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Hasta este
momento hemos descrito al movimiento de una partícula sin preguntarnos
que lo causa. Este problema fue un tema central para la denominada
Filosofía Natural que sostenía la necesaria
influencia externa (una fuerza) para mantener un cuerpo en movimiento.
Cuando esta fuerza se acababa creían que el cuerpo se detenía volviendo
a lo que consideraban su estado natural. De esta suposición se
desprendía que un cuerpo más pesado (mayor fuerza interior) debía caer
más de prisa que un cuerpo liviano. Fue Galileo Galilei (1564
- 1642) el primero en darse cuenta de lo
falso de esta hipótesis. Desde lo alto de la Torre de Pisa dejó caer,
desde la misma altura, dos esferas de igual tamaño pero de diferente
peso, ambas cayeron el mismo tiempo. (Si no lo crees toma dos objetos de
diferente peso y déjalos caer desde una misma altura)
Galileo
estudió las causas del movimiento pero fue Newton (1641 – 1727) quién
les dio forma y las compiló en tres principios a los que hoy llamamos
principios de Newton.
Principios de
Newton
Si para
mantener un cuerpo en movimiento no hace falta una fuerza, entonces,
¿qué se necesita?. La respuesta es: nada.
Si mueves el
pié sobre el piso vas a sentir como "algo" se opone a ese
deslizamiento. Si el piso está encerado ese "algo" disminuye en
intensidad, hasta podríamos imaginar una superficie tan encerada que esa
resistencia desaparecería por completo. En esta situación, luego de
impulsarnos, nada nos detendría, seguiríamos a velocidad constante y en
línea recta.
Hagamos un
pequeño experimento.
Toma
un papel, un lápiz y colócalos como muestra la figura. Tira fuerte del
papel. ¿Por qué no se mueve el lápiz del lugar?. Piensa que estás
haciendo fuerza sobre el papel, al lápiz no lo tocas, ¿ Por qué debería
moverse ?
Si no
aplicamos una fuerza exterior a un cuerpo este permanece quieto o
moviéndose a velocidad constante y en línea recta. (M. R. U.)
Acabamos de
enunciar el primer principio de Newton que se llama
principio de inercia. Es a causa de
este principio que al arrancar el colectivo sientes ese empujón hacia
atrás.
Sigamos
analizando el sistema papel - lápiz.
Vuelve
a armar el dispositivo. Mueve el papel lentamente; esta vez el lápiz se
mueve también. ¿A qué se debe este comportamiento?. Si tiras fuerte del
papel el lápiz se queda en un mismo lugar, pero si tiras despacio el
útil de escritura acompaña al desplazamiento.
La clave de
lo que sucede está en la fuerza que realizamos para sacar al papel.
Tomemos un libro y coloquémoslo sobre el papel y repitamos la
experiencia. Si tiramos con fuerza del papel el libro no se mueve, si
tiramos despacio se mueve con él. Si colocamos varios libros
sucesivamente sobre el papel llegará el momento en que, tirando
suavemente de él, no podamos mover el sistema. Existe una interacción
entre la superficie de contacto del papel y la de los libros, existe una
fuerza que se opone a este movimiento, esta fuerza se denomina
fricción.
La
fricción es la responsable que un cuerpo
que está en movimiento sobre el suelo se detenga.
" Ya sea para
arrancar, detener, acelerar o desacelerar una partícula siempre debemos
aplicar una fuerza exterior a él ".
La fuerza y
la aceleración son dos magnitudes vectoriales directamente
proporcionales, F ~ a.
Matemáticamente se necesita una magnitud constante para establecer una
igualdad, físicamente esa constante es la masa del cuerpo:
F = m . a
Por supuesto
que no siempre que apliquemos una fuerza podremos mover un cuerpo, si no
trata de mover una pared . . .
Hagamos
nuevamente un pequeño experimento.
