DINMICA, FUERZA Y MOVIMIENTO
Bastidas. E, Chitiva. P, Gallo. J, Mayorga.Y11Estudiantes de
Ingeniera Ambiental, Fisica Mecnica, Segundo semestre, Universidad
Santo Tomas.
RESUMENEn este trabajo se mostrara como la cinemtica describe el
movimiento de los cuerpos, pues se concentra en variables como
posicin, velocidad y aceleracin. La descripcin de un movimiento
consiste en saber cul es la posicin de la partcula en cada instante
de tiempo. Se realizo diferentes movimientos con diferentes objetos
practicando los conceptos vistos en clase.Palabras claves: Fuerza,
Movimiento, Aceleracin.
ABSTRACTIn this work it was appearing as the kinematics it
describes the movement of the bodies, since it centers in variables
as position, speed and acceleration. The description of a movement
consists of knowing which is the position of the particle in every
instant of time. I realize different movements with different
objects practising the concepts seen in class.Keywords: Force,
Movement, Acceleration.
INTRODUCCINLa fuerza se define como la accin de empujar un
cuerpo generando en este movimiento y deformacin, existen varios
tipo de fuerzas entre estos esta la fuerza normal, la fuerza de
rozamiento, y tensin. En este laboratorio virtual por medio de un
simulador se analiz las fuerzas ejercidas en diferentes objetos y
contextos. Teniendo en cuenta la relacin entre las fuerzas, la
aceleracin y la velocidad.
OBJETIVOSGeneralMejorar la comprensin de los ejes temticos,
utilizando como herramienta el software interactivo, el cual sirve
como mediador para facilitar el proceso de
enseanza-aprendizaje.
Especficos Comprender los conceptos cinemticos bsicos Analizar
el movimiento de proyectiles con diferente ngulo de tiro
MARCO TERICOLa fuerza de rozamientoes una fuerza que aparece
cuando hay dos cuerpos en contacto, existe rozamiento incluso
cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que estn en
contacto hablamos entonces defuerza de rozamiento esttica. Por
ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una
fuerza pequea, el armario no se mover, esto es debido a la fuerza
de rozamiento esttica que se opone al movimiento si aumentamos la
fuerza con la que empujamos llegar un momento en que superemos est
fuerza de rozamiento y ser entonces cuando el armario se pueda
mover, tal como podemos observar en la (Figura 1) (MERIAM &
KRAIGE, 1998).
Figura 1. Fuerza de Rozamiento.
Las fuerzas de friccin estticas que se produce por la interaccin
entre las irregularidades de las dos superficies se incrementarn
para evitar cualquier movimiento relativo hasta un lmite donde ya
empieza el movimiento, ese umbral del movimiento est caracterizado
por el coeficiente de friccin esttica, el coeficiente de friccin
esttica, es tpicamente mayor que el coeficiente de friccin cintica
(BEDFORD & FOWLER , 2000).No se puede caracterizar de manera
simple la distincin entre los coeficientes esttico y cintico de
friccin, se trata de un aspecto del "mundo real", la experiencia
comn de un fenmeno, la diferencia entre los coeficientes estticos y
cinticos obtenidos en los experimentos simples, como bloques de
madera deslizndose sobre pendientes de madera, sigue ms o menos el
modelo representado en lacurva de friccin que se ilustra arriba, de
donde se ha extrado, esta diferencia puede surgir de las
irregularidades, contaminantes de las superficies, etc., que
desafan una descripcin precisa, cuando estos experimentos se llevan
a cabo con bloques de metal suave, que se limpian cuidadosamente,
la diferencia entre los coeficientes esttico y cintico tiende a
desaparecer, cuando en una determinada combinacin de superficies,
se citan coeficientes de friccin, generalmente est referido al
coeficiente de friccin cintica, por ser el nmero ms fiable tal como
se observa en la (Figura 2) (L., L., & G, 1999). Figura 2.
