FUERZAS MECANICAS ESPECIALES Fuerza Normal Fuerza Tensión Fuerza de Fricción o de Razonamiento Fuerza Centrifuga

FISICA I

FUERZAS MECANICAS ESPECIALES

TIPO DE FUERZAS

    •  Peso de un cuerpo:

   El peso de un cuerpo es la fuerza con la q el es a traído por la fuerza de gravedad.

   El peso de un cuerpo se representa mediante un vector P dirigido verticalmente hacia abajo, actuando

independientemente de si el cuerpo está en reposo o en movimiento.

   El peso es el producto de la masa gravitacional de un cuerpo por la aceleración de la gravedad terrestre por

lo que puede escribirse en la siguiente ecuación:

P = m . g

O también

W= m.g

Para calcular el peso de un cuerpo hay que tener en cuenta que éste se basa en la fórmula de la fuerza, que

es la siguiente:

F= ma (donde F: fuerza, M: Masa y la A: Es la aceleración que tiene un cuerpo al caer) esta se sustituye de la

siguiente manera.

F= ma

W=m.g

La fórmula de masa es: ( m= w/g)

Nota: El peso es un vector y este ejerce su fuerza hacia abajo

W

En la tierra el peso está determinado por el valor de la gravedad

Tierra: 9.8 m /s2 (metros sobre segundos al cuadrado)

Luna: 1.63 m /s2

El peso varía según el planeta

La masa es igual en todos los planetas

El peso por ser una fuerza es medido por las mismas unidades que se miden en la fuerza, y éstas se miden

en:

Newton (N)

Dina (d)

Poundal (pound)

Existen unas unidades específicas llamadas UNIDADES GRAVITACIONALES que son para medir el peso de

un cuerpo.

1kgf= 9.8 n (kilogramos de fuerza es el peso de un kilogramo d masa)

1N: 0.102 kgf

1lbf: 32.2 paundal (libra de fuerza)

1 grf: 980 dinas (gramo de fuerza)

EJERCICIOS

1. Cuánto pesa un cuerpo de 35 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf y Poundal

2. Cuánto pesa un cuerpo de 18 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf y Poundal

3. Cuánto pesa un cuerpo de 100 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf

4. Cuánto pesa un cuerpo de 50 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf y Poundal

5. Cuánto pesa un cuerpo de 60 kg de masa? Dar la respuesta en N

6. Cuánto pesa un cuerpo de 76 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf y Poundal

7. Cuánto pesa un cuerpo de 80 kg de masa? Dar la respuesta en N, kgf y Poundal

SOLUCION

    • Fuerza normal:

Toda fuerza ubicada sobre un plano experimenta una fuerza ejercida por el mismo. Esta es denominada

fuerza normal. Con esto podemos definir que la fuerza normal en la fuerza formada por un plano sobre un

cuerpo que está apoyado en él.

La palabra normal es usada por que sin la presencia del rozamiento la N será siempre perpendicular a la

superficie.

   Esta fuerza se representa a través de un vector dirigido hacia arriba perpendicularmente hacia el plano o

superficie de contacto.

   Cuando el cuerpo esta horizontal la magnitud de la fuerza normal es igual a la magnitud peso del cuerpo.

Escribiéndose:

   N = P = m . g

 Si se coloca una regla sobre dos libros, de modo que sean los extremos de la regla los que estén en contacto

con los libros y el centro esté libre, y luego se ubica un pequeño y pesado objeto en el centro de la regla, ésta

se curvará. Si se retira el objeto repentinamente, se podrá observar que la regla volverá a su estado original

con fuerza. Esta fuerza que antes estaba contenida por el objeto pesado, es la misma fuerza normal.

Existen 5 maneras de hallar la FUERZA NORMAL DE UN CUERPO

Fuerza normal de un objeto en reposo

Entiende a qué se refiere la fuerza normal. La fuerza normal se refiere a la cantidad de fuerza empleada para contrarrestar la fuerza de gravedad.

Imagina un bloque colocado sobre una mesa. La fuerza de gravedad jala el bloque hacia el suelo,

pero, claramente, hay una fuerza que evita que el bloque rompa la mesa y descienda hasta el suelo.

La fuerza responsable de detener el bloque a pesar de la fuerza gravitacional es la fuerza normal.

N= mg

En esta ecuación, N es la fuerza normal, m es la masa del objeto y g es la aceleración de la

gravedad.

Para un objeto colocado en una superficie plana, sin fuerzas externas sobre él, la fuerza normal es

igual al peso del objeto. Para mantener el objeto quieto, la fuerza normal debe ser igual a la fuerza

de gravedad sobre el objeto. La fuerza de gravedad sobre el objeto es el peso de este o, lo que es lo

mismo, su masa multiplicada por la aceleración de la gravedad.

Ejemplo: halla la fuerza normal de un bloque con una masa de 4,2 kg.

