerzas componentes.

EJERCICIO

TIPOS DE FUERZA

Dibuja, en tu cuadero, las fuerzas implicadas en estos ejemplos. Debes entregar esta tarea en Clasroom en la tarea abierta correspondiente.

EJERCICIO

PRIMERA LEY DE NEWTON

Abre el siguiente simulador, en el apartado de MOVIMIENTO A continuación, realiza una experimentación siguiendo los siguientes pasos:

1. Habilita todas las casillas para ver todos los valores numéricos.
2. Selecciona el peso que quieras sobre el carrito.
3. Aplícale una fuerza del valor que quieras durante el tiempo que quieras, y anótala.
4. Deja de aplicar la fuerza, y observa el valor de la velocidad que adquiere y anótala.
5. Aplica una fuerza que quieras y, acto seguido, empieza a cronmetra el tiempo que ha tardado la velocidad en ser cero.
6. Calcula la aceleración (deceleración) que se puede conseguir aplicando la fuerza que hayas escogido.
7. Haz un breve resumen y explicación de lo que está pasando y responde: ¿cómo se puede aplicar a este ejemplo la primera ley de Newton?

Debes entregar esta tarea en Clasroom en la tarea abierta correspondiente.