Introducción al blog
El
presente programa corresponde a la asignatura fundamentos de física, de la
mención educación básica de 9no año, a los estudiantes que se encuentran en la
etapa lógica - formal del desarrollo del pensamiento y por eso son capaces de
percibir el universo físico que los rodea, desarrollando estructuras
cognoscitivas que lo capacitaran para desarrollar estrategias de enseñanza para
su aplicación como futuros profesionales.
La
física es una ciencia de la naturaleza que trata de describir, interpretar y
comprender los fenómenos naturales. Siendo la física una ciencia natural,
experiencia y teoría deben coincidir una con la otra para que haya progreso en
la misma. Por tal motivo es necesario que el estudiante se acerque con
naturalidad al fenómeno físico, preferentemente a través de una experimentación
dirigida al descubrimiento y no a la simple comprobación del fenómeno, cuando
esto sea posible. Esto le permitirá diseñar creativamente situaciones
experimentales de acuerdo con los recursos disponibles.
La
ciencia y la tecnología tienen un lugar justificado en el conocimiento del ser
humano. La ciencia trata del conocimiento, el método, la duda, los paradigmas y
las teorías. El docente puede realizar su práctica pedagógica propiciando
experimentos sencillos, con los cuales los alumnos pueden internalizar los
procesos de la ciencia y construir el conocimiento científico acorde con su
nivel, transfiriendo los aprendizajes adquiridos en la escuela a situaciones de
la vida cotidiana.
Teoría
¿Qué es la dinámica?
En los objetivos anteriores se ha hecho un estudio de
la cinemática, donde estudiamos el
movimiento sin interesarnos las causas que lo originaban, ni las masas de los
cuerpos en movimiento.
Se dice que hacemos un estudio cinemático cuando
dejamos caer una esfera por un plano inclinado (figura 1) y medimos los valores
de las distancias recorridas y los tiempos empleados, encontrándose que las
distancias son proporcionales a los cuadrados de los tiempos empleados. Como
vimos, se trata de un movimiento uniformemente acelerado.
Figura 1
Este estudio no es suficiente, porque nos haría las
preguntas siguientes:
- ¿Por qué cae con esta clase de movimiento?
- ¿Qué es lo que produce dicho movimiento?
- ¿Por qué no cae con movimiento uniforme?
Todas estas preguntas
pueden ser respondidas si se hace un estudio dinámico del movimiento, es decir detenerse a analizar sobre las
causas de dicho movimiento, qué es lo que hace que él se produzca y qué
principios y leyes rigen esas causas.
De esta manera se puede definir:
La dinámica es la parte de la mecánica encargada de estudiar el
movimiento y sus causas.
¿Qué
es la fuerza?
La fuerza es toda causa capaz de originar dos clases
de efectos:
*Efecto
dinámico: Produciendo o modificando el movimiento de un cuerpo.
*Efecto
deformador: Cambiando la forma de los cuerpos.
Equilibrio
de las Fuerzas
Observamos la figura 2, donde se muestra un cuerpo
que cuelga de una cuerda que está fija en su parte superior.
Sobre dicho cuerpo actúa su propio peso (P), que lo
trae hacia la tierra. Sin embargo, el cuerpo no cae, sino que permanece en reposo,
porque la cuerda tensa lo hala con la misma fuerza (T) hacia arriba. A esta
fuerza se le llama tensión
El resultado de la acción de dos fuerzas del mismo
valor, una hacia arriba y otra hacia abajo, hace que el cuerpo permanezca en
reposo, es decir, su aceleración es igual a cero. a este par de fuerzas se les
llama Fuerzas equilibradas pudiéndose
definir:
Figura 2
Se llama fuerzas equilibradas, a las fuerzas que actuando
simultáneamente sobre un cuerpo no le causan aceleración.
En general se dice que:
Un cuerpo está de equilibrio cuando no se modifica su estado de reposo
o de movimiento.
Masa e Inercia
La Inercia, es una propiedad que poseen todos los
cuerpos, y consiste en que para que un cuerpo varíe su estado de reposo o de
movimiento, es necesario, que otro actué sobre él durante un intervalo de
tiempo determinado.
la propiedad de los cuerpos denominada inercia es
expresada también mediante una magnitud llamada masa del cuerpo, pudiéndola definir:
La masa de un cuerpo
es la magnitud que expresa la medida de su inercia.
Primera
Ley de Newton o Ley de Inercia
Todo cuerpo en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme,
tiende a mantener su estado, siempre y cuando sobre él no actué una fuera
externa.
Otro enunciado equivalente es el siguiente:
Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o actúan
varias que se anulan entre sí, entonces
el cuerpo está en reposo o tiene movimiento rectilíneo y uniforme.
Glosario
Aceleración: Variación
de la magnitud, dirección y/o sentido del vector velocidad de
un móvil en una unidad de tiempo.
Dina: es la fuerza capaz de comunicarle a la masa de un gramo la aceleración de 1 cm/s2.
Dinámica: Corresponde
a aquella parte de la física que se encarga de analizar la causa de
los movimientos. A través de la Dinámica, puede determinar cómo será éste
y describirlo totalmente por medio de la Cinemática.