Saluda a la
persona que tengas al lado dándole la mano; el sistema mano – mano no se
mueve en dirección derecha o
izquierda, por que en él intervienen dos fuerzas, una de cada mano.
Estas fuerzas tienen la misma dirección, la misma intensidad (módulo)
pero sus sentidos son opuestos.
También
vemos este par de fuerzas (del mismo módulo, igual dirección y sentidos
opuestos) al aplaudir. Nuestras manos se mueven en sentidos opuestos,
chocan. En el momento del choque, cada mano hace fuerza sobre la otra.
La superficie de la piel "reacciona" a esa fuerza con otra de igual
intensidad, igual dirección y sentido opuesto. A una de ellas se la
denomina acción a la otra
reacción.
Otro ejemplo,
cuando estamos parados, a nuestro peso (acción) se opone la fuerza del
piso que nos sostiene (reacción), de otro modo se rompería y caeríamos.
Resumiendo,
siempre tenemos dos opciones: podemos o no aplicar una fuerza. Si no la
aplicamos una fuerza exterior estamos frente al
principio de inercia. Si la aplicamos una fuerza exterior,
también tenemos dos posibilidades: el cuerpo puede moverse o quedarse
quieto. Si se mueve, estamos frente al segundo principio de Newton, el
principio de masa. En caso de que no se
mueva estamos frente al tercer principio de Newton, el
principio de acción y reacción.
Al resolver
un problema lo primero que debemos fijarnos es que principio se cumple.

Peso y masa: El peso de un
cuerpo no es otra cosa que la fuerza de atracción gravitacional ejercida
por la Tierra; magnitud vectorial cuya dirección siempre es
perpendicular al suelo y su sentido apunta hacia él. Si dejamos un
cuerpo en el aire, el peso lo hará caer y la aceleración que experimenta
es la gravedad, lo que implica que debemos aplicar el segundo principio
de Newton para poder calcular su magnitud.
La fuerza
ejercida es el peso ( P) que suplantará a F en la fórmula, mientras que
la aceleración g hará lo correspondiente con a.
Entonces en
vez de F = m . a
tendremos P = m . g
La masa se
mide en kilogramos y la fuerza también, pero aunque la unidad de cada
magnitud se escuche parecido resultan muy diferentes una de otra, no
debemos confundirlas.
Un kilo de
masa (1 Kg.) pesa en nuestro planeta un kilo, pero en el espacio su peso
se reduce a medida que se aleja de la superficie de la Tierra. El peso
de un cuerpo depende de la distancia que se encuentre de este planeta,
de su masa y la masa terrestre, como lo expresa Newton con su famosa ley
de atracción gravitacional universal

En esta
ecuación m y m' representan a las masas de los cuerpos,
d a la distancia en que se encuentran y F a la fuerza de
atracción (el peso en nuestro caso).
Si nuestro
planeta variara en su cantidad de masa nosotros variaríamos en nuestro
peso, de igual manera al aumentar o disminuir nuestra masa corporal
aumentamos o disminuimos de peso.
Para
diferenciar el kilogramo masa del kilogramo fuerza se llegó a un
acuerdo, se escribe Kg. cuando se habla de
masa y Kgr. al referirnos al kilogramo fuerza.
¿Cuánto pesa
1 Kg.?
Utilicemos el
principio de masa con el valor de la aceleración de la gravedad 10
m/seg.2
P = m . g
= 1 Kg. 10 m/seg 2 = 10 Kg. m. seg.- 1
® N (Newton) (es como se llama a esta unidad
de fuerza.)
El sistema de
medición que utiliza al Newton como unidad de fuerza se denomina M.K.S.
(metros, kilogramos, segundos)
De esa manera
queda establecido que 1Kgr. = 10 N
Fuerza: Todos tenemos una
noción intuitiva de fuerza. Sabemos que para sostener un cuerpo debemos
hacer un esfuerzo, al que llamamos "fuerza" y admitimos que esa
fuerza tiene por objetivo equilibrar la que ejerce
el cuerpo como consecuencia de su peso.