La fórmula para dar solución a este planteamiento es:

W=mgW= 4,2x9.8=41,16 N

La fuerza normal es de 41.16 N

Ejercicio:

1. Halla la fuerza normal de un objeto con una masa de 10.5 kg.

2. Halla la fuerza normal de un objeto con una masa de 25.8 kg. Y representalo por medio de dibujos,

cada una de las partes que lo conforman. La fuerza, la línea perpendicular y el peso y el angulo.

Fuerza normal sobre una pendiente

N = m * g * cos(x)1. Para calcular la fuerza normal de un objeto sobre una pendiente, necesitas usar la fórmula: N = m * g *

cos(x)

En esta ecuación, N es la fuerza normal, m es la masa del objeto, g es la aceleración de la gravedad

y x es el ángulo de la pendiente.

Ejemplo: hallar la fuerza normal de un bloque de una masa de 4,2 kg, ubicado sobre una rampa con

una inclinación de 45 grados.

2. Encuentra el coseno del ángulo. El coseno de un ángulo equivale al seno del ángulo complementario o al lado adyacente dividido entre la hipotenusa del triángulo formado por la pendiente.[4]

Este valor frecuentemente se obtiene con una calculadora, ya que el coseno de cualquier ángulo es una

constante de dicho ángulo, pero también puedes obtenerlo manualmente.

Ejemplo: cos (45) = 0,71

3. Encuentra el peso del objeto. El peso de un objeto equivale a la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad.

Ten en cuenta que la aceleración gravitacional sobre la superficie de la Tierra es una constante: g =

9,8 m/s2

Ejemplo: peso = m * g = 4,2 * 9,8 = 41,16

4. Multiplica ambos valores. Para encontrar la fuerza normal, necesitarás multiplicar el peso del objeto por el coseno del ángulo de la pendiente.

Ejemplo: N = m * g * cos(x) = 41,16 * 0,71 = 29,1

Ten en cuenta que para un objeto sobre un plano inclinado, la fuerza normal debe ser menor que el

peso del objeto.

Ejercicio:

1. Hallar la fuerza normal de un bloque de una masa de 10.5 kg, ubicado sobre una rampa con una inclinación de 45 grados.

2. Hallar la fuerza normal de un bloque de una masa de 20 kg, ubicado sobre una rampa con una inclinación de 45 grados.

3. Hallar la fuerza normal de un bloque de una masa de 25 kg, ubicado sobre una rampa con una inclinación de 90 grados.

4. hallar la fuerza normal de un bloque de una masa de 4,2 kg, ubicado sobre una rampa con una inclinación de 90 grados.

Fuerza normal con una fuerza externa hacia abajo

1. Utiliza la ecuación correcta. Para calcular la fuerza normal de un objeto en reposo cuando una fuerza externa presiona hacia abajo sobre dicho objeto, utiliza la ecuación: N = m * g + F * sin(x).

N es la fuerza normal, m es la masa del objeto, g es la aceleración de la gravedad, F es la fuerza

externa y x es el ángulo entre el objeto y la dirección de la fuerza externa.

Ejemplo: hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 4,2 kg, cuando una persona presiona

hacia abajo con un ángulo de 30 grados y una fuerza de 20,9 N.

2. Encuentra el peso del objeto. El peso de un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad.

Ten en cuenta que la aceleración gravitacional sobre la superficie de la Tierra es una constante: g =

9,8 m/s2

Ejemplo: peso = m * g = 4,2 * 9,8 = 41,16

3. Halla el seno del ángulo. El seno de un ángulo se calcula dividiendo el lado del triángulo opuesto al ángulo entre la hipotenusa del ángulo.

Ejemplo: sin(30) = 0,5

4. Multiplica el seno por la fuerza externa. La fuerza externa, en este caso, es la fuerza que actúa presionando el objeto hacia abajo.

Ejemplo: 0,5 * 20,9 = 10,45

5. Suma este valor al peso. Al hacerlo, obtendrás la fuerza normal.

Ejemplo: 10,45 + 41,16 = 51,61

Ten en cuenta que para un objeto en reposo siendo presionado hacia abajo por una fuerza externa, la fuerza normal será mayor que el peso del objeto.

Ejemplo: la fuerza normal es de 51,61 N.EJERCICIOS

1. Hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 10.5kg, cuando una persona

presiona hacia abajo con un ángulo de 30 grados y una fuerza de 20,9 N.

2. Hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 25 kg, cuando una persona

presiona hacia abajo con un ángulo de 45 grados y una fuerza de 20,9 N.

3. Hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 5 kg, cuando una persona

presiona hacia abajo con un ángulo de 30 grados y una fuerza de 15.8 N.

4. hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 25 kg, cuando una persona

presiona hacia abajo con un ángulo de 90 grados y una fuerza de 30 N.

Fuerza normal con una fuerza externa hacia arriba

1. Utiliza la ecuación correcta. Para calcular la fuerza normal de un objeto en reposo cuando

una fuerza externa empuja el objeto hacia arriba, utiliza la ecuación: N = m * g - F * sin(x).

