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FÍSICA Y QUÍMICA - 4º ESO LAS FUERZAS PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA (LEYES DE NEWTON) INERCIA


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1 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA (LEYES DE NEWTON) INERCIA 1. Todo cuerpo tiene tendencia a permanecer en su estado de movimiento. Esta tendencia recibe el nombre de inercia. 2. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo. 3. Para vencer la inercia de un cuerpo es necesario actuar sobre él mediante una fuerza. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA (LEYES DE NEWTON) 1. Primer Principio (Ley de la Inercia): Un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta permanecerá en reposo o moviéndose con velocidad constante (MRU). Es decir, si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o todas las fuerzas que actúan sobre él se cancelan mutuamente, su inercia hace que se mantenga en reposo o que se mueva con MRU. 2. Segundo Principio (Principio Fundamental de la Dinámica): Un cuerpo sobre el que actúa una fuerza neta distinta de cero experimenta una aceleración que es proporcional a la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él. La expresión matemática del Segundo Principio es: F = m a (Ecuación Fundamental de la Dinámica) donde F es la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, m es su masa y a es la aceleración que experimenta dicho cuerpo. Es decir, una fuerza provoca un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo, modificando su velocidad. Por tanto, las fuerzas hacen que el cuerpo se acelere, siendo dicha aceleración proporcional a la fuerza resultante que actúa sobre él. 3. Tercer Principio (Ley de Acción y Reacción): La interacción entre dos cuerpos da lugar a que sobre cada uno de ellos aparezca de forma simultánea una fuerza. Ambas fuerzas son iguales en módulo y dirección pero de sentidos opuestos. Cuando un cuerpo interactúa con otro, el primero ejerce sobre el segundo una fuerza. A la vez, el segundo ejerce sobre el primero otra fuerza, de manera que las dos fuerzas tienen el mismo módulo y la misma dirección, pero sentidos opuestos. Ambas fuerzas reciben el nombre de acción y reacción.

2 ACTIVIDADES - HOJA 1 CONCEPTO DE FUERZA - LEY DE HOOKE 1. Cuál es la condición indispensable para que se manifieste una fuerza? 2. Qué efectos puede producir una fuerza sobre un cuerpo? 3. La fuerza es una magnitud vectorial. Explica qué significa esto. 4. Frente a las deformaciones, los cuerpos pueden comportarse de distinta manera y por eso los podemos clasificar en tres tipos. Cuáles son? 5. De qué depende que un cuerpo sea rígido, plástico o elástico? 6. Indica de forma justificada si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: Un cuerpo elástico puede comportarse como un cuerpo plástico en determinadas condiciones. 7. Clasifica los siguientes cuerpos en rígidos, elásticos o plásticos en relación con la fuerza que eres capaz de ejercer con tus propias manos: a) llave b) muelle c) azulejo d) jersey de lana e) plastilina 8. Enuncia la Ley de Hooke. 9. Qué es la constante de elasticidad de un muelle? En qué unidad se mide en el SI? 10. Un muelle tiene una constante de elasticidad de 1750 N/m. Al aplicar una fuerza en su extremo libre observamos que se estira 20 cm. Qué fuerza hemos aplicado? 350 N 11. Si se aplica una fuerza de 520 N en el extremo de un muelle, se observa que se alarga 12 cm. Calcula la constante de elasticidad del muelle N/m 12. Un muelle tiene 25 cm de longitud. Aplicamos sobre su extremo libre una fuerza de 90 N y medimos su longitud, observando que ahora vale 32 cm. Calcula su constante elástica N/m 13. Un muelle de 30 cm de longitud, que tiene una constante elástica de 2500 N/m, se cuelga de un soporte. Enganchamos en su extremo inferior una esfera de plomo que tiene un peso de 60 N. a) Cuánto se estira el muelle? b) Cuál es su longitud final? a) 2,4 cm b) 32,4 cm 14. Aplicamos una fuerza de 118 N en el extremos libre de un muelle de 25 cm de longitud que tiene una constante elástica de 2450 N/m. Calcula la longitud final del muelle. 29,8 cm

