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CAPÍTULO 4 / EJERCICIOS

FUERZA Y MOVIMIENTO | EJERCICIOS

TIPOS DE FUERZA

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). Justifica tu respuesta en los casos falsos.

  • Las fuerzas son todas aquellas acciones capaces de modificar de alguna forma un cuerpo. (  )

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  • Las fuerzas pueden medirse con una balanza. (  )

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  • La unidad de fuerza según el Sistema Internacional de Unidades es el Newton que se representa con la letra N. (  )

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  • Las fuerzas impulsivas son aquellas que actúan por un tiempo prolongado. (    )

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2. Completa el siguiente cuadro con los ejemplos correspondientes para cada fuerza.

Tipos de fuerza Ejemplo
Fuerza de contacto
Fuerza a distancia
Fuerza impulsiva
Fuerza de larga duración
Fuerza colineal
Fuerza paralela

Fuerza de rozamiento

1. Completa las siguientes oraciones:

  • La fuerza de rozamiento es una fuerza producida por el _________________ entre los cuerpos.
  • Además de la trayectoria, los movimientos poseen ___________________ y _________________.
  • Se denomina aceleración a la capacidad de un cuerpo de aumentar su ____________________.
  • Los movimientos se clasifican según su trayectoria en movimientos __________________ y en movimientos ___________________.

2. Indica a qué categoría corresponde la trayectoria en cada imagen.

FUERZA Y PRESIÓN: EMPUJE Y FLOTACIÓN

1. Establece las diferencias entre los fluidos líquidos y los gaseosos.

Fluidos líquidos Fluidos gaseosos
 

 

 

 

 

 

 

 

2. Describe brevemente el proceso de la flotación.

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______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

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gravedad y peso

1. Define los siguientes los términos:

  • Peso:______________________________________________________________________________________________
  • Masa:______________________________________________________________________________________________
  • Gravedad:__________________________________________________________________________________________

2. Elabora un resumen sobre la ley de la gravitación universal.

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______________________________________________________________________________________________________

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3. Indica tres efectos adversos para el ser humano en un ambiente sin gravedad.

  • ____________________________________________________________________________________________
  • ____________________________________________________________________________________________
  • ____________________________________________________________________________________________

historia de la ciencia

1. Investiga y describe brevemente el aporte de los siguientes personajes de la ciencia.

Albert Einstein:

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Arquímedes:

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Aristóteles:

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______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Isaac Newton:

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______________________________________________________________________________________________________

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Alexander Fleming:

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2. Indica a qué etapa del método científico corresponden las siguientes características.

Etapa Características
Consiste en buscar elementos y pruebas que respondan a la hipótesis planteada en la segunda etapa. Para ello se realizan experimentos que permiten estudiar las variables de la investigación de forma controlada y acorde a los objetivos planteados.
Consiste en la interpretación de los datos obtenidos en la experimentación que permiten establecer si la hipótesis es correcta o no. En ocasiones, los datos experimentales obtenidos sobre un determinado fenómeno o problema conllevan a la formulación de una ley científica, así mismo, un conjunto de leyes científicas dan como resultado una teoría.
Consiste en observar con detenimiento una porción del universo, por ejemplo: un fenómeno natural o un problema. También se puede seleccionar una “muestra” de determinado elemento. Este proceso conlleva al planteamiento de interrogantes respecto a la situación observada.
A partir del razonamiento se proponen una o varias hipótesis, éstas son declaraciones que deben ser sometidas a una comprobación experimental para determinar su veracidad o su falsedad. Las hipótesis son los primeros planteos que nos llevan a abocarnos a lo que puntualmente deseamos investigar.

los sismos

1. A continuación se presentan algunas características relacionadas con los tipos de ondas sísmicas. Escribe el nombre que corresponde a cada una.

  • _____________________: son ondas lentas y se desplazan de forma transversal.
  • _____________________: son las que se desplazan de forma análoga a las olas oceánicas.
  • _____________________: son las más rápidas, cuando este tipo de onda se desplaza, las rocas se comprimen y estiran.
  • _____________________: son ondas que se mueven de lado a lado.

2. Realiza un listado con diez acciones que deben tomarse frente a un sismo.

1.________________________________________________________________________________________________

2.________________________________________________________________________________________________

3.________________________________________________________________________________________________

4.________________________________________________________________________________________________

5.________________________________________________________________________________________________

6.________________________________________________________________________________________________

7.________________________________________________________________________________________________

8.________________________________________________________________________________________________

9._________________________________________________________________________________________________

10.________________________________________________________________________________________________

Carácter vectorial de una fuerza

Las magnitudes pueden ser escalares o vectoriales, estas últimas, como su nombre lo indica, pueden ser representadas  por vectores. Estos están definidos de acuerdo a un sistema de referencia y cuentan con dirección, sentido y módulo.

La fuerza que ejerce una persona al empujar un vehículo se representa mediante un vector.

