| FUERZAS Aplicaciones de las leyes de Newton INTERACCIONES.- Se dice que existe interacción entre dos cuerpos cuando uno ejerce una acción de contacto, o a distancia, etc sobre el otro. Sobre todo cuerpo que recibe una interacción aparece una fuerza. Toda interacción crea DOS fuerzas, pero sólo UNA sobre cada uno de los cuerpos que interactúan. Las interacciones se pueden producir a distancia. Existen CUATRO grandes tipos: gravitatoria, electrostática, nuclear fuerte y nuclear débil. Las fuerzas de la interacción gravitatoria y electrostática son de igual dirección y valor, pero de punto de aplicación y sentido distintos. -Tercera Ley de Newton- Si sobre un cuerpo existe una única interacción nunca estará en equilibrio (la fuerza que se ejerce sobre él hace que se mueva con una aceleración). - Segunda Ley de Newton- Un cuerpo sometido a dos interacciones estará en equilibrio si la resultante de esas dos fuerzas originadas sobre él se anulan. Con más de dos interacciones se puede producir el equilibrio si la resultante de todas las fuerzas que se ejercen sobre el cuerpo es cero -se anulan-. En el gráfico que va a continuación se ve un cuerpo en reposo sobre una mesa. El cuerpo está sometido a dos interacciones:1.-La Masa de la Tierra/ con la masa del lcuerpo y;2.-la de contacto contra la mesa que crea una reacción mormal de esta contra el cuerpo. La primera origina una fuerza gravitatoria sobre el cuerpo y la segunda una fuerza electrostática de contacto también sobre el lcuerpo y opuesta a la gravitatoria. Reacción Mesa / bloque , debe leerse: reacción de la mesa sobre el bloque.
Puede ocurrir que un cuerpo que se está moviendo con
velocidad constante sin estar sometido a ninguna fuerza- partícula libre-, se encuentre
de repente sometido a un conjunto de fuerzas cuya resultante sobre él sea nula. Pues
bien, en este caso el cuerpo seguirá moviéndose con dirección y velocidad constante
igual a la que tenía. - Primera Ley de Newton- 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 rozamineto depende de: tipo de superficies en contacto (ej. madera metal, plástico/granito, etc), del estado de la superficies (pulidas, rugosas, etc)(ej. madera de castaño lijada con lija del 5, acero inoxidable) y 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: Fr(máx)=Coef.roz· N 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.APLICACIÓN PRÁCTICA 1 En el siguiente applet vas a poder ver todas las fuerzas que surgen de las interacciones sobre un bloque situado sobre un plano. Podrás tirar de un bloque con distinta fuerza, variar el ángulo de tracción y ver como surge la fuerza de rozamineto en las diferentes situaciones. También podrás variar la inclinación del plano y ver como varía el valor de la normal de reacción del plano contra el bloque y las demás fuerzas según actúas sobre la animación. Instrucciones de manejo del applet 1.Puedes cambiar la inclinación del plano pulsando con el botón izquierdo del ratón sobre el círculo gris del borde derecho de la aplicación y arrastrarlo. Puedes cambiar el valor del peso arrastrando sobre el círculo gris del extremo de la flecha roja (peso). El peso se descompone en dos componentes verdes . La reacción normal es la flecha amarilla. En la parte izquierda del applet puedes ver los valores de los distintos parámetros . NF es la fuerza resultante. Si NF es distinta de cero el bloque se moverá (en la animación no se produce). Theta es el ángulo del plano inclinado con la horizontal. En la parte derecha se ve un diagrama de fuerzas que representa una suma de vectores que se actualiza en tiempo de ejecución con los valores de las fuerzas. La resultante (NF) se representa por un vector negro, 2.