3 ACTIVIDADES - HOJA 3 RESULTANTE DE DOS FUERZAS NO CONCURRENTES 1. Qué son fuerzas concurrentes? 2. Qué queremos decir cuando afirmamos que dos fuerzas son no concurrentes? 3. Sobre los extremos de una barra rígida de 28 cm de longitud se aplican dos fuerzas de 30 N y 40 N respectivamente. Ambas fuerzas tienen el mismo sentido. b) Calcula el módulo, dirección y sentido de la fuerza resultante. c) Halla el punto de aplicación de la resultante y represéntala en el diagrama de fuerzas. b) 70 N c) A 16 cm de la fuerza de menor intensidad 4. Se aplican dos fuerzas de 60 N y 20 N sobre los extremos de una barra rígida de 140 cm de longitud. Si ambas fuerzas tienen sentidos opuestos, b) Calcula el módulo, dirección y sentido de la fuerza resultante. c) Halla el punto de aplicación de la resultante y represéntala en el diagrama de fuerzas. b) 40 N c) A 105 cm de la fuerza de menor intensidad 5. Sobre uno de los extremos de una barra rígida de 80 cm de longitud se aplica una fuerza de 15 N, y sobre el otro extremo una fuerza desconocida con la misma dirección y sentido que la anterior. Sabiendo que la resultante del sistema se aplica a 30 cm del extremo donde actúa la fuerza desconocida, b) Halla el módulo de la segunda fuerza. c) Calcula el módulo de la resultante y represéntala en el diagrama de fuerzas. b) 25 N c) 40 N 6. Aplicamos una fuerza de 24 N sobre uno de los extremos de una barra rígida de 70 cm de longitud, y sobre el otro extremo una fuerza desconocida con la misma dirección y sentido opuesto al de la primera fuerza. Sabiendo que la resultante del sistema se aplica a 36 cm del extremo donde actúa la fuerza desconocida, b) Halla el módulo de la segunda fuerza. c) Calcula el módulo de la resultante y represéntala en el diagrama de fuerzas. b) 22,7 N c) 1,3 N

4 ACTIVIDADES - HOJA 4 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA (LEYES DE NEWTON) 1. Qué es la inercia? Qué magnitud física nos proporciona una medida de la inercia de un cuerpo? 2. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo puede producir dos efectos. Cuáles son? 3. Puede experimentar aceleración un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza? Por qué? 4. Un camión de 4000 kg de masa arranca. Sabiendo que el motor ejerce sobre el camión una fuerza de N, calcula: a) la aceleración b) el tiempo que tarda en alcanzar una velocidad de 15 m/s. a) 2,5 m/s 2 b) 6 s 5. Un coche de 1200 kg de masa se mueve con una velocidad de 20 m/s. En cierto instante, el conductor frena, aplicando al vehículo una fuerza de 2400 N hasta que éste se detiene. Calcula: a) la aceleración que experimenta el coche b) el tiempo que tarda en detenerse a) -2 m/s 2 b) 10 s 6. Un vehículo de kg de masa arranca y alcanza una velocidad de 18 m/s al cabo de 9 s. Calcula: a) la aceleración b) la fuerza ejercida por el motor sobre el vehículo. a) 2 m/s 2 b) N 7. Un coche de 1500 kg de masa que circula con una velocidad de 24 m/s frena, invirtiendo 8 s en detenerse. Calcula: a) la aceleración b) la fuerza ejercida por los frenos sobre el coche. a) -3 m/s 2 b) N 8. Explica el significado físico de los Principios Fundamentales de la Dinámica (Leyes de Newton).

5 ACTIVIDADES - HOJA 5 FUERZAS DE INTERÉS: PESO Y NORMAL 1. Es lo mismo masa que peso? Define cada uno de los dos conceptos. 2. Calcula el peso de un cuerpo que tiene 10 kg de masa. 98 N 3. Un cuerpo tiene una masa de 6500 g. cuánto pesa? 63,7 N 4. Halla la masa de un cuerpo que tiene un peso de 343 N. Expresa el resultado en gramos g 5. La aceleración de la gravedad en la Luna es de 1,6 m/s 2. Pesará lo mismo un cuerpo de 40 kg en la Tierra que en la Luna? Demuéstralo calculando ambos pesos. Dónde pesa menos? A qué se debe esto? P T = 392 N P L = 64 N 6. Un cuerpo que en la Tierra pesa 245 N tiene un peso de 92 N en Marte. Halla el valor de la aceleración de la gravedad en Marte. 3,68 m/s 2 7. Un cuerpo de 600 g se encuentra en reposo sobre una mesa. Calcula la fuerza normal que la mesa ejerce sobre el libro. 5,88 N 8. Halla la fuerza normal que ejerce el suelo sobre una persona de 65 kg de masa. 637 N 9. Un libro de 400 g de masa está apoyado sobre una mesa. a) Calcula la fuerza normal que actúa sobre el libro. b) Si empujamos el libro hacia abajo con un fuerza de 5 N, cuál es ahora el valor de la fuerza normal? a) 3,92 N b) 8,92 N 10. Un cohete de 2000 kg asciende verticalmente impulsado por una fuerza de N. a) Calcula la fuerza resultante que actúa sobre el cohete, indicando módulo, dirección y sentido. b) Cuál es el valor de su aceleración? a) 5400 N b) 2,7 m/s Un cohete de 3000 kg asciende verticalmente con velocidad constante. Cuánto vale la fuerza que impulsa al cohete? N

