Tema las fuerzas 2ª Parte. Ley de hooke. Cuerpos en equilibrio. Principio de arquímedes




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títuloTema las fuerzas 2ª Parte. Ley de hooke. Cuerpos en equilibrio. Principio de arquímedes
fecha de publicación21.12.2015
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IES MACARENA

FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
TEMA 3. LAS FUERZAS 2ª Parte. LEY DE HOOKE. CUERPOS EN EQUILIBRIO. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.
1. LAS FUERZAS Y LAS DEFORMACIONES.
Las fuerzas pueden producir un cambio en el movimiento de los cuerpos como vimos en la tercera parte del tema 1, pero también pueden producir deformaciones.

Los cuerpos se clasifican en rígidos (no se deforman por la acción de una fuerza, aunque todos tienen un límite de rotura), elásticos (se deforman pero recuperan su forma cuando deja de aplicarse la fuerza) y plásticos (no recuperan su forma original).

Los cuerpos elásticos tienen un límite de elasticidad a partir del cual ya no recuperan su forma original.
2. LEY DE HOOKE.
La ley de Hooke dice que cuando se aplica una fuerza a un muelle, le provoca una deformación directamente proporcional al valor de esa fuerza:
F = k·(lf – l0) = k·∆l l0 y lf = longitud inicial y final respectivamente
La constante de proporcionalidad k se llama constante de elasticidad y es característica del muelle. En el SI se mide en N/m.
Los muelles son cuerpos elásticos, y como tales tienen un límite de elasticidad. Por ello, cuando manejamos un dinamómetro debemos tener en cuenta su rango (página 37).
EJERCICIOS Página 53 Actividades 25 y 26. Ejercicio resuelto 7.
Página 54 Actividades 27, 28, 29.
3. MOMENTO DE UNA FUERZA RESPECTO A UN PUNTO.
El momento M de una fuerza F respecto a un punto O se define como el producto de la fuerza por la distancia r entre el punto O y el punto de aplicación A de la fuerza.
M = F·r
Si el vector que une O con A forma un ángulo α con F, se multiplica por el seno dicho ángulo:

M = F·r·senα


4. SUMA DE FUERZAS PARALELAS NO CONCURRENTES. (Página 41)


  1. Cuando se aplican dos fuerzas de la misma dirección y sentido en los extremos de una barra, como por ejemplo cuando se cuelgan dos cuerpos de distinta masa, es útil conocer el módulo de la fuerza resultante y su punto de aplicación P.A.



  • El módulo de la fuerza resultante es la suma de los módulos, R = F1 + F2

  • El punto de aplicación A se halla teniendo en cuenta lo siguiente: respecto a ese punto, los momentos de ambas fuerzas son iguales, es decir:

M1 = M2 → F1·d1 = F2·d2.
Para resolverlo gráficamente, se dibuja una fuerza igual a F1 en el punto de aplicación de F2, y una fuerza de sentido opuesto a F2 en el punto de aplicación de F1. El punto de aplicación de R se obtiene al unir los extremos de las dos fuerzas dibujadas. (Página 41)
EJERCICIOS:


  1. En los extremos de una barra de 12º cm se ejercen dos fuerzas verticales hacia abajo; una de 12 N y otra de 36 N. Calcula cuánto vale su resultante y dónde se aplica.

  2. De los extremos de una barra de 2 m se cuelgan dos masas de 250 y 400 g. Calcula el valor de la fuerza que hay que realizar y en qué punto de la barra hay que aplicarla para sostenerla en equilibrio.




  1. Si las dos fuerzas tienen la misma dirección pero sentido contrario, la fuerza resultante tiene el sentido de la mayor y su módulo es la diferencia de los módulos:

R = F1 – F2.




Para resolverlo gráficamente, se dibuja una fuerza igual a la mayor (pero de sentido contrario) en el punto de aplicación B de la menor. Se dibuja una fuerza igual a la menor en el punto de aplicación A de la mayor. El punto se aplicación O de R se obtiene al unir los extremos de las dos fuerzas dibujadas.
Se cumple: F1·OA = F2·OB

Cuando F1 y F2 tienen el mismo módulo, la fuerza resultante es 0, pero producen un momento resultante que cambia la velocidad de giro en el cuerpo.
EJERCICIOS:
Página 41 y 42 Actividades 8, 9, 11, 12 y 13.
Página 55 Actividades 33 y 34.
5. EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: LA FUERZA DE EMPUJE EN LOS FLUIDOS.
Los cuerpos sumergidos en agua o en cualquier otro fluido experimentan una fuerza de empuje hacia arriba que produce una disminución aparente del peso. Arquímedes (287- 212 a. C.) dedujo el valor de dicha fuerza y enunció el siguiente principio:
Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del líquido desalojado”.
Si un cuerpo de volumen V está sumergido en un fluido, desaloja exactamente un volumen V del fluido. Si la densidad del fluido es df, el peso del líquido desalojado (empuje) será:
E = mf·g = df·V·g (1)
Si el cuerpo está sólo parcialmente sumergido, es decir, flota, tendremos que conocer la parte sumergida del cuerpo para poder calcular el empuje. Si esta parte del volumen es Vs, el empuje vendrá dado por:
E = mf·g = df·Vs·g (2)


6. EQUILIBRIO DE SÓLIDOS EN FLUIDOS.
Un sólido completamente sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso hacia abajo y la fuerza de empuje hacia arriba.


  • Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde.

  • Si el peso es igual al empuje (P = E), el cuerpo está en equilibrio en cualquier punto del fluido, debido a que la fuerza resultante sobre él es cero.

  • Si el peso es menor que el empuje que sufre el cuerpo cuando está totalmente sumergido (P < E), el cuerpo asciende a flote.


En un cuerpo que flota hay un equilibrio entre su peso y el empuje, que es el peso del volumen de fluido desplazado por la parte sumergida del cuerpo (2).

EJERCICIOS:
Página 90 Actividades 1 y 2.
Página 99 Actividades 14, 15, 19 y 20.
Página 100 Actividades 21 a 29.
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    • Tipos de fuerzas.

    • Ley de Hooke.

    • Principio de Arquímedes.

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