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Dinámica de las fuerzas

Enviado por Pablo Turmero



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INDICE 1.- Fuerzas y deformaciones. 1.1.- Ley de Hooke. 2.- La fuerza como vector. 2.1- Composición y descomposición de fuerzas. 3.- Principios de la dinámica. 3.1.- Primer principio de la dinámica. 3.2.- Segundo principio de la dinámica. 3.3.- Tercer principio de la dinámica. 4.- Fuerzas en la vida cotidiana. 4.1.- El peso. 4.2.- Fuerzas de rozamiento. 5.- Resumen: mapa conceptual. 6.- Bibliografía.

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1.- Fuerzas y deformaciones. Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo o de producir una deformación en él. La unidad de fuerza en el sistema internacional es el newton, N. Cada material responde de una forma diferente a la acción de las fuerzas, y esta respuesta nos permite establecer la siguiente clasificación de los materiales: -Rígidos: No modifican su forma cuando actúa sobre ellos una fuerza. Por ejemplo: acero, mármol, granito, etc. -Elásticos: Los materiales recuperan su forma original cuando deja de actuar la fuerza que los deforma. Por ejemplo: un muelle, una goma del pelo, etc. -Plásticos: Al cesar la fuerza que los deforma, los materiales no recuperan su forma primitiva y quedan deformados permanentemente. Por ejemplo: plastilina, arcilla, etc.

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1.1.- Ley de Hooke. Un muelle constituye un ejemplo típico de cuerpo elástico. Si lo estiramos se alarga, y si lo soltamos recupera su longitud inicial. Supongamos que tenemos el muelle de la figura sobre el que vamos colgando diferentes pesas del portapesas y medimos los distintos alargamientos que sufre el muelle. Supongamos que hemos obtenido los siguientes resultados:  

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2.- La fuerza como vector. La fuerza es un vector en el que se distinguen los siguientes elementos: -Intensidad o módulo: valor numérico de la fuerza expresado en newton. -Dirección: viene dada por la recta que soporta al vector. -Sentido: indicado por la punta de la flecha del vector. -Punto de aplicación: es el lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza. Algunas veces son varias las fuerzas que actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo. Estamos entonces ante un sistema de fuerzas y cada una de estas fuerzas recibe el nombre de componente del sistema. Se denomina fuerza resultante aquella que puede reemplazar a todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo produciendo el mismo efecto.

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2.1.- Composición y descomposición de fuerzas. Composición de fuerzas: La composición de fuerzas consiste en determinar la fuerza resultante de la acción de las otras. Pueden darse varias situaciones: Fuerzas de la misma dirección y sentido: Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienen la misma dirección y sentido, la resultante tiene la misma dirección y sentido que las fuerzas componentes, y su intensidad es la suma de todas ellas. Donde F1 y F2 son los módulos de las componentes, y R es el módulo de la fuerza resultante.

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Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario: Si las fuerzas tienen la misma dirección, pero sentidos opuestos, la resultante tiene la misma dirección que las fuerzas componentes y el sentido coincide con el de la de mayor intensidad. Su módulo es la diferencia de los módulos de las fuerzas componentes. Donde F1 y F2 son los módulos de las componentes, y R es el módulo de la fuerza resultante.

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Fuerzas concurrentes: Las fuerzas concurrentes son aquellas que tienen distinta dirección y se cortan en un punto. La fuerza resultante de dos fuerzas concurrentes se calcula aplicando la regla del paralelogramo, según la cual, la dirección y el sentido de la resultante son los de la diagonal del paralelogramo que se forma con las fuerzas componentes y sus paralelas.  

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Composición de varias fuerzas concurrentes: Para hallar gráficamente la resultante de varias fuerzas concurrentes, se puede utilizar la regla del polígono: 1.- Se traslada cada fuerza paralelamente a sí misma hasta el extremo del vector anterior. 2.- Se traza la resultante, que es un vector que tiene por origen el punto origen del primer vector y cuyo extremo es el punto extremo del último vector del polígono.  

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Composición de fuerzas paralelas con distinto punto de aplicación y del mismo sentido: Se aplican dos fuerzas paralelas y del mismo sentido, F1 y F2, en los extremos de una barra de longitud l, y queremos averiguar el punto de aplicación y el valor de la fuerza resultante. Para ello, seguimos el siguiente procedimiento: -Determinación gráfica del punto de aplicación de la resultante: 1.- A partir del origen de la fuerza F2, y en sentido opuesto a ella, se traza un segmento, AB, de igual longitud que F1 y paralelo a ella. 2.- Se traslada la fuerza F2 sobre F1 y se dibuja el segmento A’B’. La recta BB’ corta la recta que pasa por los puntos de aplicación de las fuerzas en el punto O, que es el punto de aplicación de la resultante.

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-Determinación analítica del punto de aplicación de la resultante: Observa en la figura anterior que los triángulos OA’B’ y OAB son semejantes, por tanto: F1 * x =F2 * (l – x) El módulo de la resultante es igual a la suma de las intensidades de F1 y F2: R = F1 + F2 La resultante de dos fuerzas paralelas del mismo sentido y con diferente punto de aplicación es una fuerza paralela a ellas y del mismo sentido. Su módulo es igual a la suma de los módulos. Su punto de aplicación está situado entre el de las componentes.

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Composición de dos fuerzas paralelas con distinto punto de aplicación y de sentidos contrarios: En este caso se aplican dos fuerzas paralelas y de sentidos contrarios, separadas una distancia l. El procedimiento para determinar el punto de aplicación es el siguiente: -Determinación gráfica del punto de aplicación de la resultante: 1.- A partir del origen de una de las fuerzas F2, se construye un segmento, AB, de igual longitud, paralelo y de sentido opuesto a la otra fuerza F1. 2.- Se prolonga la fuerza F1 hasta que alcance la longitud de F2 (segmento A’B’). La recta BB’ corta la recta que pasa por los puntos de aplicación de las fuerzas en el punto O, que es el punto de aplicación de la resultante R.

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