6 ACTIVIDADES - HOJA 6 FUERZAS DE INTERÉS: TENSIÓN Y ROZAMIENTO 1. Un libro de 450 g está apoyado sobre una mesa. Calcula la fuerza normal en los siguientes casos: a) el libro está sobre la mesa b) colocamos una calculadora de 150 g sobre el libro a) 4,41 N b) 5,88 N 2. Una grúa sostiene en equilibrio una viga de 2000 kg de masa a cierta altura sobre el suelo. Calcula la tensión del cable de la grúa N 3. Una grúa eleva un contenedor de 3500 kg con una aceleración de 2 m/s 2. Calcula la tensión del cable N 4. Un operario eleva una caja de 25 kg utilizando una polea. Halla fuerza que debe aplicar al extremo de la cuerda en las tres situaciones siguientes: a) la caja asciende con velocidad constante b) la caja está detenida a cierta altura del suelo c) la caja asciende con una aceleración de 1,2 m/s 2. a) 245 N b) 245 N c) 275 N 5. La masa de un ascensor, incluidos sus ocupantes, es de 450 kg. Calcula la tensión del cable del ascensor en las cuatro situaciones siguientes: a) el ascensor sube con velocidad constante b) el ascensor está detenido en el tercer piso c) el ascensor baja con velocidad constante d) el ascensor arranca hacia arriba con una aceleración de 1,5 m/s 2. e) el ascensor arranca hacia abajo con una aceleración de 1,5 m/s 2. a, b, c) 4410 N d) 5085 N e) 3735 N 6. Un cajón de 15 kg es arrastrado aplicando sobre él una fuerza de 90 N. Si la fuerza de rozamiento es de 70 N, calcula: a) la fuerza resultante b) la aceleración a) 20 N b) 1,3 m/s 2 7. Un chico arrastra un trineo con velocidad constante. Si tira del trineo con una fuerza de 60 N, cuánto vale la fuerza de rozamiento? 8. Al mover una caja deslizándola sobre el suelo, sabemos que la fuerza de rozamiento que actúa sobre ella es de 75 N. Con qué fuerza debemos empujar para que la caja se mueva con velocidad constante? 9. Un coche de 1000 kg se mueve sometido a la acción de una fuerza de rozamiento de 800 N. Calcula la fuerza del motor en los siguientes casos: a) el coche arranca con una aceleración de 2,5 m/s 2 b) el coche se mueve con velocidad constante c) el coche aumenta su velocidad con una aceleración de 3 m/s 2. a) 3300 N b) 800 N c) 3800 N 10. Una persona empuja un cajón de 5 kg deslizándolo sobre una superficie horizontal. En el momento en que el cajón alcanza una velocidad de 3 m/s, deja de empujarlo, observando que tarda 1,5 s en detenerse. Calcula la aceleración que experimenta el cajón y halla el valor de la fuerza de rozamiento. a) -2 m/s 2 b) -10 N

7 ACTIVIDADES - HOJA 7 FUERZAS DE INTERÉS: PESO, NORMAL, TENSIÓN Y ROZAMIENTO 1. Un objeto de 350 g de masa está apoyado sobre una mesa. Calcula la fuerza normal. 3,43 N 2. Una grúa eleva un contenedor de 5000 kg con una aceleración de 1,8 m/s 2. Calcula la tensión del cable N 3. Un cohete de kg asciende con velocidad constante. Calcula la fuerza impulsora de sus motores N 4. El cable de una grúa puede soportar una tensión máxima de N. Calcula la masa máxima que podemos colgar del cable de dicha grúa kg 5. Un ascensor de 500 kg de masa situado en el tercer piso arranca para ir a la planta baja con una aceleración de 1,2 m/s 2. Qué tensión soporta el cable del ascensor? 4300 N 6. Una persona arrastra una caja de 12 kg con una aceleración de 0,5 m/s 2. Si la fuerza de rozamiento es de 85 N, cuál es el valor de la fuerza que dicha persona aplica sobre la caja? 91 N 7. Un vehículo se mueve con velocidad constante. Si el motor aplica sobre él una fuerza de 950 N, cuánto vale la fuerza de rozamiento? 950 N 8. Un coche de 1500 kg se mueve con velocidad constante. El motor aplica una fuerza de 2550 N. Si paramos de repente el motor del coche, a) qué sucederá? b) cuánto vale la aceleración con la que el coche disminuye su velocidad? b) -1,7 m/s 2