Física: Ciencia que estudia las propiedades de la materia en relación a la energía, y las leyes que tienden a modificar su estado sin alterar su naturaleza.
Fuerza - Cualquier
acción que altera el estado de reposo de un cuerpo, o el estado de movimiento
uniforme de un cuerpo. Se mide en Newton (N).
Gravedad: Fuerza con que la Tierra o cualquier otro astro atrae a los cuerpos situados sobre su superficie o cerca de ella. Aceleración que adquiere un cuerpo debida a la gravedad.
Inercia - Tendencia de
un cuerpo a permanecer en su mismo estado de movimiento ya sea de reposo o
movimiento uniforme.
Kilopondio: es la
fuerza con que la tierra es capaz de atraer a un kilogramo masa ubicado al
nivel del mar y a 45º de latitud.
Masa en reposo: La
masa en reposo (m) de una partícula es la masa dada por la energía de la
partícula aislada (libre), en reposo, dividida por el cuadrado de la velocidad
de la luz. Cuando los físicos de partículas usan la palabra "masa,"
siempre se refieren a la "masa en reposo" (m) del objeto en cuestión.
Masa: Magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg).
Newton: es la fuerza
capaz de comunicarle a la masa de un kilogramo la aceleración de 1 m/s2.
Peso - Fuerza de
atracción entre un objeto y otro bien masivo, como la Tierra. Se mide en newton.
Unidad de Masa: El
kilogramo (kg) es la masa del prototipo internacional de platino iridiado que
se conserva en la Oficina de Pesas y Medidas de París.
Unidad de Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles fundamentales del átomo Cesio 133.
Velocidad - Razón de
cambio en la posición de un objeto. Se mide en metros/segundo.
Formulas
- Equivalencias entre Newton, Dinas, Kilopondio y Pondio
- F = m . a
F= Fuerza (N)
m= Masa (kg)
a= Aceleración (m/s2)
- P = m.g
P= Peso (N)
m= Masa (kg)
g = gravedad (9.8 m/s2)
- F - Fr = m. a
F= Fuerza (N)
Fr= Fuerza de roce (N)
m= Masa (kg)
a = Aceleración (m/s2)
- a = _Vf_
- T
Vf = Velocidad Final (m/s)
a = Aceleración (m/s2)
T= Tiempo (s)
- X = a. t 2
- 2
a = Aceleración (m/s2)
T= Tiempo (s)X: Distancia (m)
Ejercicios
- Una fuerza le proporciona a la masa de 2.5kg una aceleración de 1.2m/s2. Calcular la magnitud de dicha fuerza en Newton y dinas.
m: 2.5 kg
a: 1.2 m/s2
F: ? (N y dyn)
solución
Nótese que los datos aparecen en un mismo sistema de unidades (M.K.S). Para calcular la fuerza usamos la ecuación de la segunda ley de Newton
F= m.a
sustituyendo valores tenemos:
F = 2.5kg x 1.2 m/s2 = 3 kg.m/s2 = 3 N
Como nos piden que lo expresemos en dinas, bastará con multiplicarlo por 105
3N= 3.105 Dyn
2. Qué aceleracién adquirirá un cuerpo de 0.5 Kg cuando sobre él actúa una fuerza de 2N?
Datos:
a=?
m= 0.5 Kg
F= 2 N
Solución
La ecuaciòn de la segunda ley de Newtom viene dads por:
F=m.a
Despejando "a" tenemos:
a= _F_
m
Sustituyendo por sus valores se tiene:
a= __2N__
0.5 Kg
a= 4 Kg . m /s2
Kg
a= 4 m/s2
Problemas Propuestos
1. Calcular la masa de cuerpo que adquiere la aceleración de 15 m/s2 cuando sobre él actúa una fuerza de 3x107dinas.
R: 20Kg
2. ¿Qué fuerza actúa sobre un cuerpo cuya masa es de 20kg, si la rapidez del cuerpo varía de 45 m/s a 95 m/s en 10s?
R: 100 N
3. Un móvil de 200kg parte del reposo accionado por una fuerza constante de 20kp. Calcular la distancia recorrida en 10s.
R: 49m
4. Un cuerpo de masa 120kg parte del reposo accionado por una fuerza constante 1.6x103 , la cual actúa durante 2 minutos. Calcular: a) La rapidez que lleva al cabo de ese tiempo b) La distancia que recorre
R: a) 1596 m/s b)95760m
5. Cuando un móvil se desplaza a 20 m/s, actúa sobre él una fuerza de 6.106 dinas durante 10s, para llevar su rapidez hasta 50m/s. Calcular la masa que tiene el móvil.
R: 20kg
6. Un cuerpo de 20kg se desplaza a 12m/s en el momento en que actúa sobre él una fuerza, para detenerlo recorrido 50m. calcular el valor de la fuerza aplicada.
R: 28.8 N
7. Sobre un cuerpo de masa 1200kg que se desplazar a 18m/s actuó una fuerza de 120000 N para deternerlo. ¿Qué distancia recorrió hasta deternerse?
R: 1.62 m
8. Un móvil de 600kg viaja a 10 m/s.¿Qué fuerza deben aplicar los frenos para detenerlo a los 15m?
R: 1980 N
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