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Guía  

Fuerza, trabajo y energía mecánica 

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Objetivo: comprender los conceptos de fuerza, trabajo y energía mecánica, y utilizar las relaciones matemáticas en la resolución de problemas.  

Fuerza: la fuerza es una propiedad de los cuerpos que interaccionan entre sí y con otros cuerpos.  
La fuerza no se tiene sino que se ejerce.
Se mide en Newtons, y depende de la masa y la aceleración que alcanza un cuerpo que recibe una fuerza, según la fórmula:    f = m x a
donde F es la Fuerza en Newtons m es la  masa en kilogramos a es la  aceleración en m/ s2
Sobre un cuerpo en reposo aparente, actúan muchas fuerzas,  como vemos en la figura.  

 
La fuerza es una magnitud vectorial, es decir, tiene magnitud, dirección y sentido.      
 
Dos fuerzas que actúan en la misma dirección y sentido se suman.

Dos fuerzas que actúan en sentido opuesto se restan.

F neta = 100N – 60N
Recordemos el teorema de pitágoras.
Cuando dos fuerzas son perpendiculares , los vectores a y b se proyectan de la siguiente manera.  

   

El vector resultante, “c”, se obtiene a partir de la fórmula siguiente   C² = a² + b²
Despejando “c”, se obtiene.    la raiz de a² + b²   

¿Cuál es la fuerza resultante sobre un cuerpo que se mueve aplicando una fuerza de 8 newtons en forma horizontal hacia la derecha, y una fuerza de 3 newtons hacia abajo?  

Aplicar teorema de Pitágoras:    
 
El peso es una fuerza y depende de la masa y la aceleración de gravedad, que en nuestro sistema terrestre es constante 9,8 m/s2 (aprox  10 m/s2)  
así, P = m x g
donde p es el peso,
m es la masa y
g es la constante de aceleración de gravedad(9,8 m/s2)

El peso depende del lugar donde nos encontramos pues depende de la aceleración de gravedad
Entonces para calcular el peso de algo, en la tierra, se debe multiplicar su masa por 10 (9,8 m/s2)  

¿Cuál será mi peso si la balanza indica 63 kilógramos?
Recuerda que 63 kilógramos es sólo mi masa……no es mi peso El peso se mide en Newtons.      

¿Qué es el trabajo?

 
Si no hay desplazamiento entonces no hay trabajo.
Trabajo es una manifestación de energía que depende de la fuerza ejercida sobre un cuerpo y el desplazamiento producido como consecuencia de dicha fuerza.  
Trabajo se obtiene al multiplicar fuerza y distancia          
W = F x d
donde w es trabajo, medido en Joules
F es la fuerza ejercida, medida en Newtons
d es el desplazamiento del cuerpo medido en metros  

Ejercicios:  
1.- ¿Cuál es la fuerza aplicada sobre un cuerpo de 5 kg para que se acelere a 8 m/s2?
Fuerza = masa x aceleración      

2.- Para acelerar una partícula de 30 gramos en 50 m/s2, ¿cuál es la fuerza necesaria? F = m x a    

3.- Juan y Pedro tiran de una cuerda en direcciones opuestas en una competencia , pedro ejerce una fuerza de 40 Newtons hacia la derecha, juan ejerce una fuerza de 30 Newtons hacia la izquierda ¿Quién ejerce mayor fuerza y gana la competencia?.      

4.- Para acelerar un cuerpo a 80 m/s2 se aplica una fuerza de 2400 N. ¿cuál es la masa del cuerpo al que se le aplicó la fuerza?
Debes despejar la masa, entonces masa = fuerza / aceleración      

5.- La señora Rosario se sube a la balanza y ésta marca 63 kilogramos, ¿cuál es el peso de Rosario?
Peso = masa x 10      

6.- Si una nube de gas presenta un peso de 6,8 newtons ¿cuál es la masa de esa nube en kilogramos?
Debes despejar la masa          

7.- Una caja presenta un peso de 4850 newtons ¿cuál es la masa de la caja?
Masa = peso / 10      

8.- ¿Cuál es la fuerza resultante aplicada sobre una carretilla, si se aplica un empuje horizontal de 35 N, y una fuerza hacia arriba de 20 N?. como lo indica la figura.        

9.- Para arrastrar un objeto es necesario aplicar una fuerza de 70 Newtons, por 50 metros. ¿Cuál es el trabajo realizado?
Trabajo = fuerza x distancia      

10.- Un automóvil realiza una fuerza de 150 N para avanzar durante 150 metros ¿Qué trabajo debe realizar el motor para moverlo? W = F x d        

11.- Un caballo tira de una carreta durante 15 metros,  realizando un trabajo de 750 Joules. ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre la carreta?
Debes despejar F, desde “W = F x d”      

12.- Se mueve un piano ejerciendo una fuerza de 300 Newtons y realizando un trabajo de 15 mil Joules. ¿Cuántos metros ha sido movido el piano?
Debes despejar “d”, desde W = F x d        

13.- Se empuja un cuerpo con una fuerza de 250 newtons, ejerciendo un trabajo de 1300 joules. ¿Qué distancia ha sido movido el cuerpo?