5 A y B FÍSICA

CONCEPTOS DE MASA, FUERZA Y PESO

 ¡No confundamos masa con peso!

 Masa: Es la cantidad de materia que tienen los cuerpos, la cual se mantiene constante en cualquier lugar de la Tierra.

Peso: Es la fuerza con la que la Tierra atrae a los cuerpos, el cual varía con la posición geográfica. Es muy común que se confunda masa y peso, y ello se debe, entre otras cosas, a las siguientes razones: Hay una unidad de peso (kilogramo-fuerza) que tiene el mismo nombre que una unidad de masa (kilogramo-masa). A 45º de latitud y a nivel del mar, un cuerpo que pesa 1 kg uur (fuerza) tiene una masa de 1 kg (masa).

En los demás lugares de la Tierra, el peso cambia y la masa no.

Las unidades de fuerza y peso son las mismas que las de peso, es decir: el kilogramo-fuerza ( kg F), el newton (N).

FUERZAS : ESTATICA

 Es la parte de la Física que estudia las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en equilibrio, o sea, aquellos cuya fuerza resultante es nula.

 FUERZA: es toda causa que permite modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o bien que puede deformar o modificar un movimiento ya existente, mediante un cambio de velocidad o de dirección. Por ejemplo, al levantar un objeto con las manos se realiza un esfuerzo muscular, es decir, se aplica una fuerza sobre un determinado cuerpo. El peso de un cuerpo, se define como la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre dicho cuerpo. La aplicación de una fuerza muscular puede deformar un cuerpo, por ejemplo, una lámina o un resorte. Clases de fuerzas: la fuerza puede ejercerse por contacto o a distancia.

FUERZAS DE CONTACTO Y A DISTANCIA

 De acuerdo con el modo en que interactúan los cuerpos, las fuerzas pueden actuar por contacto o a distancia.

 La fuerza a distancia: es la que se produce sin contacto entre los cuerpos que accionan uno sobre otro. Ejemplos: a) La fuerza magnética que ejerce un imán, a distancia sobre un clavo colocado cerca; b) La fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos cargados de electricidad contraria; c) La fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre cualquier objeto o cuerpo.

 Ejemplos: un pájaro, un globo, un avión, etc., que se levantan del suelo no escapan a la gravedad; la Tierra continúa ejerciendo sobre ellos, a distancia, una fuerza de atracción, tanto más débil cuanto más se eleva el objeto.

La fuerza por contacto: es la fuerza que un cuerpo aplica a otro en contacto con él. Ejemplos: a) la fuerza muscular desarrollada por un hombre o un animal para poner un cuerpo en movimiento, impedirlo o modificarlo; b) la fuerza elástica resultante de la deformación de un cuerpo elástico, por ejemplo, las gomas de una honda; c) la fuerza por empuje, ejercida por un gas comprimido, el aire o el agua en movimiento (sobre las velas de un bote, sobre los álabes de una turbina hidráulica, etc.); d) la fuerza por frotamiento que se produce al oprimir un cuerpo sobre otro en movimiento, por ejemplo, al accionar el freno sobre las ruedas de un vehículo en marcha. Características de una fuerza: una fuerza se caracteriza por tener cuatro elementos:

 Punto de aplicación

Dirección

 Sentido

 Intensidad

Sistema de fuerzas: es el conjunto de varias fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

 Los sistemas de fuerzas pueden ser: colineales, concurrentes y paralelas.

 Si un sistema de fuerzas no mueve el cuerpo se dice que está en equilibrio.

Los efectos de una fuerza no cambian cuando su punto de aplicación se traslada en su recta de acción. sentido , intensidad.

 Composición de un sistema de fuerzas aplicadas a un cuerpo: Componer un sistema de fuerzas significa encontrar la fuerza resultante, es decir aquella fuerza capaz de reemplazar a las fuerzas componentes para producir el mismo efecto.

1.      Sistemas de fuerzas colineales: son fuerzas que actúan sobre la misma línea recta (recta de acción), ya sea en el mismo sentido o en sentido contrario.

Cuando dos personas empujan un mueble se dice que aplican un sistema de fuerzas; siempre es posible hallar una fuerza que, aplicada al cuerpo, produzca exactamente el mismo efecto que todo el sistema. Si las fuerzas de esas dos personas son remplazadas por otra persona que por sí sola emplee exactamente la misma fuerza que las dos anteriores, se obtiene una resultante del sistema.