Ahora
extiende tu brazo y presiona sobre la pared más cercana; hacer fuerza
con el brazo extendido nos permite ver los elementos que encontramos
dentro de las fuerzas (por supuesto que estos atributos son
imaginarios). Con un color señalamos la recta a la que pertenece la
fuerza que hacen los brazos de este hombre (La recta es la dirección de
la fuerza que ejerce el hombre), la flecha indica el sentido (hacia
donde hace la fuerza). En el lenguaje cotidiano dirección y sentido
son sinónimos pero la física tiene sus propios códigos y aquí estos dos
términos son muy distintos.
Si pegamos a
un objeto delicadamente hacemos menos fuerza que si le pegamos con
rabia, la cantidad de una fuerza varía. El módulo indica solamente la
cantidad de fuerza que se hace sin importar el sentido que ella tenga.
Entonces,
¿qué elementos encontramos en una fuerza?
"Dirección, sentido y módulo."
Casualmente hay un elemento matemático que tiene esos mismos elementos,
es el " vector ".
Vemos la relación existente entre la matemática y la física.
Hablemos de
las fuerzas colineales: llevan ese
nombre las fuerzas que poseen igual dirección pero no necesariamente el
mismo sentido.
Deja en la
mesa la birome y con el dedo índice empújala desde un extremo, vas a ver
que se mueve. Ahora si la empujas con el dedo índice de cada mano sobre
el mismo extremo. Cada dedos hace fuerza con igual dirección y igual
sentido, resultando, de ambos, una fuerza mayor que antes. De esa manera
podemos indicar que: "las fuerzas de igual
sentido se suman"
Coloca los
dos dedos índices en cada extremo y haz fuerza. La fuerza resultante en
este caso es menor que la hecha por cada dedo. Si comparemos la
dirección de cada fuerza, siguen siendo la misma , pero sus sentidos son
opuestos. De esa manera podemos indicar que: " las fuerzas de
sentidos opuestos se restan "

Aquí
necesitamos destacar un principio importantísimo en física "los
signos indican sentidos" .
Así que si
dos fuerzas van a la izquierda podríamos decir que son negativas y si
van a la derecha, diremos que son positivas. (Atención, la elección
positiva o negativa de los sentidos es arbitraria)
En nuestra
vida cotidiana las fuerzas pueden ser colineales, paralelas o secantes
(las que se cortan en un punto). Como son fuerzas, pueden ser
representadas por vectores.
Hay varias
formas de hallar la resultante, veamos la forma gráfica:
Método del Paralelogramo: ¿Qué
características tiene un paralelogramo? Sus lados opuestos son paralelos
y de igual longitud.
Para hallar
la resultante sigue los pasos siguientes:
1.- Traza las
rectas paralelas a cada fuerza, por sus extremos (con líneas punteadas )
2.- Une con
una línea el punto de intersección de las paralelas y el punto de origen
de las fuerzas. (Esa es la resultante, no olvidar que es una fuerza por
consiguiente un vector)
3.- Calcula
el valor de la resultante.

Método Poligonal: Deriva
del método anterior, pero es más fácil para trabajar con varias fuerzas.
Para hallar
la resultante sigue los pasos siguientes:
1.- Traza la
rectas paralelas a F 2 desde el extremo de F 1
(con líneas punteadas)
2.- Toma la
medida de esa fuerza y desde su extremo (flecha del vector) traza la
siguiente
3.- Uní con
una línea el extremo de la última fuerza con el punto de origen de las
fuerzas. (Esa es la resultante, no olvidar que es una fuerza por
consiguiente un vector)
4.- Calcula
el valor de la resultante.

Si hay más de
dos fuerzas se traza una fuerza detrás de la otra (ojo con la dirección
de cada una); cuando se dibujó la última fuerza se traza la resultante
desde el punto de origen de las fuerzas hasta el extremo de la última
fuerza.
