Estudio del movimiento y las fuerzas en 3º ESO, IES Teatinos

Estudio del movimiento y de las fuerzas

Introducción al estudio del movimiento o cinemática

Estudio del movimiento. Conceptos claves. Un sistema de referencia (SR) consiste en la elección de: · un punto considerado fijo denominado origen o punto de referencia y · una o varias direcciones privilegiadas denominadas ejes. El número de direcciones privilegiadas (denominado dimensión) depen- derá del modo en que el cuerpo se mueva. Si avanza en línea recta: 1 D X un eje Si realiza una curva: 2 D Y X dos ejes Si realiza un arco espiral: 3 D Z X Y tres ejes Sistema de referencia Observador Zon 1 0 Estamos en movimiento Sistema de referencia Observador Estamos en reposo

Conceptos claves del movimiento

Estudio del movimiento. Conceptos claves. Hay muchos sistemas de referencia (SR) que se pueden construir, pero, entre ellos, hay uno particularmente sencillo: el sistema de referencia cartesiano. En él, los ejes escogidos, denominados cartesianos, son perpendiculares entre sí y están divididos en medidas acordes a las unidades empleadas. Y 40 (1, 40) Cada punto del espacio viene definido por dos coordenadas cartesianas, en forma de pareja ordenada (x, y). (8, 25) (2, 20) (7, 19) 20 - 10 (5, 10) 1 1 1 1 1 1 1 0,0 T 1 2 3 4 5 6 7 8 X Todo cuerpo ocupa, en un tiempo determinado, un punto del espacio. Dicho punto se identifica mediante unas coordenadas que determinan la posición de dicho cuerpo. Aunque el punto del espacio que ocupa un cuerpo en un instante es inva- riante, sus coordenadas, es decir, su posición, depende del SR escogido. Por eso se denomina posición relativa. Cada uno de los ejes define una distancia al origen, denominada coordenada cartesiana, y se acompaña con el nombre del eje. 30

Definición de movimiento y desplazamiento

Estudio del movimiento. Conceptos claves. £100 80 60 40 20 12 Lineal o espacio unidimensional Plano o espacio bidimensional Espacial o espacio tridimensional El movimiento se define como el cambio de posición de un cuerpo a lo largo del tiempo, en un determinado sistema de referencia. El desplazamiento es la longitud del segmento que une las posiciones inicial y final del movimiento de un cuerpo. Se denomina trayectoria al conjunto de posiciones su- cesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento.

Cálculo de la velocidad

Estudio del movimiento. Conceptos claves. X0 Xf La velocidad (v) mide el ritmo al cual se realiza un movimiento. Se calcu- la como la relación (cociente) entre el desplazamiento realizado (Ax) y el tiempo empleado en hacerlo (At). V= Ax At En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la velocidad se mide en me- tros por segundo (m/s).

Velocidad instantánea y media

Estudio del movimiento. Conceptos claves. 2 h 30 min Torrelodones (Madrid) Benavente (Zamora) 237 km Velocidad instantánea es la velocidad que posee un móvil en un momen- to dado en un punto de su trayectoria. Es una magnitud vectorial y su valor numérico es la celeridad. 100 120 F 100 60 160 40 180 - 2 200 220 La velocidad media es el cociente entre el espacio total recorrido por el móvil y el tiempo que emplea en recorrerlo. espacio recorrido 237 km km Vmedia = = 94,8 tiempo 2,5 h h

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

Representación gráfica del MRU

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU) Representación gráfica del MRU Un móvil parte de un punto situado a una distancia de dos metros con respecto al origen de coordenadas y lleva una velocidad constante de 5 m/s. Xf = X0 + V . t-> Xf = 2+ 5 . t t (s) x (m) 0 2 1 7 2 12 3 17 4 22 v (m/s) 5- 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 t (s) x (m) 22 18 14 10 6 2 0 1 2 3 4 t (s) La gráfica x-t es una línea recta que corta al eje de ordenadas en la posición inicial (x0). La gráfica v-t es una línea horizontal, paralela al eje de abscisas, que corta al eje de ordenadas en el valor de la velocidad del móvil.

