La fuerza
Los animales como la hormiga ejercen determinada fuerza
para cargar su alimento
Indicador de logro: Reconoce e interpreta el concepto de fuerza y su relación con la masa y aceleración.
Competencia: Reconozco e interpreto el concepto de fuerza y su relación con la masa y aceleración.
Palabras claves: fuerza, inercia, masa, aceleración, equilibrio, rozamiento, vector, newton, dinamometro, deformación, detención, desviación.
Pregunta generadora:
¿Por qué es importante reconocer e interpretar el concepto de fuerza y su relación con la masa y aceleración?
Fig 1. Las fuerzas se representan por medio de flechas o segmentos dirigidos
que se llaman vectores. El cuerpo de la persona ejerce fuerzas hacia la derecha sobre el objeto.
Situación de aprendizaje:
Es todo agente capaz de cambiar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo o de modificar la forma de un cuerpo.
La idea de fuerza se asocia con cualquier tipo de acción que ejerce un cuerpo sobre otro.
Por ejemplo, cuando realizamos un esfuerzo muscular para empujar o halar un objeto, ejercemos una fuerza sobre él o un chorro de agua ejerce fuerza sobre una turbina para hacerla girar.
Los objetos en movimiento tienen la capacidad de ejercer fuerza sobre otros objetos cuando interactúan con ellos; sin embargo, cuando un objeto se mueve, no es correcto afirmar que lleva fuerza.
Al igual que la masa, la longitud y el tiempo, la fuerza es una cantidad física que se puede medir. Por ejemplo; cuando sostiene con su mano un kilo de azúcar, decimos que ejercemos una fuerza de 1 kilogramo-fuerza, lo cual afirmamos que la fuerza que se ejerce con su mano es 1.000 gramos-fuerza: 1kg-f= 1.000 g-f
A nivel internacional se estableció como unidad de fuerza el newton, se representa con la letra N. Un kg-f= 9,8 N
Por ejemplo, cuando nos paramos sobre una balanza o báscula, esta nos indica la masa en kg, si pesamos 50 kg, la báscula indica 50kg, lo cual equivale a 50 kg x 9,8 = 490 N.
Representación de las fuerzas
Fig 2. En un plano cartesiano la fuerza puede representarse
por medio de un vector respetando su origen.
Las fuerzas se representan por medio de vectores, así para describir la dirección de la fuerza empleamos vectores, como lo indica la gráfica de la figura 1 o 2, para poner en movimiento el cajón de madera que se encuentra en reposo es necesario aplicar una fuerza hacia la derecha o para impulsar la pelota de golf debemos aplicar una fuerza con un palo hacia adelante.
Material de apoyo:
http://www.physicsclassroom.com/Physics-Interactives/Vectors-and-Projectiles/Vector-Addition/Vector-Addition-Interactive
Material de apoyo:
http://www.physicsclassroom.com/Physics-Interactives/Vectors-and-Projectiles/Vector-Addition/Vector-Addition-Interactive
Fig 3. Dinamómetro, el valor de la fuerza se registra en newtons.
Las fuerzas se miden con el dinamómetro, aparato que registra una medida proporcional al estiramiento de un resorte.
Efecto de las fuerzas
El carrito se mueve gracias a la fuerza que aplica el niño
La aplicación de una fuerza sobre un cuerpo puede presentar los siguientes efectos: deformación, detención, desviación o aceleración.
La deformación es cuando el cuerpo u objeto cambian su forma. Se puede romper.
La detención es cuando el cuerpo u objeto deja de moverse.
La desviación es cuando el cuerpo u objeto cambian de dirección cuando se mueve.
La aceleración se presenta cuando el cuerpo u objeto esta en movimiento y este es rápido o lento.
El principio de inercia
Un ejemplo de inercia es cuando el conductor al frenar y detenerse
bruscamente, su cuerpo se desplaza hacia adelante.
Con seguridad le ha sucedido que cuando viaja en automóvil y éste, de repente se detiene. Es probable que sienta que el cuerpo tiende a irse hacia adelante o a irse hacia atrás cuando el vehículo se pone en movimiento. Esto se debe a que los cuerpos tienen la tendencia a permanecer en estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta. Situación descrita por Galileo Galilei y ratificada por Newton en su primera ley: Todo objeto que se encuentra en reposo o que describe un movimiento uniforme rectilíneo permanece en dicho estado a menos que la fuerza neta actúa sobre él sea diferente de cero.