Método Analítico: (sumatoria
de fuerzas)
En este
preciso instante existen fuerzas actuando sobre tu cuerpo y no te das
cuenta. Si intentas saltar la fuerza de gravedad va obligar a volver al
piso. No hay manera de escapar a su influencia, al menor en cualquier
punto de la superficie de nuestro planeta. Toma una birome (cualquier
objeto sirve), levántala con la mano. Si sueltas la birome caerá sobre
la mesa (o alguna superficie horizontal). El peso es el responsable de
su caída pero ¿por qué se detuvo? ¿qué la detuvo?. Al analizar los
principios de dinámica vimos que lo único que puede acelerar o detener
un cuerpo es una fuerza externa al sistema. Por lo que debemos suponer
que la mesa "hizo fuerza" para detener la caída de la birome. ¡Los
sólidos tienen la capacidad de "hacer fuerza"!.
Hagamos un
simple experimento, para ello necesitamos tres monedas (pueden
ser fichas). Pongamos un moneda
sobre
la mesa bajo nuestro dedo índice, asegurándonos que no se pueda mover.
Coloquemos otra moneda a su lado de manera que estén en contacto. La
tercera moneda úsala para golpear, de costado, a la que está sujeta a tu
dedo. Su compañera saldrá disparada alejándose de tu índice. Si le pegas
a la moneda que tienes en tu dedo, desde arriba, no sucede nada.
¿Por qué si
pegas de costado la moneda se mueve y si pegas desde arriba no? ...

Siempre que
intervengan fuerzas en un sistema (sobre un cuerpo o no) necesitaremos
aplicar los principios de dinámica.
Si aplicamos
una fuerza de costado (cuando la moneda choca la que tu sostienes), la
moneda que está bajo tu dedo no se moverá debido a la acción de fuerza
de rozamiento que hay entre la moneda; tu dedo y la superficie de la
mesa (hay una fuerza de rozamiento en cada cara de la moneda) este
fenómeno es explicado por el principio de acción y reacción. Pero la
otra moneda, la que está libre puede moverse pues no hay fuerza que se
oponga (el rozamiento entre la moneda y la superficie de la mesa no es
suficiente).
Es importante
destacar que por más fuerte que apretemos el dedo contra la moneda, ésta
no se va a mover ( principio de acción y reacción ); debe existir una
fuerza de la misma dirección, mismo módulo

que la suma
de la fuerza de tu dedo y el peso de la moneda, pero sentido contrario.
Ésta fuerza siempre tendrá dirección perpendicular al suelo. Una recta
perpendicular a otra se denomina "normal", es por eso que a esta fuerza
se la denomina "fuerza normal".
Fuerza de rozamiento: La
fuerza de rozamiento, también llamada fricción, surge de la relación
entre la naturaleza de la superficie (del piso para poner un ejemplo) y
la reacción de esa superficie al peso (ó a la proyección del peso si es
un plano inclinado).
Debemos hacer
una distinción entre la fuerza de rozamiento de un cuerpo estático y la
fricción de un cuerpo en movimiento. La fuerza de rozamiento estática
(cuerpo quieto) es mayor que la que actúa sobre un cuerpo en movimiento.
Se necesitan más personas para empujar un auto parado que para llevarlo
una vez que arrancó.
Matemáticamente la fuerza de rozamiento y la reacción del piso son
directamente proporcionales, para establecer una igualdad se necesita
una constante, el valor constante de la proporción está determinado por
el coeficiente de rozamiento (m). Por
supuesto que el coeficiente estático (me)
es mayor, numéricamente, que el coeficiente dinámico (md).
me >
md
.
F r = m
. N
(Se denomina normal (N) a la reacción del piso a todas las fuerzas que
actúan sobre esa superficie)
Cantidad
de Movimiento: Al aplicarse una fuerza es evidente que la
velocidad de un cuerpo cambia, cambia "la cantidad de movimiento" de ese
cuerpo, y la cantidad de movimiento puede medirse físicamente.