Aceleración

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)

Aceleración. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) Se necesita una magnitud que determine el ritmo al cual cambia la velocidad, es decir, la velocidad de cambio de la velocidad. Esa magnitud es la aceleración. La aceleración (a) mide el ritmo al cual varía la velocidad. Se calcula como la relación (cociente) entre la variación de velocidad (Av) y el tiempo em- pleado en hacerlo (At). a= Av At En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la aceleración se mide en metros por segundo al cuadrado (m/s2). El MRUA es aquel movimiento en el que su trayectoria es una recta y su aceleración permanece constante.

Representación gráfica del MRUA

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) Representación gráfica del MRUA Un móvil se desplaza en línea recta desde un punto situado a 2 metros del origen con una velocidad inicial de 3 m/s y una aceleración constante de 2 m/s2. Xf = X0 + Vo · t + 1/2 at2 t (s) x (m) 0 2 1 6 2 12 3 20 4 30 5 42 x (m) 40 30 20 10 2 0 0 1 2 3 4 5 t (s) v (m/s) Xf = 2 + 3 t + t2 16 14 12 10 8 6 4 2 V=3+2t 0 0 1 2 3 4 5 t (s) La gráfica v-t será: Vf= Vo + at t (s) v (m/s) 0 3 1 5 2 7 3 9 4 11 5 13

Introducción al estudio de las fuerzas

¿Qué es una fuerza?

¿Qué es una fuerza? Una fuerza es cualquier acción que, al aplicarla sobre un cuerpo, puede lograr dos tipos de efectos: · Estático: deforma el cuerpo. · Dinámico: cambia su estado de reposo o movimiento. Es decir, lo acelera, lo frena o lo cambia de dirección. La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el newton (N). 1 N es igual al peso de un cuerpo de 102 g. Un cuerpo de 1 kg de masa pesa 9,8 N. El efecto de una fuerza no solo depende de su valor, sino también de la dirección y el sentido en que actúa. Se dice que la fuerza es una magni- tud vectorial y se representa mediante un vector. Las fuerzas pueden ser: · Fuerzas de contacto: el objeto que ejerce la fuerza toca al objeto sobre el que actúa. Ejemplo: fuerzas que tiran, empujan o deforman. · Fuerzas a distancia: el objeto que realiza la fuerza no toca al objeto sobre el que actúa. Ejemplo: la fuerza peso, que hace que una bola caiga. Módulo (cantidad) Sentido Dirección La fuerza es una magnitud vectorial en la que hay que especificar: · Módulo: intensidad, valor de la fuerza, cantidad de newton. · Dirección: línea de actuación. · Sentido: punta de flecha. LA FUERZA ES UNA MAGNITUD VECTORIAL

Dibujando fuerzas

Dibujando fuerzas Dibuja el vector que representa cada una de las fuerzas de las ilustraciones. La mano ejerce una fuerza que tira de la goma del tirachinas. El dedo ejerce una fuerza que deforma la plastilina. Esta persona ejerce una fuerza de empuje que pone el carro en movimiento. Los frenos ejercen una fuerza que hace que el coche pare. La raqueta ejerce una fuerza que impulsa la bola hacia la red. La fuerza peso hace que al soltar la bola, esta caiga al suelo. La fuerza peso hace que la pelota se detenga a cierta altura y luego caiga. El imán ejerce una fuerza de atracción sobre los clips y el tornillo.