 Se define Fuerza Resultante a aquella fuerza capaz de reemplazar a las fuerzas componentes para producir el mismo efecto. Las fuerzas, en un sistema en el que actúen todas en la misma dirección, tendrán una intensidad de sus componentes e igual sentido. Por ejemplo, un caballo tira de un carro con una fuerza de 100 kg uur , mientras que el carrero lo empuja con una fuerza de 50 kg uur . La resultante es de 150 kg uur , y tiene la misma dirección y sentido (fuerzas colineales del mismo sentido). También puede darse el caso de un sistema de fuerza con la misma dirección, pero en sentido opuesto. La resultante tiene el mismo sentido que el de la mayor de las dos fuerzas, y su intensidad es la diferencia entre ambas. Un ejemplo es el juego conocido como cinchada, en el que intervienen dos personas o más que tiran con distintas fuerzas, una hacia la derecha y la otra hacia la izquierda; la resultante tendrá el sentido de la mayor fuerza (fuerzas colineales de diferentes sentidos). Cuando la resultante de las fuerzas aplicadas es igual a cero, se dice que el cuerpo está en equilibrio

 Sistema de fuerzas concurrentes: son aquellas fuerzas cuyas direcciones se cortan o concurren en un punto común.

FUERZA DE GRAVEDAD

Es una fuerza de atracción que varía según la masa de los cuerpos y la distancia que hay entre ellos. Es universal. Las imágenes transmitidas a la Tierra por las naves espaciales que trazan órbitas a cientos de miles de kilómetros del planeta muestran que los astronautas flotan en sus cabinas y los movimientos de los hombres que hollaron la Luna parecen tomados a cámara lenta. En ambos casos, el fenómeno obedece a la ley de la gravitación universal, cuyo enunciado por parte del británico Isaac Newton en 1687 dice: “Dos partículas materiales, por el solo hecho de poseer una masa, es decir, una cantidad de materia, se atraen y experimentan una aceleración producida por la acción de la fuerza de atracción universal o fuerza de la gravitación”.

La interacción gravitatoria es la menos intensa de todas las interacciones físicas conocidas. Sólo cuando interviene una masa de gran magnitud, como la de la Tierra, por ejemplo, esta fuerza alcanza valores altos. En tales términos, la gravitación es la fuerza de atracción que afecta a todo cuerpo y, análogamente, la aceleración gravitatoria es aquella a la que se ve sometido el cuerpo por tal fuerza. En el Sistema Solar, la fuerza gravitacional que existe entre los astros que lo componen y el movimiento de los mismos, determinan sus órbitas alrededor del Sol. La Tierra posee un campo gravitacional, por lo que ejerce una atracción hacia su centro sobre los cuerpos de su entorno. El peso de los cuerpos es la fuerza de gravedad que ejerce un cuerpo muy masivo (Tierra y otros astros) sobre ellos.

FUERZA MAGNETICA

Se produce cuando las cargas eléctricas de ciertas sustancias se encuentran en movimiento. Las sustancias que tienen esta propiedad se denominan imanes. William Gilbert, se interesó por la naturaleza de los fenómenos magnéticos de la materia y describió acertadamente a la Tierra como un gigantesco imán cuyos polos magnéticos coinciden de modo aproximado con los de su eje de rotación. Magnetismo es la disciplina de la física que estudia el origen y las manifestaciones de los fenómenos magnéticos, observables en las fuerzas de atracción y repulsión ejercidas por determinados metales, como el hierro, el cobalto y el níquel. Dicha ciencia establece como causa de las interacciones magnéticas la presencia de cargas eléctricas en movimiento. El campo magnético terrestre, apreciable con una simple brújula. Según la teoría dinámico-magnética, el origen del magnetismo terrestre, según se desprende de las anteriores consideraciones, debe localizarse en las corrientes eléctricas del núcleo metálico del planeta, y esta variabilidad indica que dicho núcleo se halla en movimiento, de modo que los ríos de metal fundido asumen el papel de espiras conductoras creadoras de campos magnéticos. La Tierra se comporta como si en su interior tuviera un imán de barra, el cual se encontraría inclinado respecto al eje terrestre, con su polo norte magnético dirigido hacia el polo sur terrestre y con su polo sur magnético dirigido hacia el polo norte terrestre. Por tanto, al dejar que se mueva libremente un imán o la aguja de una brújula, éstos se orientan con su polo norte magnético dirigido hacia al norte geográfico y con su polo sur magnético dirigido hacia el sur geográfico. Los imanes poseen dos polos magnéticos. Los polos iguales se atraen y los polos opuestos, se rechazan. Las fuerzas ejercidas por un campo magnético pueden alterar la circulación de la corriente eléctrica de un conductor, y la corriente eléctrica puede generar campos magnéticos. Los imanes generan un campo magnético que afecta a los objetos metálicos que se encuentran en su entorno.