-Si pulsas y arrastras sobre el círculo gris situado en una equina del bloque puedes crear distintas fuerzas de tracción. La primera vez que pulses y arrastres cambias el módulo de la fuerza, pero la segunda vez que pulses y arrastres solo podrás variar el ángulo con el que aplicas la fuerza. Pulsa "reset" para volver al ángulo y a la fuerza iniciales. Puedes variar los valores del coeficiente de rozamiento cambiándolos en el cuadro superior que figura al lado de "coef roz". Realización práctica 1.- Pulsa "reset" y fija el coeficiente de rozamiento en cero. Verás que nada se opone a la componente verde del peso que hará deslizar el cuerpo hacia abajo. La existencia de una fuerza resultante (NF), el vector negro paralelo al plano, indica que existira un desplazamineto hacia abajo . Fija el coeficiente en 0.2 y verás que se desliza, aunque ya aparece la Fr (Insuficiente para frenarlo). Fija 0.4 y verás que Fr aumenta. Fija el valor en 0.6 y en este caso la fuerza de rozamineto (vector azul) neutraliza la componente del peso y el cuerpo no desliza. Si aumentas el coeficinete hasta 1.2 verás que el cuerpo sigue sin deslizar y el vector azul de la fuerza de rozamineto no aumentó, ¿por qué?. Comprueba numéricamente (con la calculadora palel y lápiz) el valor de la fuerza de rozamiento máxima con los valores dados en el applet. ¿Podrías hacer que el cuerpo en equilibrio se deslice aumentando la masa (arastra hacia abajo el vector peso inicialmente de 60 N) y sin variar el ángulo del plano?. Comprueba que sucede. Escribe las ecuaciones de la dinámica ( F=m·a ) en la dirección del desplazamiento y en la dirección de la normal 2.- Con una masa de bloque de 6 kg ( el peso en 60 N , tomamos g=10 m/s2) fijamos el coeficiente de rozamiento en 0.6 y aumentamos el ángulo del plano inclinado, ¿qué sucede ahora?. ¿Aumenta la componente del peso que arrastra el cuerpo y disminuye la que lo pega al plano?. ¿Qué ángulo se requiere para que deslice? Mueve el plano hasta dejarlo horizontal y luego sigue bajando hasta invertir su inclinación ¿cambia el sentido de la fuerza de rozamiento? 3.- Fija la masa en 6 kg, el coeficinete de rozamineto en 0.6 y el ángulo en 30º. Pulsa y arrastra en la esquina del bloque para crear una fueraz de arrastre. Comprueba que según sea el valor de la fuerza de arrastre y el ángulo, la resultante (NF) tiene distintos valores. En el diagrama de fuerzas se ve que el vector negro -NF- cambia de valor y dirección. Si -NF- esta dirigida hacia fuera del plano, el bloque se despegaría de plano (se movería fuera de la línea marcada por el plano). Cuando el vector negro -NF- en el diagrama de fuerzas tiene dirección hacia fuera del plano ¿ existe fuerza normal-vector amarillo-? ¿Puede alguna vez el vector negro (NF) estar dirigido hacia dentro del plano? 4.-Elije masa en 6 kg, el coeficinete de rozamineto en 0.6 y el ángulo en 30º y arrastra a voluntad para dar un valor a la fuerza - este valor se fija al soltar el botón del ratón- . Pulsa otra vez para variar sólo el ángulo y comprueba si existe un ángulo para el que la fuerza de arrastre produzca una resultante máxima. ¿Es el mayor ángulo posible ? ¿Es el menor? . .5.- Fija el plano inclinado con inclinación cero - horizontal-. Fija una fuerza de tracción menor que el peso (así aunque tires en vertical no podrás despegar el bloque del plano). Varía el ángulo de tracción y averigua si existe un ángulo para el que la NT (fuerza resultante) sea máxima. En estas condicones el bloque se moverá con aceleración máxima (el applet no ejecuta ese movimiento, el bloque no se mueve). Deja la fuerza en esa posición, varía el coeficiente de rozamiento y comprueba si se produce el NF máximo para el mismo ángulo del caso anterior. ¿Existe alguna relación entre el coeficiente de rozamiento y el ángulo para el que la fuerza resultante sea máxima? Comprobación de resultados Para comprobar los resultados, pulsa el "botón de solociones", que abrirá una pequeña ventana donde puedes encontrar las soluciones. |
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