Acción y reacción, corresponde a la tercera ley de Newton, que dice: que a cada acción le corresponde una reacción igual y contraria, es decir, si un cuerpo u objeto A ejerce una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B reacciona y ejerce una fuerza igual y contraria sobre el cuerpo A.
Por ejemplo, los cohetes funcionan al mismo principio, debido a que la aceleración de los gases de combustión que despide de su motor le sirven de impulso contra la tierra para poder ser elevado; estos gases ejercen una fuerza igual y opuesta sobre el cohete, lo que finalmente lo hace avanzar.
Es importante saber que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes cuerpos: Un cuerpo acciona a otro y éste reacciona ejerciendo la misma fuerza pero en dirección contraria sobre el primer cuerpo.
Relación entre la fuerza y la aceleración. Se presenta cuando la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es diferente de cero, puede haber cambio en la rapidez e incluso también podría haber cambio en la dirección de movimiento. Por ejemplo, cuando una bola se encuentra quieta y se le aplica una fuerza neta; esta inicia el movimiento. Si la bola ya se encontraba en movimiento, al aplicar la fuerza neta, esta varía su movimiento o dirección.
Cuando un cuerpo experimenta fuerza neta
puede cambiar su rapidez y su dirección.
Cuanto mayor es la intensidad de la fuerza que actúa sobre el objeto o cuerpo, mayor es el cambio de rapidez que experimenta en determinado tiempo, es decir, mayor es la aceleración.
Relación entre la fuerza y la masa de los cuerpos. Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo u objeto, mayor será la fuerza necesaria para producir determinado cambio de rapidez en cierto tiempo. Por ejemplo: Cuando empujamos un carro vacío en el supermercado experimentamos que el carro adquiere mayor aceleración que sí empujamos el carro lleno lleno con la misma intensidad de la fuerza aplicada. La diferencia entre las dos situaciones se debe a que en el primer momento la masa del carro es menor que en el segundo momento.
La dificultad para poner en movimiento o detener el carro lleno,
en comparación con el carro vacío, se explica por la diferencia de masas.
La aceleración que adquiere un objeto o cuerpo no sólo depende de las fuerzas que actúan sobre él, sino también de la masa. Por ejemplo: si dos cajas con masa de 10 kg y 20 kg, inicialmente en reposo, adquieren una rapidez de 20 m/s en el mismo tiempo, se debe a que se aplicó una fuerza con intensidad el doble con respecto a la primera sobre la caja de 20 kg de masa.
La masa de los cuerpos es una medida de la dificultad que estos presentan a que se les cambie su estado de reposo o de movimiento. La masa se puede medir en kilogramos o en gramos. Por ejemplo: La masa de un automóvil es aproximadamente 1.000 kg; mientras que la masa de un camión puede ser 10.000 kg. Esto quiere decir que, para producir un cambio igual en la rapidez de los dos vehículos y en el mismo tiempo, se necesita aplicar una fuerza de mayor intensidad al camión.
El valor de la aceleración que experimentan los vehículos depende únicamente de la masa y de la fuerza neta que actúa sobre ellos.
El sentido de la fuerza de rozamiento es siempre contraria al sentido del movimiento,
y es la responsable de que un cuerpo, que ha iniciado un movimiento al aplicársele
una fuerza instantánea, se pare después de un rato.
La fuerza de rozamiento depende de dos factores: el tipo de superficie en contacto y la fuerza que ejerce una superficie sobre otra.
1. El tipo de superficie en contacto. Por ejemplo, cuando deslizamos una caja sobre el pavimento, la fuerza de rozamiento es mayor que si la deslizamos sobre un piso liso; en este caso la diferencia radica en la superficie sobre la cual se produce el deslizamiento.
2. La fuerza que ejerce una superficie sobre otra. Por ejemplo, si desplazamos una caja sobre el piso del salón de clase que contiene algunos objetos, la fuerza de rozamiento es de mayor intensidad que si lo hacemos con la caja vacía, ya que la fuerza que la caja ejerce sobre el piso es de mayor intensidad cuando está llena que cuando está vacía.
Al empujar, las personas intentan contrarrestar o superar la fuerza de
rozamiento existente entre las llantas del triciclo y el piso.
Bibliografía
* Santillana ISBn958-24-1084-1. CarrilloEsteban
*www.profesorenlinea.cl - Registro N° 188.540
* yuotube: https://www.youtube.com/watch?v=gmavzYRd4lc