Tenemos un
cuerpo que tiene una masa m, (valor escalar) el que adquiere una
velocidad determinada al aplicársele una fuerza exterior. La masa y la
velocidad resultan ser inversamente proporcionales ya que, a igual
magnitud de fuerza, si la masa aumenta al doble su velocidad se reducirá
a la mitad. Expresado de una manera más sencilla, si empujamos al mouse
adquirirá mayor velocidad que si empujamos, con la misma cantidad de
fuerza, a la CPU.
Al ser
inversamente proporcionales, la masa y la velocidad se multiplican para
obtener un valor constante. La velocidad es un vector mientras que la
masa una magnitud escalar, matemáticamente al multiplicar un vector por
un escalar obtendremos otro vector. Físicamente ese vector producto
entre la masa y la velocidad se denomina cantidad de movimiento y
se lo designa con la letra p:

La segunda
ley de Newton fue expresada en base a la variación de la cantidad de
movimiento en función del tiempo, es decir que si se aplica una fuerza
exterior a un cuerpo este experimentará una variación de cantidad de
movimiento a medida que transcurre el tiempo.
F = Dp
/ Dt (como p = m . v)
F = D(m
. v) / Dt (m
es una constante, por lo tanto sólo la velocidad puede variar)
F = m . Dv
/ Dt (recordando que a = Dv
/ Dt ) tenemos que: F = m .
a
La variación
de la cantidad de movimiento se conoce con el nombre de
ímpetu, que se designa con la
letra I.
"I
= Dp"
De esa manera
tenemos que F =
I / Dt (despejando)
I = F . Dt.
Colisión (Choque): Imaginemos
a dos machos cabríos con sus imponentes cornamentas, enfrentados en un
combate por un territorio repleto de hembras. Los dos magníficos
animales se levantan sobre sus patas traseras "impulsándose" para
descender a topetazos sobre su oponente. Este violento encuentro ilustra
perfectamente la situación de una colisión donde actúan fuerzas externas
relativamente grandes durante un tiempo estimativamente corto.
Como podemos
determinar la posición de cada animal durante todo el proceso, podemos
tratarlos físicamente como si fueran partículas.
Si bien la
idea básica de una colisión es que, en movimiento o quietas, dos o más
partículas (o por lo menos una de ellas) cambian bruscamente su
dirección, lo que es muy evidente es el cambio de velocidad que
experimentan las partículas involucradas antes y después del choque..
Durante la
colisión la fuerza varía de una manera tan compleja que resulta muy
complicada medirla. Estas fuerzas, denominadas impulsivas, actúan
durante un brevísimo instante.
Lo que hay
que estacar es que la cantidad de movimiento se mantiene constante.
La cantidad
de movimiento, como se ha visto, es el producto entre la masa y la
velocidad. Así que tendremos la cantidad de movimiento de cada partícula
antes y después del choque, la cantidad total de movimiento (la suma de
las cantidades de movimientos de ambos cuerpos) serán iguales antes y
después de chocar.
Si ambas
partículas quedaran "adheridas" en un solo cuerpo en movimiento, el
choque se denominará plástico. Pero si rebotaran separándose, el choque
se designará con el nombre de elástico.
Choque
plástico: ma .va + mb
vb = v (ma + mb)
Choque
elástico: ma .va + mb
vb = ma .v’a +
mb v’b
Ejercicio Explicado:
F
Una bala de 0,05 kg. masa se desplaza con una velocidad de 350 m/seg.
cuando impacta sobre un bloque de madera, de 0,36 Kg. de masa,
incrustándose en él. a) Hallar la velocidad con que se mueve el sistema
luego del choque.
