El Aprendizaje Basado en Proyectos (A.B.P.) para Física y Química
30 noviembre 2018
UTILIZACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON EN EJERCICIOS DE DINÁMICA
27 abril 2020

DINÁMICA Y CINEMÁTICA PARA SECUNDARIA. FUERZAS Y MOVIMIENTO

FUERZAS MOVIMIENTO DINÁMICA CINEMÁTICA

FUERZAS Y MOVIMIENTO PARA SECUNDARIA:

En este artículo trataremos de hacer operativo el estudio conjunto de la Dinámica y de la Cinemática, combinadas para centrarnos en los aspectos más relevantes de Física en la Asignatura de Física y Química de los primeros cursos de Secundaria. Con Fuerzas y Movimiento, abordamos pues el uso de la segunda Ley de Newton en situaciones de distribuciones sencillas de Fuerzas para obtener la aceleración y posteriormente con las ecuaciones del Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (M.R.U.A.), obtener las diferentes magnitudes propias de Cinemática. Intentamos por lo tanto no abordar estos dos contenidos (Cinemática y Dinámica) por separado, sino darles sentido conjuntamente.

El material preparado puede ser considerado una Situación de Aprendizaje, tipo Flipped Classrooom (Clase Invertida) para el tratamiento de los dos contenidos en 2º y 3º de la ESO, y como básico para 4º de la ESO, ya que consta de contenido Audiovisual (videos) y actividades al respecto de lo visionado.

OBJETIVO DE LA SITUACIÓN DE APRENDIZAJE:

Aplicar la Segunda Ley de Newton para obtener el valor de la aceleración de un cuerpo sometido a una distribución sencilla de fuerzas (aplicadas en la misma dirección del movimiento esperado) y con este resultado, utilizar las ecuaciones carácterísticas del MRUA (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado) para obtener valores cinemáticos de la situación.

DESCRIPCIÓN DE LOS VIDEOS, ENLACE Y TAREAS RECOMENDABLES CON POSTERIORIDAD AL VISIONADO:

PRIMER VIDEO, FUERZAS Y MOVIMIENTO 1: Breve descripción de los parámetros cinemáticos, posición, velocidad y aceleración. Introducción a la Segunda Ley de Newton y su uso para el cálculo de la aceleración que sufre un cuerpo cuando se le aplica una fuerza horizontal sobre un plano horizontal y acercamiento a la situación cuando se le aplica una Fuerza de Rozamiento conocida. Se resuelve además el siguiente ejercicio:

EJERCICIO FQ23EE2271:

Pretendemos que un cuerpo de 3 kg de masa se mueva bajo la acción de una fuerza de 50 N.

a.-Hallar la aceleración a la que se verá sometido.

b.- Si suponemos que además existe una fuerza de rozamiento de 15 N, hallar el valor de la nueva aceleración.

IR AL VIDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/H7RrLITzdyQ

ACTIVIDAD 1:

Un cuerpo de masa 5 kg, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza igualmente horizontal de 25 N. Hallar la aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

ACTIVIDAD 2:

Un cuerpo de 35 kg de masa, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza horizontal de 65 N. Como consecuencia del contacto entre las superficies, aparece sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de valor 20 N. Hallar la aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

SEGUNDO VIDEO, FUERZAS Y MOVIMIENTO 2: Segunda Ley de Newton y su uso para el cálculo de la aceleración que sufre un cuerpo cuando se le aplica una fuerza horizontal sobre un plano horizontal existiendo una Fuerza de Rozamiento conocida. Utilización de esta aceleración obtenida para calcular, a través de las ecuaciones características del M.R.U.A (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado) la velocidad en un determinado instante. Combinación por lo tanto de dinámica y cinemática. Se resuelve el siguiente ejercicio:

EJERCICIO FQ23EE2272:

Sobre un cuerpo de 15 kg de masa actúa una fuerza de 50 N. Se considera que existe rozamiento, cuyo valor es de 20 N.

a.- Hallar el valor de la aceleración a la que se verá sometido el cuerpo.

b.- Hallar la velocidad que alcanza el cuerpo, partiendo del reposo, si han pasado 3 segundos.

https://youtu.be/1LOW2CUHLrk

ACTIVIDAD 3:

Un cuerpo de masa 5 kg, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza igualmente horizontal de 25 N. Hallar:

a.-  La aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

b.- La velocidad que alcanzará si parte del reposo, al cabo de 5 segundos.

ACTIVIDAD 4:

Un cuerpo de 700 gramos de masa, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza igualmente horizontal de 12 N. Como consecuencia del contacto entre las superficies, aparece sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de valor el 40% de la fuerza aplicada. Hallar:

a.-  La aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

b.- La velocidad que alcanzará si parte del reposo, al cabo de 5 segundos.