Friccin Esttica La friccin cintica ocurre cuando dos superficies se
mueven una respecto de la otra, la resistencia de friccin es casi
constante, para un amplio rango de velocidades bajas, y en el
modelo estndar, la fuerza de friccin, est descrita por la relacin
de abajo. Elcoeficiente tpicamente es menor que el coeficiente
defriccin esttica, reflejando la experiencia comn, de que es ms
fcil mantener algo en movimiento a lo largo de una superficie
horizontal, que iniciar el movimiento desde el reposo como se
observa en la (Figura 3) (GALVEZ, LOPEZ , LLOPIS, & RUBIO,
1998).
Figura 3. Friccin Cintica.
METODOLOGAPara la realizacin de esta prctica fue necesario el
software interactivo PHET, en el cual se realizo una simulacin de
fuerzas y movimiento de diferentes cuerpos, con el fin de poner en
prctica todos los conceptos de dinmica, anteriormente vistos en
clase.
ANLISIS y RESULTADOS1. Empujar un archivador a travs de la
habitacin.a. Describa con palabras e imgenes todas las fuerzas que
estn actuando sobre el archivador en cada escena. Escena 1: Sin
empujar El archivador esta en reposo sobre una superficie
horizontal como se muestra en la (Figura 4), las nicas fuerzas que
actan sobre l, son la fuerza gravitacional y la fuerza normal.
Figura 4. Archivador en reposo.Escena 2: Empujando pero sin que
se mueva el archivador El archivador sigue en reposo como se
muestra en la (Figura 5); siguen actuando la fuerza normal y la
fuerza gravitacional, adicionalmente aparece la fuerza de
friccin.
Figura 5. Archivador empujado pero sin moverse.Escena 3:
Empujando el archivador y movindose En esta escena adems de seguir
actuando la fuerza normal, la fuerza gravitacional y la fuerza de
friccin, tambin aparece actuando la fuerza aplicada quien es la que
permite que el archivador se mueva, como se observa en la (Figura
6).
Figura 6. Archivador empujado y movindose.b. Por qu cree usted
que el archivador se mueve en la escena 3, pero no en las escenas 1
o 2?A diferencia de la escena 1 y 2 en donde las nicas fuerzas que
actan son la normal y la gravitacional, el archivador se mueve en
la escena 3 debido a que la fuerzaaplicada acta directamente sobre
ste, en la misma direccin y sentido de la aceleracin del objeto
contra las otras fuerzas resistente.
c. Si el suelo est cubierto de hielo, cmo cambia el movimiento
del archivador?Al empujar el archivador sobre el suelo cubierto de
hielo, su movimiento ser mayor y el archivador se deslizara mucho
ms lejos antes de parar. Esto se debe a que el suelo cubierto de
hielo ejerce menos friccin que el piso de madera, por lo tanto el
archivador logra moverse ms lejos. Si se eliminara totalmente la
fuerza de friccin, el archivador nunca se frenara y no se
necesitara fuerza alguna para mantenerlo en movimiento.3. Que se
necesita para que el archivador inicie su movimiento?
Para que el archivador inicie su movimiento se necesita la
fuerza de friccin o fuerza de rozamiento ya que el hombre empuja el
archivador y provoca un rozamiento entre las dos superficies. 4.
Compare la flecha de la fuerza aplicada con la de la flecha de
friccin.
a. Qu es similar?Comparando la flecha de friccin con la flecha
de la fuerza aplicada, se observan dos vectores con una magnitud
similar.
b. Qu es diferente? Entre estos vectores es diferente el sentido
y su direccin. En la tercera ley de Newton o Ley de accin y reaccin
se Expone que por cada fuerza que acta sobre un cuerpo, este
realiza una fuerza de igual intensidad, pero de direccin contraria
sobre el cuerpo que la produjo.
5. Use las respuestas del numeral anterior para diferenciar
entre la fuerza aplicada y la fuerza de friccin en cada escena.En
la escena 1 donde no se empuja el archivador, las dos fuerzas son
nulas, ya que el objeto esta en reposo, en la escena 2 donde el
archivador es empujado pero no se mueve, las fuerzas son iguales
por lo tanto el objeto no se mueve y en la escena 3 donde el
archivador es empujado y se mueve, hay ms fuerza aplicada que la de
friccin, lo cual hace que el objeto entre en movimiento.
