LF VII .
El equilibrio se produce a pesar de la interacción de fuerzas externas sobre un cuerpo o un sistema de cuerpos ,solo que en este caso.la resultante de todas esas fuerzas es cero. condición que establece la primera ley de newton Las condiciónes que determinan las fuerzas de acción y de reacción están establecidas en la tercera ley de newton.
Tipos de fuerzas.
Las fuerzas son el resultado de las interacciones entre los cuerpos .Una fuerza puede obstaculizar el movimiento de un cuerpo ; de la misma manera,unaquefuerza es necesaria para empujar ,halar o sostener un objeto ,las fuerzas se pueden clasificar en dos grandes categorias; de contacto y de acción a distancia .Son fuerzas de contacto las que se producen en la interacción de dos objetos que se tocan;algunos de ellos son;
la aplicada-----la normal-------la de tensión------la de resistencia del aire ---la del resorte ----y la de fricción.
son fuerzas de acción a distancia ,aquellas producto de la interacción entre objetos que están fisicamente en contacto ; es el caso de;
la fuerza de atracción gravitatoria
la fuerza eléctrica y
la fuerza magnética..
FUERZA APLICADA.
La fuerza aplicada es la ejercida sobre un cuerpo,por una persona u otro objeto, F ( vector) es una fuerza aplicada..
FUERZA DE ATRACCIÓN GRAVITATORIA.
La fuerza de atracción gravitatoria es la fuerza con la cual la tierra atrae hacia su centro, a los objetos que estan sobre la superficie terrestre o a cierta distancia de ella .Esta fuerza es por definición el peso del objeto.
FUERZA NORMAL..
La fuerza normal es ,la fuerza que ejerce una superficie estable de soporte ,sobre otra superficie que descansa sobre ella ,la fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie que soporta el objeto. .
( la fuerza normal en un plano inclinado es perpendicular al plano.).
En el plano inclinado la fuerza ( n ) (vector ) tiene la misma magnitud que la componente del peso perpendicular a la superficie del plano inclinado( p ) ( recuerde la letra (n) (p) son vectores por lo que lleva en su parte superior una flecha) .
FUERZA DE TENSIÓN.
La fuerza de tención de una cuerda es la fuerza con la cual la cuerda tira del objeto al cual está unida.La fuerza de tensión siempre tira ,nunca empuja,y tira por igual en ambos extremos de la cuerda.
,.
FUERZA DE RESISTENCIA DEL AIRE.
La fuerza de resistencia del aire es un tipo particular de fuerza de fricción,que actúa sobre los objetos que viajan a través del aire,en dirección opuesta al movimiento de estas; como toda fuerza de fricción ,se opone al movimiento de los objetos.
Esta fuerza es determinante cuando se trata de cuerpos que tienen gran superficie ,o cuerpos que viajan a grandes velocidades .Un caso particularmente interesante ,es la caida de un objeto hacia la superficie terrestre ,cuando tomamos en cuenta la resistencia del aire ; en estas condiciones no es correcto hablar de caida libre.Después de empezar la caida ,la velocidad del objeto aumenta ,y aumenta también la fuerza de resistencia del aire ; llegará el momento en el cual la fuerza de resistencia del aire iguala la fuerza de gravedad,reponsable de la caída y la fuerza neta sobre el objeto es cero; en estas condiciones ,el objeto alcanza su velocidad límite o terminal y continua su caida con esa velocidad constante.
FUERZA DEL RESORTE.
La fuerza del resorte es ejercida por este cuando una fuerza aplicada lo estira o lo comprime .Esta fuerza siempre tiende a restablecer la longitud de equilibrio del resorte ,los resortes que no se deforman permanentemente al ser sometidos a unas fuerzas externas ,cumplen la LEY DE HOOKE, la cuál garantiza que la fuerza del resorte es proporcional al estiramiento o a la compresión..
F= -kx .
donde k es la constante elástica del resorte y tiene que ver con el tipo de resorte. X es el estriramiento o la compresión,y el signo negativo indica que la dirección de la fuerza del resorte es opuesta a al dirección del desplazamiento X
De acuerdo con la fórmula ,cuanto mayor es el estiramiento o la compresión X mayor es la fuerza del resorte;esto quiere decir que la fuerza del resorte no es una fuerza constante ,( tal como hemos supuesto la mayoria de las fuerzas estudiadas hasta ahora ); sino que varia según la deformación.
.
FUERZA DE FRICCIÓN.
