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Leyes del Movimiento

Las leyes enunciadas por Isaac Newton, explicadas con ejemplos.
by

Nirvanna´s Way

on 10 September 2012

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Transcript of Leyes del Movimiento

Leyes del Movimiento Las leyes del movimiento fueron enunciadas por primera vez en Europa, por el inglés Isaac Newton, en el siglo XVII.
Estas leyes explican el comportamiento de todo lo cuerpos del Universo, y desde que fueron enunciados, están presentes en la base de la Física. Historia La formulación de las Leyes de la Dinámica permitió
establecer las interacciones que tienen lugar entre los cuerpos en
determinadas circunstancias. De esta manera, se consiguió predecir el comportamiento de muchos sistemas diferentes a partir del conocimiento de unos pocos datos:
cómo es el rozamiento entre los cuerpos
cómo se moverá un cuerpo sujeto a un resorte
qué resistencia presentará una pieza sometida a esfuerzos
cómo será el movimiento de una nave lanzada al espacio Además: La definición original, traducida del latín, idioma en el que fueron escritos los Principia Matemática, dice:
"Todo cuerpo continúa su estado de reposo, o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sea impelido a cambiar dicho estado por fuerzas que actúan sobre él." Actividad 2: Primera Ley: Ley de Inercia Del principio de inercia se puede intuir que cuando la fuerza total aplicada a un cuerpo sea distinta de cero, el cuerpo irá modificando a intensidad o la dirección de su velocidad, es decir, acelerará. Actividad 3: Segunda Ley: Ley de Masa La tercera ley de Newton establece la relación entre las fuerzas ejercidas sobre dos cuerpos en mutua interacción. Estas fuerzas forman un par de interacción y tienen igual dirección e intensidad, y sentido contrario. Tercera ley: Ley de Acción y Reacción
o Principio de Interacción Presta atención a los siguientes ejemplos. Actividad 5: Simulamos la Segunda Ley 1)Observa el video y extrae de él situaciones donde puedas reconocer las leyes del movimiento vistas. Actividad 8: Práctica Integradora Ejercicio 1:
Observa las siguientes imágenes e interpreta cómo podría aplicarse el primer principio en ellas. Ejercicio 2:
Observa el siguiente video y responde:
a) ¿Qué movimiento puedes observar en el pelaje de los perros?
b) ¿cuál es la trayectoria que siguen las gotas de agua él despide al agitarse?
c) ¿cómo se relacionan estas trayectorias con la 1° ley? La primera ley del movimiento no es tan evidente como parece. Esta ley afirma que, en ausencia de fuerzas aplicadas, un cuerpo permanece quieto o se mueve con M.R.U. En consecuencia, cuando un cuerpo se ha puesto en movimiento, no es necesario ejercer fuerza alguna para mantenerlo en movimiento. Es difícil concebir algo semejante, debido a que, en lo que experimentamos a diario, siempre actúan fuerzas de rozamiento sobre los objetos en movimiento. Ejercicio 3:
Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas y cuáles falsas, y justifica:
a) Para que un cuerpo mantenga velocidad constante, sobre él tiene que actuar una fuerza. Si no, se frenará.
b) Un cuerpo sobre el que la suma de fuerzas vale cero, permanece en reposo. ¿Por qué decimos que alguien es "inerte"?
¿A qué nos referimos cuando decimos "fui por inercia"? La segunda ley de Newton, o segundo principio de la dinámica, o ley de masa, nos dice de qué tipo de aceleración se tratará. Recordemos: la Estática es la rama de la Física que estudia el equilibrio de las fuerzas. La Cinemática describe los movimientos sin ocuparse de las fuerzas.
Finalmente, la Dinámica estudia la relación que existe entre las fuerzas que actúan sobre los cuerpos y sus movimientos. Dentro de la Dinámica, estudiaremos las Leyes del Movimiento. El libro Philosophiae Naturalis, Principia Mathematica, escrito por Isaac Newton, que contiene las 3 leyes del movimiento, fue publicado en el año 1687. 1) En el menú Inicio, dale clic al ícono Cuadrícula.
2) En el cuadro Modelo Matemático, ingresamos la fórmula de distancia recorrida por un móvil con M.R.U.V. Para escribir el cuadrado del tiempo, utilizamos el ícono señalado en rojo: Ejercicio 4: Ingresa al software Modellus 4.01, y en un archivo nuevo simularemos el movimiento de un objeto sobre el que se ejerce una fuerza. Realiza los siguientes pasos: 3) Ahora definiremos cómo será la aceleración, aplicando la 2° ley a = Fx/m. Le daremos a m un valor fijo de 0,2 kg, que luego podremos cambiar.
4) Indicamos Interpretar al programa, y éste nos pedirá completar parámetros. Escribimos 1 para el parámetro Fx, que luego podrá ser modificado: 5) En la pestaña de Objetos, elegimos una partícula, y en la coordenada horizontal elegimos x. Ese será el desplazamiento horizontal de la partícula: 6) Otra vez en Objetos, elegimos un vector. En el ícono Unir objeto a, lo unimos a la partícula. Para la coordenada horizontal, elegimos Fx, será la fuerza que podremos modificar: 7) Ahora ya tenemos una partícula que se mueve según las leyes del movimiento, vamos a experimentar. Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo, la relación entre la aceleración que adquiere ese cuerpo y dicha fuerza se expresa mediante la siguiente ecuación: Fuerza = masa x aceleración