TERCER VIDEO, FUERZAS Y MOVIMIENTO 3: Segunda Ley de Newton y su uso para el cálculo de la aceleración que sufre un cuerpo cuando se le aplica una fuerza horizontal sobre un plano horizontal existiendo una Fuerza de Rozamiento conocida. Utilización de esta aceleración obtenida para calcular, a través de las ecuaciones características del M.R.U.A (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado) la velocidad y el espacio recorrido, en un determinado instante. Combinación por lo tanto de dinámica y cinemática.

EJERCICIO FQ23EE2273:

Tenemos un cuerpo de 3 kg de masa, sobre el que actúa una fuerza de 35 N. El rozamiento está presente y tiene un valor de 15 N.

a.- Hallar la aceleración del movimiento.

b.- Hallar la velocidad que se alcanza después de 2 segundos si suponemos que se parte del reposo.

c.- Hallar el espacio que ha recorrido en esos dos segundos.

https://youtu.be/o0AVT7XHPSU

ACTIVIDAD 5:

Un cuerpo de 13 kg de masa, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza igualmente horizontal de 12 N. Como consecuencia del contacto entre las superficies, aparece sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de valor 4 N. Hallar:

a.-  La aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

b.- La velocidad que alcanzará si parte del reposo, al cabo de 5 segundos.

c.- El espacio que recorre en tres segundos, si parte del reposo y se mantiene en el estado que determina la situación que se plantea.

ACTIVIDAD 6:

Un cuerpo de 700 gramos de masa, apoyado sobre una superficie horizontal, se encuentra sometido a la acción de una fuerza igualmente horizontal de 10 N. Como consecuencia del contacto entre las superficies, aparece sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de valor 3 N. Hallar:

a.-  La aceleración que experimentará como consecuencia de la situación planteada.

b.- La velocidad que alcanzará si parte del reposo, al cabo de 5 segundos.

c.- El espacio que recorre en tres segundos, si parte del reposo y se mantiene en el estado que determina la situación que se plantea.

CUARTO VIDEO, FUERZAS Y MOVIMIENTO 4: Segunda Ley de Newton y su uso para el cálculo de la aceleración que sufre un cuerpo cuando se le aplica una fuerza horizontal sobre un plano horizontal existiendo una Fuerza de Rozamiento conocida. Utilización de esta aceleración obtenida para calcular, a través de las ecuaciones características del M.R.U.A (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado) la velocidad y el espacio recorrido, en un determinado instante. Combinación por lo tanto de dinámica y cinemática en un ejercicio simpático.

ACTIVIDAD 7:

José Luis, Saúl y Alberto están haciendo el payaso en el patio del instituto. José Luis y Alberto se suben sentados a una mesa que está en medio del patio y Saúl empuja la mesa con ellos encima con una fuerza de 140 N (Saúl está fuertillo). Como consecuencia del rozamiento de las patas de la mesa con el suelo, aparece una fuerza de rozamiento, que se opone al movimiento de 95 N. Con esta información y los datos que se aportan, responder a las siguientes cuestiones:

a.- Realizar el diagrama de fuerzas, dibujo de la situación. (1,25 puntos)

b.- Nombrar la ley que se aplica en el ejercicio. (1,25 puntos)

c.- Hallar la aceleración del sistema. (2,5 puntos)

d.- Si parten del reposo, hallar la velocidad que alcanzan los locos a los 5 segundos de iniciado el movimiento. (2,5 puntos)

e.- Si parten del reposo, hallar el espacio que se recorre cuando han transcurrido 3 segundos. (2,5 puntos)

DATOS: Masa de la mesa: 25 kg; Masa de Saúl: 75 kg; Masa de José Luis: 80 kg; Masa de Alberto: 82 kg de puro músculo.

Ver el video que resuelve esta actividad 7:

https://youtu.be/MmcEn_4oisg (este video tiene un error, que podría ser interesante intentar descubrir)

https://youtu.be/pyfVwq-1ECo (con error detectado y corregido)

EJERCICIO F2EE2204:

Un cuerpo de 14 kg de masa, que se encuentra sobre una superficie horizontal, moviéndose a 30 m/s, se encuentra que sobre él aparece una fuerza de rozamiento de 7 N, que posiblemente hará que el cuerpo se detenga en el futuro.

a.- Representar la situación planteada.

b.- Hallar la aceleración a la que se verá sometido el cuerpo.

c.- Hallar el tiempo que tarda en detenerse.

d.- Hallar el espacio que recorre hasta que se detiene.