FUERZA DE ROZAMIENTO

 La fuerza de rozamiento surge entre dos cuerpos puestos en contacto cuando uno se mueve respecto al otro. Sobre cada uno de ellos aparece una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. El valor de la fuerza de rozamiento depende de: a) tipo de superficies en contacto (ej. madera, metal, plástico/granito, etc), b) del estado de la superficies, que pueden ser pulidas, rugosas, etc. (ej. madera compacta finamente lijada, acero inoxidable) y c) de la fuerza de contacto entre ellas. El tipo y las condiciones de la superficie se representan por un número llamado coeficiente de rozamiento y la fuerza de contacto por N llamada normal de reacción: La fuerza de rozamiento no siempre alcanza el valor dado por la fórmula (ese es su valor máximo). En realidad la fuerza de rozamiento cuando se tira de un cuerpo pasa de cero a ese valor máximo y va tomando los valores iguales y opuestos a la fuerza de tracción para neutralizarla. Cuando la fuerza de tracción paralela al plano es mayor que la Fr (máxima), el cuerpo se desliza.

LA FUERZA PESO

 Cada partícula de un cuerpo es atraída por la Tierra con una fuerza igual al peso de esa partícula. El sentido de cada una de esas fuerzas está dirigido hacia el centro de la Tierra y se las considera paralelas entre sí.  De tal manera, se considera a la fuerza Peso del cuerpo como la resultante de todas esas fuerzas paralelas. El Peso de un cuerpo es la fuerza con que el cuerpo es atraído hacia el centro de la Tierra. El vector Peso de un cuerpo sigue la dirección de la vertical, y su punto de aplicación se denomina centro de gravedad o baricentro.

El centro de gravedad de una esfera se encuentra en su centro.

En un cilindro se encuentra en el punto medio de su eje.

El centro de gravedad de un paralelogramo se encuentra en el punto de intersección de sus diagonales.

El centro de gravedad de un triángulo está en la intersección de sus medianas.

 El centro de gravedad de un circulo o de un aro se halla en su centro.

ACTIVIDAD DE REPASO.

UNIDADES:

1.  ¿ En qué unidades del SIMELA se miden las siguientes magnitudes ?

Tiempo		Velocidad
Superficie		Aceleración
Masa		Distancia
Densidad		Peso
Temperatura		Volumen

2. Un carpintero midió la superficie de un trozo de madera con una cinta métrica y anotó “la superficie de la madera es de 600 cm²”. ¿Quién es el observador?   ............................................................................................................ ¿Qué instrumento empleó en la medición?.............................................................................. ¿Cuál es el valor de la cantidad obtenida?.............................................................................. ¿Cuál es la unidad utilizada?.......................................................................................................

TRABAJO PRÁCTICO Nº 1: ESTATICA

LAS FUERZAS SE REPRESENTAN CON VECTORES, ESTOS DE DIBUJAN CON FORMA DE FLECHA HACIA LAS DIRECCIONES Y LONGITUDES QUE ESTABLECE EL EJERCICIO PRACTICO.

1. Represente vectorialmente una fuerza horizontal y hacia su izquierda, de intensidad F=100 kg F utilizando como escala 10 kg F se representa con 1 cm.

2. Represente vectorialmente el peso de su propio cuerpo usando la escala que le parezca conveniente. Indique los elementos.

3. Represente vectorialmente dos fuerzas colineales F1= 3 kgF y F2= 8 kgF , aplicadas en el mismo sentido. Si las aplica en distintos puntos de la misma recta de acción, ¿siguen siendo las mismas fuerzas? ¿Por qué?.

 4. Represente vectorialmente dos fuerzas: F1=3 kg F y F2=4 kg F que formen un ángulo de 90°. Elija los otros elementos a su gusto.

5. Represente dos fuerzas, de 600 kg F y 900 kg F , respectivamente, que formen un ángulo de 150°.

6. Represente vectorialmente tres fuerzas: F1 =15 kg F , horizontal, hacia la derecha; F2=10 kgF  , hacia arriba y formando un ángulo de 40° con F1 y F3=4 kg F , hacia abajo y formando un ángulo de 23° con F1, todas con el mismo punto de aplicación.

 7. Represente vectorialmente tres fuerzas colineales del mismo sentido, en la dirección que prefiera, de 5 kg F , 9 kg F y 1 kg F .