TP N° 3 - PARA SABER Y PODER ENTENDER LAS LEYES DE NEWTON

-FECHA DE ENTREGA: 4 DE MAYO.

-FORMA DE ENTREGA: POR ESCRITO E INDIVIDUAL.

-CONSIGNAS:

1- El texto a continuación, es un texto recopilado de distintas fuentes. Es un texto si bien extenso, MUY DIDÁCTICO. Aproveche su contenido para estudiar los aspectos básicos de la dinámica y empaparse con los DLC y las unidades de fuerza. Todas las dudas se resolverán en clase. No se responderán dudas sin haber leído este contenido.

2- Lea el siguiente texto acerca de los diagramas de cuerpo libre (DLC).

3- A qué se refiere con vectores? Investigue y defina qué es un vector.

4- Qué es una fuerza? Investigue.

5- Cuales son las unidades de fuerza, masa y aceleración?

6- Qué es 1 newton (N), 1 Kilogramo fuerza (Kgf) y cual es su equivalencia?

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

El diagrama de cuerpo libre o desvinculado, DCL, consiste en dibujar cada uno de los cuerpos que aparezca en un problema y sobre el cual querramos establecer su dinámica por separado (un DCL para cada uno), y sobre él indicar con vectores todas las fuerzas que obran sobre el cuerpo (NO las que él ejerce sobre otros... ¡sólo las que él sufre, las que él recibe!) Suelen tener esta pinta.
Es bueno no encimar los vectores. No hace falta que concurran todos en un punto. Es sólo una cuestión esquemática. Si encimaras por ejemplo F2 con F3 te quedaría muy engorroso y no alcanzarías a identificar correctamente las fuerzas. (Distinto sería el caso si estuvieras trabajando con cuerpos extensos, en los que sí importa el lugar exacto -dentro del cuerpo- sobre el que actúa la fuerza, cuerpos en los que la posibilidad de que haya rotaciones es cierta). Lo que sí importa es que el origen de cada vector lo dibujes adentro del cuerpo sobre el que se ejerce esa fuerza.		No olvides que este capítulo de la dinámicase ocupa de cuerpos puntuales
El esquema te va a guiar para establecer las ecuaciones de Newton, , y digolas ecuaciones porque si las fuerzas no son codireccionales vas a tener que escribir dos ecuaciones por cada DCL, una para x y otra para y, según el SR que vos decidas. Luego, descomponer las fuerzas que no coincidan con las direcciones de los ejes.
Te conviene repetir los DCLs después de la descomposición. Acá lo tenés nuevamente pero sólo con las fuerzas que tienen la misma dirección que los ejes delSR. Entonces me olvido de la fuerza F5 que era muy molesta y que fue reemplazada por sus componentes F5x y F5y. Ahora resulta muy fácil armar las ecuaciones de la 2da. Ley.
ΣFx = m ax F5x - F2 – F3 = m ax ΣFy = m ay F5y + F4 – F1 = m ay
En un DCL nunca tenés que dibujar vectores que no sean las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Si necesitás dibujar una aceleración, o más infrecuentemente una velocidad, hacelo cerca, pero afuera del cuerpo. ¿Ok? Sólo fuerzas. FUERZAS La clave de la dinámica está en el diagrama de cuerpo libre, DCL... donde se dibujan las fuerzas, ¿pero qué son las fuerzas? La pregunta parece tarada, todo el mundo sabe qué son las fuerzas. Tampoco es difícil entender por qué se representan con flechitas (vectores), cualquiera se da cuenta de eso... Pero... Creeme si te digo que el 80% de los fracasos en la resolución de problemas de dinámica surgen de lo siguiente: a) los estudiantes suelen inventar fuerzas que en realidad no están actuando o directamente no existen. b) los estudiantes se saltean fuerzas que están actuando pero no llegaron a percibir su presencia. c) los estudiantes advierten la presencia de una fuerza pero la ubican mal, o le invierten el sentido o no se dan cuenta que es el par de interacción de otra fuerza conocida y por lo tanto no es una incógnita. Te aseguro que el intríngulis de la dinámica está acá: en establecer las fuerzas con las que nos enfrentamos en cada ejercicio y hacerlo bien. Te voy a comentar los errores más comunes y darte algunos consejos de estilo tómalo o déjalo. Las fuerzas no son entes corpóreos, tangibles, visibles, más bien son invenciones humanas para explicarnos los fenómenos naturales. Un tipo sometido a varias fuerzas, por ejemplo, no está atravesado con flechas como John Wayne en el final de la película. Cada vector tenés que razonarlo, deducirlo vos. Para empezar tenés que hacerte a la idea de que por familiar que te resulte una fuerza tiene que haber un cuerpo que la ejerce, que la produce y otro cuerpo que la