IR AL VIDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/BDOdqpm5OdU

EJERCICIO F2EE2205:

Sobre un cuerpo de 200 kg de masa, inicialmente en reposo, actúa una fuerza de 57 N y se conoce que la fuerza de rozamiento que aparece es de 15 N. En esta situación, responder a las siguientes cuestiones:

a.- Representar la situación planteada (cuerpo, suelo, fuerzas, sentido del movimiento).

b.- Hallar la aceleración a la que se verá sometido el cuerpo (indicando la Ley que se ha utilizado)

c.- Hallar el tiempo que tarda en alcanzar una velocidad de 20 m/s.

d.- Hallar el espacio que recorre en ese tiempo hallado en el apartado anterior.

EJERCICIO F2EE2206:

Domingo y Juan Antonio empujan una caja de 200 kg de masa inicialmente en reposo. Juan Antonio realiza una fuerza de 25 N y Domingo de 22 N. Se observa que la fuerza de rozamiento de la caja con el suelo es el 40 % de la fuerza que hace Juan Antonio y además, como consecuencia del enorme viento que azota la zona, se sospecha que el rozamiento con el aire es del 15% de la fuerza que hace Domingo.

a.- Representar el diagrama de fuerzas la de situación planteada.

b.- Hallar el valor de la aceleración a la que se verá sometida la caja, indicando la Ley que posibilita su obtención con los datos que se aportan. (0,17)

c.- Hallar la velocidad que adquiere la caja a los 7 segundos de iniciado el movimiento. (1,19)

d.- A los 7 segundos de iniciado el movimiento, Juan Antonio y Domingo abandonan la caja a su suerte. Hallar el tiempo que tarda en detenerse y el espacio total que ha recorrido la caja. (17 s; 14,28 m)

LAS FUERZAS EN EL EJE VERTICAL:

3ª LEY DE NEWTON: LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN, «EL TOLETE QUE NO CONOCE LA 3ª LEY». EL PESO Y LA NORMAL.

El peso es la fuerza con la que la Tierra nos atrae, cuando nos encontramos en su superficie. Coincide con el producto de la masa por la gravedad en la superficie de la Tierra (g=9,8 m/s2). Este valor de 9,8 se obtiene a través de la Ley de Atracción Universal de Newton.

EJERCICIO F2EE2207:

Un cuerpo de 17 kg de masa se encuentra sometido a una fuerza de 8,5 N que hace que se mueva en el eje horizontal hacia la derecha. La fuerza de rozamiento que se observa corresponde a 2,5 N.

a.- Representar TODAS las fuerzas que actúan sobre el cuerpo: las horizontales (EJE OX) y las verticales (EJE OY).

b.- Hallar la aceleración.

c.- Hallar el valor de la fuerza Normal (consecuencia de la tercera ley de Newton), aplicando la segunda ley de newton en el eje vertical. (DATO: g=9,8 m/s2)

d.- Si la fuerza de rozamiento se define como Fr=μ·N, hallar el valor de μ (coeficiente de rozamiento).

EJERCICIO F2EE2208:

Un cuerpo de 200 N de peso se encuentra sometido a una fuerza de 18 N que hace que comience a moverse en la horizontal hacia la derecha con una aceleración de 0,4 m/s2. DATO: g=9,8 m/s2

a.- Representar TODAS las fuerzas que actúan sobre el cuerpo: las horizontales (EJE OX) y las verticales (EJE OY).

b.- Hallar la masa del cuerpo.

c.- Hallar la fuerza de rozamiento.

d.- Hallar el valor de la fuerza Normal (consecuencia de la tercera ley de Newton), aplicando la segunda ley de newton en el eje vertical.

e.- Si la fuerza de rozamiento se define como Fr=μ·N, hallar el valor de μ (coeficiente de rozamiento).

f.- Hallar la velocidad que alcanza a los 3 segundos de iniciado el movimiento.

g.- Hallar el espacio que recorre en esos 3 segundos.

IR AL VIDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/Ygd4L5poMyc

EJERCICIO F23EE2281:

Utilizando la 2ª Ley de Newton y aplicándola al eje vertical, con rigor, hallar la aceleración a la que se verá sometido un cuerpo que se deja caer en las proximidades de la superficie terrestre desde una determinada altura.

Con el resultado obtenido, hallar el tiempo que tarda en llegar al suelo un cuerpo que se deja caer desde una altura de 20 m.

DATO: g=9,8 m/s2.

SOLUCIONES: 9,8 m/s2; 2,02 s

IR AL VIDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/Gofr_Ry_rrU

 

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