Una magnitud física es una propiedad de un sistema físico, la misma tiene la capacidad de ser medida. Para realizar la medición se utilizan patrones, como pueden ser los del Sistema Internacional de Unidades.

magnitudes escalares

Las magnitudes escalares se definen mediante un número, no tienen ni sentido, ni dirección, ni módulo, tampoco punto de aplicación. Ejemplos de ellas pueden ser la masa de un objeto, la temperatura, el volumen o la densidad de las sustancias.

magnitudes VECTORIALES

Se caracterizan porque están relacionadas con su orientación (dirección y sentido), poseen un punto de aplicación (lugar donde se ejercen) y se expresan mediante una cantidad (módulo o intensidad). Son representadas por un vector que es un segmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son la velocidad, la aceleración, las fuerzas y los campos eléctricos o magnéticos, entre otros.

  • Dirección: indica la recta de acción por la cual se mueve la fuerza.
  • Sentido: esta característica está indicada por la punta de la flecha.
  • Módulo: este elemento viene representado por la longitud de la flecha y su significado depende de la escala asociada.
    Un jugador de fútbol ejerce una fuerza sobre la pelota al patearla, dicha fuerza es un vector que está asociado a un ángulo de inclinación. El sitio en donde golpea a la pelota es el punto de aplicación.

¿QUÉ ES EL CARÁCTER VECTORIAL DE UNA FUERZA?

El carácter vectorial de una fuerza está dado por las características que componen a la misma y que pueden ser representadas mediante un vector. Dependiendo de dónde (lugar de aplicación), cómo y hacia dónde (dirección y sentido) se le aplique una fuerza a un objeto, este se moverá. Es decir que el elemento matemático que mejor se asemeja a una fuerza es un vector. Por lo tanto, cualquier concepto o fórmula que sea aplicable a un vector, es también aplicable automáticamente a una fuerza. En lenguaje matemático, los vectores se representan con una flecha arriba ().

suma de fuerzas

Existen dos formas de hacerlo, gráfica y analíticamente. Gráficamente puede realizarse de varias formas, siendo el método de la poligonal y el del paralelogramo los más utilizados.

Cuando la suma corresponde a dos vectores, el método de la poligonal toma el nombre particular de “método del triángulo” (conocido comúnmente como método “cola a punta de flecha”).

Método del triángulo (gráfico)

Este método requiere el uso de regla y transportador. Para el caso de la suma de dos fuerzas () los pasos son los siguientes:

  1. Trazar uno de los vectores, cualquiera de ellos.

2. Dibujar el segundo vector a continuación del primero, es decir, haciendo coincidir la punta de la flecha del primero con el origen del segundo, cuidando de mantener la longitud e inclinación exacta al extrapolarlo (mover su ubicación).

3. Unir el origen del primer vector (fuerza en este caso) con la flecha del último. El vector que queda determinado es el vector resultante .

De esta forma, se obtiene el vector resultante que representa la suma de ambas fuerzas y tiene su propio módulo, dirección y sentido (ver flecha de color verde).

Método del paralelogramo (gráfico)

En este caso, para poder hacer la suma vectorial se tienen que trazar ambos vectores con un origen en común. Ambos se deben trasladar con su misma dirección, sentido y módulo. Luego se dibuja una línea paralela a cada uno de ellos y se forma así un paralelogramo como se ve en la figura.

Para finalizar se traza la diagonal que nace en el origen en común de los vectores y se obtiene el vector resultante.

MÉTODO ANALÍTICO

Para realizar la suma de dos fuerzas en forma analítica se realiza la descomposición de sus componentes en un eje cartesiano. Cualquier fuerza puede ser calculada mediante sus componentes si se sabe el ángulo que forma con el eje horizontal y su módulo. Con estos datos se pueden aplicar fórmulas trigonométricas para hallar los resultados.

Siendo F el módulo del vector y α el ángulo de inclinación con respecto a la horizontal. Es importante tener en cuenta que en las fórmulas la letra F no lleva una flecha en la parte superior, dado que representa al módulo del vector. que es una magnitud escalar (una cantidad). Siempre que se observe una flecha en la parte superior de una letra lo que se indica es que es una magnitud vectorial. Por ejemplo, las fuerzas se descomponen de la siguiente forma:

VERSORES

Un versor es un vector unitario, es decir cuyo módulo es igual a 1. Se utilizan en física y en álgebra lineal y se denomina también versor normalizado. En un eje cartesiano se hallan dos versores: “i” y “j”.

i: versor del eje x

j: versor del eje y

Por lo tanto el vector o fuerza resultante sería:

Por último, el módulo de cualquier fuerza vectorial se puede calcular como:

 Fx y Fy en este caso corresponden a las componentes del vector resultante.

Siendo Fx y Fy las componentes de la fuerza resultante con respecto a un eje cartesiano.

A PRACTICAR LO APRENDIDO

  1. Realizar la suma gráfica de las siguientes fuerzas mediante el método del triángulo:

2. Sumar las fuerzas del ejercicio anterior mediante el método del paralelogramo.

3. Dadas las siguientes  fuerzas expresadas en la unidad [N], newton, hallar el módulo de la fuerza resultante.

respuestas

¿Sabías qué...?
Para que exista una fuerza deben interactuar dos cuerpos, uno que ejerza la fuerza y otro que la reciba.

Si deseas conocer más sobre cálculo vectorial ingresa a la Enciclopedia de Física ,en la página 160 encontrarás el capítulo de álgebra vectorial.