El dinamómetro

El dinamómetro El dinamómetro es el aparato que se utiliza para medir fuerzas. Tiene un muelle en su interior, al ejercer una fuerza el muelle se deforma y el indicador de su extremo indica el valor de la fuerza ejercida en newton (N)

Fuerzas y deformación

Fuerzas y deformación Las fuerzas pueden deformar los cuerpos. Dependiendo de su compor- tamiento, los cuerpos pueden clasificarse en: · Rígidos: no se deforman por acción de una fuerza, como la moneda. · Elásticos: se deforman por acción de una fuerza, pero recuperan su forma original cuando desaparece la fuerza, como la goma o el muelle. · Plásticos: se deforman por acción de una fuerza y no recuperan su forma original cuando desaparece la fuerza, sino que quedan deformados permanentemente, como el barro. SABER MÁS .. Elasticidad: es una propiedad de la materia que permite que los cuerpos deformados por una fuerza recuperen su forma original cuando cesa la fuerza. Ejemplo: una goma elástica. Plasticidad: es una propiedad de la materia que hace que los cuerpos que son deformados por una fuerza mantengan la nueva forma cuando cesa la fuerza. Ejemplo: la plastilina.

Clasificación de cuerpos por deformación

Fuerzas y deformación Haz el siguiente ejercicio: Clasifica los siguientes cuerpos como elásticos, rígidos o plásticos, para una fuerza que puedas hacer con tus manos. a) Plastilina. d) Jersey de lana. g) Lámina de plástico. b) Ladrillo. e) Taco de madera. h) Vela de parafina. c) Llave de acero. f) Taco de arcilla. i) Cable.

Solución de clasificación de cuerpos

Solución Elásticos Rígidos Plásticos d) Jersey de lana. g) Lámina de plástico. b) Ladrillo. c) Llave de acero. e) Taco de madera. a) Plastilina. f) Taco de arcilla. h) Vela de parafina. i) Cable.

Ley de Hooke

Descripción de la Ley de Hooke

Ley de Hooke Ley de Hooke. Al aplicar una fuerza a un muelle, se le produce una deformación que es directamente proporcional al valor de la fuerza: F = k · AL www k es la constante de elasticidad. En el Sistema Internacional k se mide en N/m y representa la fuerza, en newton, que hay que aplicar al resorte para que se estire 1 m. Su valor es una característica del muelle. F (N) AL (cm) 0 0 5 1 10 2 15 3 5 N 10 N F (N) 15 10 5 AL (cm) 0 0 123 15 N · ¿ Cómo varía el estiramiento del muelle al aumentar la fuerza aplicada? · ¿ Qué significa que la línea pasa por el punto (0, 0)? ......... mi Lo

Actividades de la Ley de Hooke

Actividades Haz los siguientes ejercicios: Un muelle de 25 cm de longitud tiene una constante de elasticidad de 150 N/m. Calcula con qué fuerza hay que tirar de él para que mida 28 cm. Completa en tu cuaderno esta frase con el resultado del ejemplo resuelto y de la actividad anterior. «Cuando mayor sea la constante de elasticidad de un muelle, es la fuerza que tenemos que aplicarle para que se estire una determinada longitud».

Soluciones de las actividades

Soluciones El muelle se debe estirar 3 cm (28 cm - 25 cm). La ley de Hooke relaciona el estiramiento con la fuerza aplicada: F = k . Ax Sustituimos valores en las unidades adecuadas y calculamos: N F = 150 -. 0,03 m = 4,5 N m Completa en tu cuaderno esta frase con el resultado del ejemplo resuelto y de la actividad anterior: «Cuanto mayor sea la constante de elasticidad de un muelle, mayor es la fuerza que tenemos que aplicarle para que se estire una determinada longitud».

Ejercicios sobre afirmaciones de fuerzas

Haz los siguientes ejercicios: Razona cual o cuales de las siguientes afirmaciones referidas a las fuerzas son incorrectas. a) Una fuerza puede romper un cuerpo. b) Una fuerza puede hacer que un cuerpo se mueva siempre igual c) Una fuerza puede hacer que un cuerpo se deforme. d) Una fuerza puede hacer que un cuerpo cambie el modo en que se mueve. e) Su unidad en el Sistema Internacional es el newton. Las fuerzas son magnitudes vectoriales. Teniendo esto en cuenta, indica en que se parecen y en qué se diferencian estas fuerzas. 20 N 20 N a) b) C) 20 N Milk Milk HELENY Milk