recibe, que la padece. Y cuando digo cuerpo (no te rías por lo que viene ahora) me refiero a algo tocable, visible, con masa, con color, con cierta dureza o cierta blandeza... un OBJETO, algo que exista... me entendés. No, parece que no. A ver... La gravedad ¿es un objeto? ¡Nooooo! ¡Bravooo! la gravedad no es un objeto, entonces no puede hacer ni recibir fuerzas. Vas entendiendo. Todas las fuerzas que intervienen en la dinámica de un cuerpo hay que dibujarlas en unDCL. Por ejemplo estos dos que tomé prestado de un ejercicio en el que juegan dos carritos, el A y el B. Dos carretones, A y B, cuyas masas son mA= 80 kg, mB= 120 kg, se encuentran uno junto al otro, como muestra la figura, apoyados sobre un piso horizontal sin rozamiento. Sobre el carretón A se aplica una fuerza horizontal de 30 kgf. Hallar la intensidad de la fuerza de contacto entre ambos. Acá vienen los diagramas de cuerpo libre, fijate. Voy a empezar analizando las fuerzas que obran sobre el carrito A. Aparece una fuerza horizontal hacia la derecha llamada F. Me pregunto ¿quién hace esa fuerza? No lo sé pero esa es justamente un dato del problema que dice "sobre el carretón A se aplica una fuerza..." o sea el autor del problema certifica la existencia de esa fuerza. Alguien o algo la estará haciendo, una locomotora, Tarzán, lo que sea, pero algo o alguien la hace. FBA es la fuerza que el carrito B le hace a A. En la situación del problema se están tocando, de ahí sale esa fuerza. PA es el peso de A. Quién tira de A hacia abajo... la Tierra... bien ése es el objeto, redondo, voluminoso, soleado, bonito... VA es la fuerza que las vías hacen sobre el carrito A. ¿Qué otra fuerza actúa sobre A? Seguro que si hago esa pregunta en clase algún osado contesta "¡la normal!", Ok, le respondo , y la dibujo... (una flechita vertical hacia arriba) y después le pregunto "¿y quién hace esa fuerza, quién empuja al carrito hacia arriba...? Esa pregunta no tiene respuesta eso indica que estabas a punto de inventar una fuerza. La borramos. Alguno, en ayuda de su compañero puede decir "¡las vías!" "macanudo, pero a esa fuerza ya la pusimos y la llamamos VA... ¿no te gusta el nombre? ¿querés llamarla normal? Ponele el nombre que quieras (dentro de ciertos límites)... ¡pero no la pongas dos veces! Insisto con la pregunta ¿qué otra fuerza? "La fuerza de la velocidad", "Y quién la ejerce, quién la ejecuta", ¿no hay quién?, entonces no existe. Y así. Nunca llames con el mismo nombre a dos fuerzas diferentes. En este problema, por ejemplo, el 65,3% de los estudiantes que hacen DCL llaman P al peso de cada carrito... MAL. En álgebra, que es el idioma de la física, P = P. Son dos fuerzas diferentes, tienen que tener nombre diferente. Podrían valer lo mismo, pero aún así deben tener nombres distintos. Usá los subíndices, están para eso. Algunos mocosos insolentes me responden (se me está pegando el personaje del maestro Ciruela) "pero si yo sé a qué cuerpo me estoy refiriendo, cuando lo reemplace le voy a poner a cada uno el valor que le corresponde". Igual está mal. Tal vez vos no lo sepas, pero lo que tenés que aprender es a confeccionar un mensaje para otro, no para vos. Eso no quita que escribiste un error matemático, y está muy bien que tu profesor te lo corrija. Pero además no te olvides de que cada fuerza que vos encuentres se convierte en un número que después se va a viajar por un bosque de desarrollos algebraicos. Lo más probable es que se confundan y se pierdan. Cuando dos cuerpos interactúan entre sí, y de ambos te interesa su dinámica (como en este caso de los carretones) la mejor manera de denominar las fuerzas es con el doble subíndice, que además denuncia claramente su filiación de par de interacción... el módulo de FBA es igual al de FAB. Tengo más consejos pero también la sensación de que ya estás podrido. La práctica te dará el resto. UNIDADES DE FUERZA, MASA Y ACELERACIÓN Aceleración: a la aceleración la vamos a medir en m /s 2. A esta unidad no se le da ningún nombre especial. Masa: a la masa la medimos en Kilogramos. Un Kg masa es la cantidad de materia que tiene 1 litro de agua. ( Acordate que 1 litro de agua es la cantidad de agua que entra en un cubo de 10 cm de lado ó 1000 cm 3 ). Fuerza: la fuerza la medimos en dos unidades distintas: el Newton y el Kilogramo fuerza. 