Cuando dos cuerpos están en contacto,las superficies de ambos presentan oposición al movimiento,cuando uno de ellos resbala,o pretende hacerlo sobre el otro.
la aparición de una fuerza F (VECTOR ) provoca instantáneamente la aparición de otra fuerza ( f) vector que obstaculiza el movimiento; esta fuerza ( f ) es la fuerza de fricción o de rozamiento, aplicada por la superficie sobre el cuerpo,paralelo a la superficie de apoyo,y opuesta en dirección a la fuerza aplicada que pretende moverlo ( la fuerza de fricción F se opone al movimiento ).
.
FUERZA DE FRICCIÓN ESTÁTICA .
Cuando queremos cambiar un objeto de lugar dentro de un habitación,aplicamos una fuerza para arrastrarle sobre el piso.
La experiencia demuestra que,tanto los materiales del piso y del objeto cuyas superficies están en contacto como la masa del objeto y por consiguiente su peso son determinantes en el momento de ejecutar la tarea .
Las patas de una mesa y el piso,experimentan fuerzas de fricción que dificultan el traslado ,si a pesar de aumentar la fuerza aplicada la mesa no se mueve esto se debe a que la fuerza de fricción aumenta en la misma proporción y el equilibrio se mantiene ; el reposo garantiza igualdad de las fuerzas ;aplicada y de fricción : esto quiere decir que la fuerza de fricción estática varia su valor y siempre equilibra a la fuerza aplicada mientras la mesa está en reposo. ( la fuerza de fricción estática es máxima,en el instante justo antes de que la mesa empiece a moverse ).justo antes de que la mesa empezara a moverse,el valor de la fuerza de fricción fue el máximo; este valor limite de la fuerza de fricción se denomina: fuerza de fricción estática máxima, Fe ( vector f ),la fuerza de fricción estática máxima es proporcional a la fuerza de compresión normal N de la superficie sobre el objeto; entonces Fe= Ue n,donde (Fe ) = es el valor de la fuerza de fricción estática máxima. .
N = es el valor de la fuerza normal.
Ue = es el coeficiente de fricción estática entre las superficies.
Ue= depende de la naturaleza de los materiales en contacto,de lo pulido de ambos,de su lubricación,pero no depende de las áreas de las superficies en contacto; el valor de Ue es generalmente menor que 1.
FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA.
Ya en movimiento,el objeto experimenta la acción de un fuerza de fricción opuesta al desplazamiento del mismo. a esta fuerza se le denomina : fuerza de fricción cinética. Fc dónde ( f es un vector ).
La fuerza de fricción disminuye cuando se inicia el movimiento ,lo cual quiere decir que el valor de la fuerza de fricción cinética Fc ( f vector ) es menor que el valor de la fuerza de fricción estática máxima Fc ( F vector) el valor de Fc es proporcional a la fuerza normal,es constante y no depende de la velocidad del cuerpo; entonces : Fc=VcN.
Vc= es el coeficiente de fricción cinética entre las superficies en contacto y ,siempre para superficies de contacto dadas..
Vc<Ve.
una fuerza aplicada sobre un cuerpo paralela a la superficie sobre la cual se apoya da lugar a que aparezca la fuerza de fricción.
ejemplo un vehiculo en carretera.
La fuerza de fricción cinética no depende de la velocidad del objeto,además.
Fc < Fc y Vc< Ve. es un vector.
FUERZA EN EL PLANO INCLINADO.
Un objeto apoyado sobre las superficies de un plano inclinado experimenta al menos,la acción de dos fuerzas : su peso y la fuerza normal .
La dirección del peso P ( VECTOR) es siempre vertical y hacia el centro de la tierra ; la dirección de la fuerza normal es siempre perpendicular a la superficie del plano.
El peso es vertical hacia abajo y la fuerza normal es perpendicular al plano inclinado.
ejemplo ( un objeto en una pendiente de un angulo de 90º es proporcional al plano inclinado y su vector es = a su aceleración. )
Cuanto mayor es el ángulo de inclinación del plano,mayor.es la aceleracíón del cuerpo; si 0 =90º; estamos en caida libre.
a =9 .
CUERPO EN EQUILIBRIO.
La suma de las fuerzas sobre la muchacha ( muchacha en amaca ) es cero y decimos que está en equilibrio ; en este caso,en equilibrio estático por estar en reposo .
De acuerdo con la primera ley de newton,la inercia de un cuerpo la supone en reposo,o en movimiento rectilíneo uniforme ,estos dos estados ( ambos con velocidad constante ) determinan también la condición de equilibrio.
Un cuerpo está en equilibrio si se encuentra en reposo o si se mueve en línea recta uniformemente.