Solución: Al
impactar la bala queda incrustada dentro del bloque de madera, por lo
cual podemos suponer después del impacto ambos cuerpos se desplazan
juntos. Estamos frente a un choque plástico, en el cual, antes del
choque, la bala se encuentra moviéndose mientras que el bloque está
quieto (velocidad inicial cero).
Datos: v
bala = 350 m/seg, m bala = 0,05 kg, v
madera = 0 m/seg., m madera = 0,36 Kg.
Incógnita:
v. = ?. (velocidad bala – madera).
Apliquemos la
ecuación del choque plástico y reemplacemos por sus respectivos valores.
m
bala .v bala + m madera v
madera = v (m bala + m madera)
® 350 m/seg . 0,05 Kg + 0 = v (0,41
Kg)
v =
42,683 m/seg.
Plano Inclinado: Los
movimientos rectilíneos en la vida real no se producen sobre superficies
planas; aunque el piso así lo parezca no lo es pues pertenece a una
superficie curva. Lo que sucede es que esta porción es tan pequeña
comparada con la de nuestro planeta que la vemos plana.
Reduzcamos el
problema analizando los movimientos sobre curvas y rectas en vez de
superficies.
Pequeños
segmentos consecutivos (con distinta dirección), todos juntos, darán la
impresión de formar una curva. A la inversa, si tenemos una pequeña
porción de una curva la veremos recta, la dirección de esta coincidirá
con la recta tangente en ese punto.

Si
necesitamos analizar un movimiento sobre una superficie inclinada (como
la de una colina) podemos simplificar la dificultad de nuestro trabajo
considerando toda la superficie como plana, y tomar una sección
transversal, de esa manera estudiamos lo que sucede como si fuera un
movimiento rectilíneo. Para ello utilizamos el
plano inclinado que no es otra cosa que un triángulo rectángulo,
donde por el lado más largo (la hipotenusa) se desplaza el cuerpo.
Diagrama de Cuerpo libre : Al
estudiar los distintos tipos de movimientos hacíamos coincidir al eje
x con el suelo en movimientos horizontales, mientras que para los
verticales tomábamos la línea perpendicular al piso, el eje y.
Como
ya se había explicado, el peso es la fuerza gravitacional con que nos
atrae la tierra hacia su centro. Esa dirección es perpendicular a la
recta tangente de su superficie en cualquier punto, es por eso que el
peso se dibuja como un vector perpendicular al piso.
Como la recta
perpendicular al suelo tiene la misma dirección que el eje y,
podemos superponer al vector peso con este eje de manera que P se ubique
sobre el eje y. Por supuesto que la reacción de esta superficie
al peso, la fuerza normal, también la encontramos sobre el eje y.
Análogamente, cualquier fuerza que desplace (acelerando o frenando)
horizontalmente al cuerpo puede ubicarse sobre el eje x.
Todas las
fuerzas que actúen sobre un cuerpo pueden representarse sobre un eje de
coordenadas. Se denomina diagrama de cuerpo
libre al eje de coordenadas donde están "dibujadas" todas las
fuerzas que actúan sobre un cuerpo (sin ser necesario dibujar al
cuerpo).
Si tenemos
más de un cuerpo en un sistema, tendremos que hacer un diagrama de
cuerpo libre para cada uno.
Supongamos
que la fuerza aplicada sobre el cuerpo no tuviera la misma dirección del
eje x o del eje y. Tenemos una fuerza "F" que se encuentra
formando un ángulo a con el suelo; como el
eje x es paralelo al piso, F y el eje x también forman un
ángulo cuya amplitud es a.
Hagamos el
diagrama de cuerpo libre:
Tracemos
rectas paralelas a los ejes que pasen por el ápice (extremo) de F, de
esa forma tendremos los componentes de la fuerza F sobre los ejes de
coordenadas, Fx y Fy.