1 Kgf es el peso de 1 litro de agua. Es decir ( y esto es importante ): En los problemas suelen aparecer frases del tipo: Un cuerpo que pesa 2 Kgf... Levanta el alumno la mano y dice: Profesor, en este problema me dan el peso y yo necesito la masa... ¿ cómo hago ? ( Ay, ay, ay! . Las cosas que pregunta la gente ). ¿ La respuesta ?. Bueno, no es muy complicado. El asunto es lo que te comenté antes: si pesa 2 kilogramos fuerza, su masa será 2 kilogramos masa. Peor esta otra. Un enunciado tipico suele decir: Un cuerpo de 3 kilogramos es arrastrado por una cuerda ... Vuelve a levantar la mano el alumno y dice: Profesor, en el problema 5 no me aclaran si los 3 kilogramos son Kg masa o Kg fuerza. Te pregunto a vos: ¿ Que son ? Rta: Igual que antes. Masa y peso NO son la misma cosa, pero en La Tierra, una masa de 3 Kg masa pesa 3 Kg fuerza. Asi que es lo mismo. Podés tomarlos como 3 kg masa o como 3 kg fuerza. Esta coincidencia numérica solo pasa siempre que estemos en La Tierra, aclaro. La otra unidad de fuerza que se usa es el Newton. Un Newton es una fuerza tal que si uno se la aplica a un cuerpo que tenga una masa de 1Kg, su aceleración será de 1m/s 2. Para que te des una idea, una calculadora pesa más o menos 1 Newton. ( Unos 100 gramos ). Para pasar de Kgf a Newton tomamos la siguiente equivalencia: De todas maneras generalmente para los problemas ellos te van a decir que tomes la equivalencia 1Kgf = 10 N. ( Para facilitar las cuentas ). CHISMES IMPORTANTES: El concepto de fuerza fue introducido originalmente por Arquímedes, aunque únicamente en términos estáticos. Galileo fue el primero en dar una definición dinámica. Se considera que el primero que formuló matemáticamente la moderna definición de fuerza fue Newton. Actualmente se reconoce básicamente la existencia de cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitatoria, la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte. La gravitatoria modela el universo en su escala macroscópica. La electromagnética gobierna la estructura de la materia desde la escala atómica hasta la molecular y particular. Las nucleares gobiernan la escala subatómica. Y después está la fuerza de voluntad, te das una idea PRÁCTICO N°2 CONSIGNAS 1. Fecha de entrega: Miércoles 27 de Abril. 2. Entrega: por escrito e individual. 3. Con la ayuda de los problemas resueltos en clase, y las fórmulas trabajadas hasta el momento, resuelva los siguientes ejercicios: MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME 1- Un auto parte del reposo, a los 5 s posee una velocidad de 90 km/h, si su aceleración es constante, calcular: a) ¿Cuánto vale la aceleración?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 5 s?. c) ¿Qué velocidad tendrá los 11 s? 2- Pasar de unidades las siguientes velocidades: a) de 36 km/h a m/s. b) de 10 m/s a km/h. c) de 30 km/min a cm/s. d) de 50 m/min a km/h. 3- Un móvil recorre 98 km en 2 h, calcular: a) Su velocidad. b) ¿Cuántos kilómetros recorrerá en 3 h con la misma velocidad?. 4- ¿Cuánto tarda en llegar la luz del sol a la Tierra?, si la velocidad de la luz es de 300.000 km/s y el sol se encuentra a 150.000.000 km de distancia. MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO 1- Un cohete parte del reposo con aceleración constante y logra alcanzar en 30 s una velocidad de 588 m/s. Calcular: a) Aceleración. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 30 s?. 2- ¿Cuánto tiempo tardará un móvil en alcanzar una velocidad de 1200 m/s, si parte del reposo acelerando constantemente con una aceleración de 20 m/s ²? 3- Un auto parte del reposo, a los 5 s posee una velocidad de 90 km/h, si su aceleración es constante, calcular: a) ¿Cuánto vale la aceleración?. b) ¿Qué espacio recorrió en esos 5 s?. c) ¿Qué velocidad tendrá los 11 s? CAÍDA LIBRE 1- Desde el balcón de un edificio se deja caer una manzana y llega a la planta baja en 5 s. a) ¿Desde qué piso se dejo caer, si cada piso mide 2,88 m?. b) ¿Con qué velocidad llega a la planta baja?. 2- Si se deja caer una piedra desde la terraza de un edificio y se observa que tarda 6 s en llegar al suelo. Calcular: a) A qué altura estaría esa terraza. b) Con qué velocidad llegaría la piedra al piso. 3- ¿De qué altura cae un cuerpo que tarda 4 s en llegar al suelo?. FUERZA Y TRABAJO 1- Un hombre empuja un auto con una fuerza de 100 N. El trabajo que realiza es de 500Nm, que distancia logra arrastrar el auto? 2- si un caballo arrastra una carroza 1000 m con una fuerza de 400 N ¿cuál es el valor del trabajo que realiza?