Diferenciar entre la fuerza aplicada, la friccin y la fuerza
resultante.6. Qu hace la fuerza de friccin?
La fuerza de friccin aparece cuando todo cuerpo se mueve sobre
la superficie de otro, en este caso aparece cuando el archivador es
corrido por la persona y roza sobre el piso. Lo que hace esta
fuerza es oponerse al movimiento entre ambas superficies de
contacto.
7. Aplique la suficiente fuerza para mover el archivador. a. Qu
le sucede a la fuerza de friccin cuando se deja de aplicar fuerza?
Si se deja de empujar, el archivador deja de deslizarse despus de
moverse una corta distancia debido a que la fuerza de friccin
retarda su movimiento.
b. Qu le sucede a la fuerza de friccin, si el archivador no se
mueve? Si el archivador no se mueve, la fuerza de friccin
desaparece porque al estar el cuerpo en reposo no existir
movimiento.
8. Cmo hara: a. Para describir la fuerza de friccinLa fuerza de
friccin es proporcional a la carga o fuerza normal F = N, es
independiente del rea de deslizamiento, por esta razn objetos
grandes y pequeos del mismo materiales, presentan el mismo
coeficiente de friccin.
b. Para describir la fuerza aplicada Si el cuerpo A (persona)
ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (archivador), entonces B ejerce
una fuerza sobre A. Estas fuerzas tienen la misma magnitud pero
direccin opuesta y actan sobre diferentes cuerpos.
9. Usted tiene que mover un objeto nuevo. Cmo es su movimiento
con respecto al archivador? Se movi un perro para detallar como era
su movimiento respecto al archivador y se observo que su movimiento
era ms rpido, debido a su peso y a la diferencia de material de los
dos cuerpos.
10. Diagramar la flecha de fuerza total para los distintos
casos.Escena 1
Figura 7. Usted no empuja Escena 2
Figura 8. Usted empuja pero el perro no se mueve
Escena 3
Figura 9. Usted empuja y el perro se mueve11. Encuentre tres
formas distintas de hacerle cambio a la flecha de la fuerza
resultante, haga una lista ac.
12. En sus propias palabras, cul es la fuerza resultante? Cuando
se tiene ms de una fuerza actuando sobre un objeto se saca una
fuerza resultante la cual es la suma de todas las fuerzas que se
presentan en el objeto vectorialmente; en este caso la fuerza
normal, la fuerza de friccin, la fuerza de aplicacin y la fuerza de
la gravedad.
13. Para cada caso, diagramar la flecha de la Fuerza resultante.
Escriba la direccin que piensa usted que el objeto se va a mover y
si va a acelerar o frenar. a. La direccin del archivador es a la
derecha ya que la fuerza aplicada va hacia esta direccin como se
observa en la (Figura 10), su aceleracin va ligada a la fuerza
ejercida por la persona y a la fuerza de friccin.
Figura 10. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en el
archivador
b. La direccin de la caja va hacia la izquierda donde se
encuentra la fuerza de aplicacin como se observa en la (Figura 11)
y su aceleracin depende de la fuerza aplicada y a la opuesta que es
la fuerza de friccin
Figura 11. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en la
cajac. La direccin de la nevera va hacia la izquierda donde se
encuentra la fuerza de aplicacin como se observa en la (Figura 12),
la nevera va a acelerar segn la fuerza que es ejercida por la
persona y la fuerza de friccin; en este caso es muy mnima ya que la
nevera posee gran peso
Figura 12. Diagrama de la flecha de la fuerza resultante en la
nevera
14.a. Dar a el perro dormido un poco de fuerza
Figura 10. Diagrama de dar fuerza
b. Dar al perro dormido una gran fuerza
Figura 11. Diagrama de dar gran fuerza
15. Con las respuestas a la pregunta anterior, qu puede afirmar
sobre la relacin de la fuerza aplicada y la aceleracin?
CONCLUSIONESUn cuerpo en reposo (en contacto con otra
superficie) experimenta un cambio en la cantidad de movimientos
cuando se le aplica una fuerza mayor que la fuerza de rozamiento
esttico. En este informe se logro ver las diferentes fuerzas que
actuaron sobre el archivador dependiendo el escenario.