8 ACTIVIDADES - HOJA 8 FUERZA DE ROZAMIENTO 1. Un objeto de 2 kg de masa se desliza por una mesa de madera. El coeficiente de rozamiento entre el objeto y la madera es 0,4. Calcula: a) la fuerza normal. b) el módulo de la fuerza de rozamiento. a) 19,6 N b) 7,84 N 2. Empujamos una caja de cartón con una masa de 6,5 kg arrastrándola por el suelo. Sabemos que el coeficiente de rozamiento entre la caja y el suelo es 0,8. Calcula el módulo de la fuerza de rozamiento que actúa sobre la caja. 50,96 N 3. Un carrito de 750 g de masa se mueve por una mesa impulsado por una fuerza de 5 N. Si el carrito se mueve con velocidad constante, calcula: a) el módulo de la fuerza de rozamiento. b) el coeficiente de rozamiento. a) 5 N b) 0,68 4. Tiramos de un cajón de 7,5 kg de masa con una fuerza horizontal de 45 N. Si el coeficiente de rozamiento entre el cajón y el suelo es 0,5, calcula: a) el módulo de la fuerza de rozamiento b) la aceleración del cajón. a) 36,8 N b) 1,1 m/s 2 5. Un vehículo de 750 kg de masa se mueve con una velocidad de 10,8 m/s por una carretera recta y horizontal. En cierto instante, el conductor levanta el pie del acelerador, con lo que la fuerza que el motor ejerce sobre el vehículo se anula. El vehículo sigue moviéndose en línea recta durante 9 s hasta que se para. Calcula: a) la aceleración que experimenta el vehículo b) la fuerza de rozamiento que hace que el vehículo se detenga a) -1,2 m/s 2 b) 900 N 6. Un niño se desliza montado en un trineo por una pendiente nevada. Al llegar al final de la cuesta la velocidad del trineo es de 8 m/s. A partir de ahí, el trineo continúa deslizándose en línea recta por un plano horizontal hasta que se detiene 5 s más tarde. Sabiendo que la masa total del trineo más el niño es de 25 kg, Calcula: a) la aceleración b) la fuerza de rozamiento c) el coeficiente de rozamiento. a) -1,6 m/s 2 b) 40 N c) 0,16

9 ACTIVIDADES - HOJA 9 REPASO 1. Se aplica una fuerza de 250 N en el extremo libre de un muelle de 20 cm de longitud que tiene una constante elástica de 2725 N/m. Calcula la longitud final del muelle. 29,2 cm 2. Se aplican dos fuerzas de 15 N y 55 N sobre los extremos de una barra rígida de 50 cm de longitud. Si ambas fuerzas tienen sentidos opuestos, b) Calcula el módulo, dirección y sentido de la fuerza resultante. c) Halla el punto de aplicación de la resultante y represéntala en el diagrama de fuerzas. b) 40 N c) A 39,3 cm de la fuerza de menor intensidad 3. Una grúa eleva una placa de acero de 1250 kg con una aceleración de 1,5 m/s 2. Calcula la tensión del cable N 4. Impulsamos un bloque de metal de 12 kg de masa, que se encuentra en una pista de hielo, imprimiéndole una velocidad de 8 m/s. El bloque se desplaza en línea recta y se detiene 5 s más tarde. Calcula: a) la aceleración que experimenta el bloque b) la fuerza de rozamiento c) el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el hielo. a) -1,6 m/s 2 b) 19,2 N c) 0,16 5. Analiza si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Para que un cuerpo se ponga en movimiento es necesario que actúe sobre él una fuerza resultante distinta de cero. b) Si un cuerpo se está moviendo, necesariamente tiene que estar actuando sobre él una fuerza resultante distinta de cero.

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