F = m x a 1) ¿Qué aceleración adquiere un cuerpo de 1kg de masa al que se le aplica una fuerza de 1N? 2) Sobre una manzana de 0,25kg se ejerce una fuerza constante de 2N. ¿Cuál es la distancia que recorre en 9s? Realiza una gráfica distancia-tiempo para la manzana. 3)Un cuerpo de 15kg de masa reposa sobre un plano horizontal sin rozamiento cuando se le aplica una fuerza horizontal de 30N.
a) ¿qué aceleración adquiere?
b) ¿qué distancia recorre en 10s? 1) Un niño arrastra un camión de 4kg con una fuerza horizontal constante de 20N. ¿Cuál es la aceleración del camión? Realiza la gráfica distancia-tiempo y aceleración-tiempo.
2) ¿Qué sucede con la fuerza y con la aceleración cuando cambiamos la masa de la manzana a los valores de 0,1kg, 0,5kg y 1kg?
3) ¿Qué sucede con la aceleración si cambiamos los valores de l fuerza a 1N, 2N, 5N y 10N? Realiza las gráficas distancia-tiempo y aceleración-tiempo.
4) 4)Sobre un cuerpo en reposo, de masa m=40kg, se aplica una fuerza horizontal constante durante 10 segundos. El cuerpo se desliza en una superficie sin rozamiento y al cabo de este tiempo, adquiere una velocidad de 20m/s.
a) Calcula el valor de la aceleración que adquiere.
b) Calcula el valor de la fuerza aplicada.
c) ¿Qué distancia recorre en ese tiempo?
d) Explica qué pasa luego de los 10 segundos si ya no actúa ninguna otra fuerza horizontal.
5) 5)Una bola de billar viaja sobre la pista durante 2 segundos y choca contra los pinos a una velocidad de 30m/s.
a) ¿Cuál es la masa de la bola, si se lanza con una fuerza de 80N?
b) Realiza las gráficas distancia-tiempo y aceleración-tiempo. Actividad 6: ahora trabajamos solos. Resuelve los siguientes problemas utilizando una simulación con Modellus: Importante:
1) para que el vector fuerza quepan cómodamente en el gráfico, regula la escala: 2) para regular el tiempo de la simulación y que no quede corta ni larga: 3) todas las verificaciones serán realizadas con la calculadora científica Khi3: Ejemplos:
a) cuando un karateka da un fuerte golpe sobre una pila de maderas, puede llegar a partirlas debido a la fuerza que ejerce. A su vez, él recibe un golpe que le ocasiona dolor debido a la fuerza que ejercen las maderas sobre su mano. 2) Cuando un cuerpo cuelga verticalmente de un dinamómetro, sobre el objeto se ejerce una fuerza que evita que se caiga. A su vez, sobre el dinamómetro se ejerce otra fuerza (el peso) que estira el resorte hasta la marca que señala la intensidad. Actividad 7: Observa los siguientes videos. Actividad 1:
...el movimiento es una maravilla... a)La copa contiene aire. Al estallar el petardo, este aire genera presión en todas las direcciones, incluso hacia la base de la copa. ¿Qué es lo que genera que la copa se levante?
b)¿Por qué cuando se agrega arena, el rebote de la copa es más notorio?
c)¿Cómo es el rebote cuando la copa se llena de líquido? El líquido se comporta, en conjunto, de forma más rígida que el sólido. ¿Por qué, en este caso, se rompe la copa en la explosión? ¿Por qué desde la base? a)¿Cuántos km/h son 165 millas/hora? ¿Cuántos m/s?
b)El impacto se muestra 10000 veces más lento de lo que ocurre. ¿Cómo es el movimiento de la pelota? ¿y el del bat?
c)Algunos beisbolistas se quejan de dolor en el brazo con el que batean. ¿Por qué?
d)En el momento del impacto, el bat se mueve con una velocidad de 90millas/hora y la pelota, a 60millas/hora. ¿Por qué el bat se quiebra cuando el punto de impacto cambia a la parte más delgada? 2)Utiliza el programa Modellus para simular la situación:
Sobre un cuerpo de 20kg de masa que se encuentra en reposo sobre una superficie sin rozamiento, se aplica una fuerza de 50N durante 5 segundos. Calcula:
a)La aceleración que adquiere.
b)La distancia que recorre en ese tiempo.
c)La velocidad que alcanza al cabo de los 5 segundos.
3)Un automóvil de una tonelada viaja a una velocidad constante de 70 km/h cuando aplica los frenos con una fuerza de 1200N en sentido contrario al movimiento, durante 10 segundos. Consideramos que la fuerza de rozamiento es nula, y que luego de este tiempo el cuerpo queda libre de fuerzas que actúen en dirección horizontal.
a)Realiza una simulación con el programa Modellus. Determina la velocidad del automóvil al final de los 10 segundos que dura la aplicación de la fuerza. Explica si el movimiento continúa o no, y cómo, después de suspender la aplicación de la fuerza.
b)Determina el tiempo necesario para detener el automóvil con la fuerza propuesta.
c)¿De qué intensidad tendría que ser la fuerza para que el automóvil se detenga a los 10 segundos? Actividad 4:
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