N es la fuerza normal, m es la masa del objeto, g es la aceleración de la gravedad, F es la fuerza

externa, y x es el ángulo entre el objeto y la dirección de la fuerza externa.

Ejemplo: hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 4,2 kg, cuando una persona está

jalando el bloque hacia arriba con un ángulo de 50 grados y una fuerza de 20,9 N.

2. Halla el peso del objeto. El peso del objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad.

Ten en cuenta que la aceleración gravitacional sobre la superficie de la Tierra es una constante: g =

9,8 m/s2

Ejemplo: peso = m * g = 4,2 * 9,8 = 41,16

3. encuentra el seno del ángulo. El seno de un ángulo se calcula dividiendo el lado del triángulo opuesto al ángulo entre la hipotenusa del ángulo.

Ejemplo: sin(50) = 0,77

4. Multiplica el seno por la fuerza externa. En este ejemplo, la fuerza externa es la fuerza que jala el objeto hacia arriba.

1. Ejemplo: 0,77 * 20,9 = 16,01

Resta este valor al peso. Al hacerlo, obtendrás la fuerza normal.

Ejemplo: 41,16 – 16,01 = 25,15

ten en cuenta que para un objeto en reposo con una fuerza externa hacia arriba, la fuerza normal será menor que el peso del objeto.

Ejemplo: la fuerza normal es de 25,15 N.

1. hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 10.5kg, cuando una persona está

jalando el bloque hacia arriba con un ángulo de 50 grados y una fuerza de 20,9 N.

2. hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 25 kg, cuando una persona está jalando

el bloque hacia arriba con un ángulo de 50 grados y una fuerza de 20,9 N.

3. hallar la fuerza normal de un bloque con una masa de 50 kg, cuando una persona está jalando

el bloque hacia arriba con un ángulo de 45 grados y una fuerza de 20,9 N.

Fuerza normal y fricción

1. Conoce la ecuación básica para la fricción cinética. La fricción cinética o fricción de un objeto en movimiento es igual al coeficiente de fricción multiplicado por la fuerza normal de un objeto. En forma de ecuación, esto se ve así: f = μ * N

En esta ecuación, f es la fricción, μ es el coeficiente de fricción y N es la fuerza normal del objeto.

El “coeficiente de ficción” es el ratio entre la resistencia de la fricción a la fuerza normal, el cual es

responsable de la presión entre ambas superficies.

2. Reacomoda la ecuación para aislar a la fuerza normal. Si tienes el valor de la fricción cinética de un objeto, así como el coeficiente de fricción de dicho objeto, puedes calcular la fuerza normal usando la fórmula: N = f / μ

Ambos lados de la ecuación original se dividieron entre μ, así que se aisló la fuerza normal en un

lado, colocando el coeficiente de fricción y la fricción cinética en el otro lado.

Ejemplo: hallar la fuerza normal de un bloque cuando el coeficiente de fricción es 0,4 y la magnitud

de la fricción cinética es de 40 N.

3. Divide la fricción cinética entre el coeficiente de fricción. Esto es esencialmente todo lo que necesitas para hallar el valor de la fuerza normal.

Ejemplo: N = f / μ = 40 / 0,4 = 100

4. Anota tu respuesta. Si lo deseas, puedes revisar tu respuesta colocándola nuevamente en la ecuación original para la fricción cinética. De otro modo, habrás resuelto el problema.

Ejemplo: la fuerza normal es de 100,0 N.

    • Fuerza de tensión:

   Cuando los cuerpos están suspendidos en los hilos suponen la introducción de las tensiones en su

condición de fuerzas interiores que se propagan a través del hilo. En condiciones estadísticas, como las de un

cuerpo colgando del techo la tensión del hilo coinciden, en magnitud con la fuerza de peso;  es de hecho la

fuerza que equilibra el peso.

   Por definición  se dice que la tensión es la fuerza ejercida en cualquier punto de una cuerda, considerada de

masa despreciable o inextensible, sobre un cuerpo que esta ligada a ella.

    • Fuerza de fricción o de rozamiento:

      Aparece cuando dos cuerpos están en contacto entre ellos, y al menos uno de los cuerpos se mueve. La

fuerza de fricción o fuerza de rozamiento tienen la misma dirección del movimiento pero en sentido opuesto.

Esta fuerza se presenta a través de un vector de sentido opuesto a la fuerza aplicada para producir el

movimiento.

 

            

    • Fuerza centrifuga:

      Es la fuerza que aleja del centro, la fuerza centrifuga se produce cuando se obliga a un cuerpo a dar

vueltas, según la tercera ley de Newton cada reacción produce una fuerza igual y opuesta. Es como cuando

nos subimos al carrusel,

      o damos una vuelta por la carretera a gran velocidad,

      sentimos una fuerza que como que nos quiere empujar hacia afuera del carrusel o de la carretera. A esta

fuerza se le llama centrífuga.

          

   • Fuerza centrípeta:

 

      Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o a la componente de fuerza, dirigida hacia el centro de curvatura

de la trayectoria, que actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea. Es todo lo

contrario a la fuerza centrifuga.