La fuerza normal y el peso no siempre tienen la misma magnitud.
Un cuerpo en el espacio exterior totalmente ingrávido, no tiene centro de gravedad pero si tiene centro de masa.
EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD.
El centro de gravedad de un objeto es el punto en el cual se considera que está concentrado su peso : es el punto en el cual actúa la fuerza de gravedad sobre él.
El centro de masa de un cuerpo es el punto en el cual se considera que está concentrada la masa del cuerpo . De acuerdo con las leyes de newton, para efecto de una fuerza neta actuando sobre un cuerpo o un sistema de cuerpos ,estas fuerza neta actúa sobre el centro de masa ,simplificando el movimiento de traslación como si se tratara del movimiento de una partícula.
Conceptualmente ,el centro de gravedad y el centro de masa son diferentes .pero,para efectos prácticos suelen ser el mismo punto ; particularmente cuando se trata de objetos cotidianos ,que son por ahora los que nos interesan.,cuando los objetos presentan formas regulares y están constituidos con materiales uniformes ; esferas,conos,cilindros ,sólidos rectangulares,y otros similares ,el centro de masa y el centro de gravedad coinciden con el centro geométrico del objeto,si los materiales que conforman un cuerpo tienen densidades diferentes ,los centros de masa y de gravedad ,no estarán en el centro geométrico del cuerpo,sino dentro de las partes más densas.
LOCALIZACIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD.
El centro de gravedad de una regla de 30 cm de longitud ,está a los 15 cm; compruébelo equilibrando sun peso sobre uno de los dedos de su mano y verá como se mantiene la regla horizontalmente .
También compruebe con una escoba, para un objeto plano con forma irregular ,basta colgarlo de dos puntos diferentes que le den cada uno la oportunidad de pivotear,se trazan las correspondientes verticales (plomadas ) de suspensión y el punto en el cual ambas líneas se intersecan es el centro de gravedad y el centro de masa del objeto.
El centro de gravedad puede estar en algunos casos ,fuera o dentro del objeto en un lugar donde no hay materia: son los casos de un anillo una esfera vacía,un vaso,una herradura.
EN EL CUERPO HUMANO ¿ dónde está el centro de gravedad ?.
Esta dentro del cuerpo en un rango aproximado de 5cm más arriba y 5cm más abajo del ombligo , y a la mitad de la distancia entre el frente y la espalda ,la distribución de la masa es caracteristica en un hombre y en una mujer ;en la mujer el centro de gravedad tiende a estar más a bajo del ombligo .Solo el hecho de levantar los brazos verticalmente hacia arriba ,hacen que el centro de gravedad de una persona se desplace también hacia arriba unos cuantos centímetros .
ESTABILIDAD
Al ser soltado ,un lápiz colocado sobre su punta cae , su centro de gravedad está soportado prácticamente sobre un punto ; el lápiz está en equilibrio inestable .El mismo lápiz colocado sobre su extremo opuesto a la punta ,sobre el borrador ,soporta ligeros desplazamientos laterales conservando su verticalidad, en esta condición el lápiz mantiene un equilibrio inestable.
Una pelota que en movimiento de su posición ,ocupará otra posición con su centro de gravedad siempre a la misma altura ,condición caracteristica del equilibrio neutro o indiferente ,en general ,cuando un objeto está en equilibrio inestable ,un dezplazamiento cualquiera baja su centro de gravedad en equilibrio un desplazamiento sube su centro de gravedad .
FUERZAS NO EQUILIBRADAS
La primera ley de newton establece el estado de los cuerpos ,debido a que la fuerza resultante es cero y,por lo tanto ,el cuerpo o el sistema de cuerpos no acelara.operacionalmente ,la condición de equilibrio se expresa E F=0 ( E= sigma ,F es vector ) ¿ que sucede cuando la fuerza resultante es diferente de cero?
Una fuerza resultante diferente de cero sobre unn cuerpo ,o sobre el centro de masa de un sistema de cuerpos.de acuerdo con la segunda ley de newton acelera ese cuerpo o ese sistema de cuerpos .
De acuerdo con la segunda ley de newton ,esto se expresa de la siguiente manera.
E F=m.a ( sigma vector F ,masa por vcctor de a )
dónde E= es la letra sigma ( mayúscula ) del alfabeto griego,y significa " sumatoria " a si
E de F se lee " sumatoria de fuerzas "
y en función de sus componentes rectangulares.,el procedimiento en la resolución de ejercicios es similar al procedimiento seguido para los cuerpos en equilibrio con la consabida diferencia .
No hay comentarios:
Publicar un comentario