PARA ESTA
SIMULACIÓN:
1.- CON
FUERZA NETA: PUEDES COMPROBAR
a) Que
mientras actúa una fuerza la rapidez del cuerpo aumenta continuamente. Hay
aceleración.
b) Que
cuando se aplica una fuerza neta el cuerpo se desplaza en la dirección de la
fuerza neta
c) Que
pueden actuar varias fuerzas sobre un cuerpo, si son de la misma magnitud y
dirección contraria, las fuerzas se anulan, sino hay una fuerza neta.
2.- CON
MOVIMIENTO, puedes comprobar que:
a) Para
una fuerza constante la rapidez varía uniformemente, hay aceleración.
b) Cuando
cesa la fuerza el cuerpo sigue moviéndose con velocidad constante, PRIMERA LEY
DE NEWTON.
c) A mayor
masa la rapidez que experimenta el cuerpo es menor, para una fuerza constante,
y viceversa
3.- CON
FRICCIÓN, puedes comprobar que:
a) La
dirección de la fuerza de fricción es contraria al movimiento.
b) Si la
fuerza de fricción es igual a la fuerza
aplicada, la fuerza neta es cero, se anulan.
c) Si la
fuerza aplicada es mayor que la fricción, la rapidez aumenta uniformemente,
estamos en presencia del MRUA.
d) Cuando
la fuerza aplicada desaparece, la fuerza neta es la de fricción, la rapidez
comienza a disminuir hasta que el cuerpo se detiene. MRUA.
4.- CON
ACELERACIÓN, la simulación la puede hacer con fricción o sin ella y puedes verificar que:
a) A mayor
masa mayor aceleración.
b) Para
una fuerza neta, constante, la aceleración también es constante.
SIMULACIONES
EJEMPLOS DE LAS LEYES DE NEWTON
1.- Una masa de 50 kg se
encuentra en reposo en un plano inclinado 60°.
Calcular:
a) El peso w
;
b) La fuerza de fricción estática, Fr
c) La fuerza normal, N
d) El coeficiente de
fricción estático, μ.
SOLUCIÓN
Cuando un cuerpo se
encuentra en reposo en un plano inclinado, las fuerzas que actúan sobre él,
son: el peso, W, la fuerza normal, N y la fuerza de rozamiento estático, Fr, que se muestran en la
figura anterior; podemos dibujar la fuerza de rozamiento al nivel de la
superficie o así como aparece en el diagrama.
Si prolongamos la fuerza
normal, N, podemos apreciar que el
ángulo producto de su prolongación con el peso, es igual al ángulo del plano
inclinado, ya que tienen sus lados respectivamente perpendiculares; además, si
elegimos el plano cartesiano, de tal manera que queden dos de las tres fuerzas
anteriores, siendo que la fuerza de rozamiento quede en el eje X
y la fuerza normal, sobre el eje Y, ya que son mutuamente perpendiculares,
procediendo luego a descomponer el peso, W, en sus componentes rectangulares, Wx y Wy como se muestra a continuación.
Para solucionar el
problema, utilizamos el diagrama de cuerpo libre, que consiste en señalar todas
las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, como se muestra:
Debemos hacer notar, que,
al descomponer el peso en sus componentes, éste desaparece, ya que aparecen sus
componentes rectangulares.
De la gráfica anterior,
vemos que las fuerzas en el eje X se cancelan, ya que tiene la misma magnitud y
dirección contraria.
Al aplicar la primera ley
de Newton, a lo largo del eje X,
tenemos:
Fr
– W sen
α = 0, de donde se obtiene que Fr
= W sen
α
Como el peso W = mg
a) W = 50 kg (9,8 m/s2)
= 490 N
b) De la relación Fr = W sen α, se tiene que:
Fr = 490 N sen 60° = 424,35 N
Aplicando nuevamente la
primera ley de Newton a lo largo del eje Y, se tiene:
c) N – W cos α = 0, luego:
N = W cos α ;
N = 490 N cos 60°
N
= 245 N
d) Como sabemos que la
fuerza de rozamiento estática es igual al coeficiente de rozamiento estático multiplicado
por la fuerza normal, se tiene:
Fr = μN, de donde: μ = Fr/N
μ
= 424,35 N/ 425 N = 0,9
μ
= 0,9
2.- Si en el problema
anterior, no existe rozamiento, describa la nueva situación y haga los cálculos
de todas las fuerzas involucradas.
SOLUCIÓN
Si no existe rozamiento
con la superficie, el cuerpo debe acelerar, ya que la fuerza normal, no se
anula con el peso del cuerpo, como se muestra en la siguiente gráfica:
Al hacer las mismas
consideraciones iniciales, y descomponer el peso, W, vemos que hay una fuerza
neta a lo largo del eje Y, que de acuerdo a la primera ley de Newton, lo
acelera en esa dirección, como se muestra.
El diagrama de cuerpo
libre es:
El peso no cambia, W =
490 N, la fuerza normal tampoco, N = 245 N, la fuerza neta, de acuerdo a la
segunda ley de Newton es:
FN =
Wx = W sen α = ma
, a es la aceleración del
cuerpo,
Despejando a tenemos:
a =
W sen α / m = 424,35 N/ 50 kg = 8,4 m/s2
a = 8,4 m/s2
INTERESANTE:
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