Entre los
tres vectores (F, Fx y Fy) queda
formado un triángulo rectángulo donde F es la hipotenusa, Fx
es el cateto adyacente respecto de a y Fy
es el cateto opuesto, por lo tanto utilizando las funciones
trigonométricas tenemos:

De esa manera
podemos analizar la acción de una o más fuerzas sobre un cuerpo y
ubicarlas en un diagrama de cuerpo libre para estudiar sus efectos.
Cuerpos Vinculados: En un
problema cualquiera se debe hacer el diagrama de cuerpo libre para cada
uno de los cuerpos involucrados indicando las fuerzas que actúan en cada
uno de ellos. Pongamos un ejemplo para que podamos entender que es lo
que ocurre.
Acá tenemos
dos cuerpos de distintas masas. Sólo con ver el sistema sabemos que: m1
es el menor; sobre m2 actúa una fuerza.
Como
existe una cuerda que los une tendremos fuerzas a las que denominaremos
tensiones. Por supuesto que cada uno tiene su peso y éste está
equilibrado por una normal. Dibujemos el sistema con todas las fuerzas
que actúan en él.
Por
el principio de masa tenemos que P = m . g (ver principio de masa). La
reacción al peso de la superficie donde se mueve el sistema es la normal
de cada uno de los cuerpos. Aunque está de más decirlo, ambas normales
tienen módulos diferentes pues dependen del valor del peso de cada
cuerpo.
Sobre el
cuerpo m2 actúa una fuerza y la cuerda ejerce otra fuerza
sobre el cuerpo m1 a la que llamaremos tensión. El "tirón" de
la cuerda provoca una reacción sobre m2 que posee la misma
dirección, el mismo módulo pero sentido contrario que la tensión, por lo
tanto se anulan entre sí. Como la reacción a esta tensión tiene sentido
contrario su signo es negativo (signos indican sentidos).
Hagamos el
diagrama de cuerpo libre para cada cuerpo:

Analicemos las
acciones de las fuerzas sobre cada eje:
Eje x:
T = m1 . a * Eje x:
F – T = m2 . a *
Eje y:
N1 – P1 = 0 ^ Eje
y: N2 – P2 = 0 ^
* Como
sobre el eje x pueden moverse aplicamos el principio de masa
(siempre y cuando no se muevan a velocidad constante)
^ Como
sobre el eje y no pueden moverse la sumatoria de las fuerzas es
cero.
Tomemos las
ecuaciones de los ejes que pueden desplazarse con libertad (eje x
en este caso) y sumémoslos miembro a miembro:

(se despeja lo que se deba despejar)
Ahora que ya
has terminado con la parte teórica puedes hacer ejercicios del tema:
Ejercicios Explicados de Dinámica:
F Una
persona está parada sobre una balanza ubicada sobre el piso de un
ascensor que se mueve hacia arriba con velocidad constante; en esas
condiciones la balanza indica 80 kilos. ¿Cuál será la indicación de la
balanza (en kilogramos) cuando el ascensor comienza a frenar, para
detenerse, con una aceleración de 2 m/seg.2?
Solución:
Consideramos que el peso de la persona es 80 kilogramos ya que al
moverse con velocidad constante la sumatoria de fuerzas sobre el sistema
hombre – ascensor es nula; de esa forma es lícito pensar que el peso
(que es lo que marca la balanza) es contrarrestado por la reacción del
piso (tercer principio de dinámica).
En el momento
en que empieza a frenar el sistema, el cuerpo tiende a seguir en
movimiento ya que frena el ascensor pero no la persona (principio de
inercia). La fuerza supuesta "impulsora" del hombre está determinada por
su masa y la aceleración de frenado. Este fenómeno se percibe en la
balanza "pareciendo" que la persona "pesa" menos, siendo el valor que
aparece en el aparato la "resta" entre ambas fuerzas.
F
balanza = P – Fac. ® Fb
= P – m ac ® Fb
= P – P/g ac
®
® F
b = 80 Kgf – 16 Kgf = 64 Kgf.
P = m . g
® m = P/g
Ejercicios de Dinámica. |