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SECUNDARIA - 3º ESO - 3 DINÁMICA - FÍSICA Y QUÍMICA - FORMACIÓN
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Pues vamos a seguir con la dinámica y vamos a empezar ya con el estudio de las fuerzas,
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que como sabemos son las causantes de la aceleración. Bueno y como veis en este
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esquema las fuerzas provocan aceleración pero también podemos decir que provocan deformación
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de cuerpos sólidos. Deformaciones que pueden ser elásticas o plásticas según que el sólido tenga
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capacidad para volver a su forma primitiva o no. Por lo demás, recordamos que la fuerza
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se mide en newtons. Esa unidad se escribe con una N mayúscula. Vemos también en este
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esquema que he dividido las fuerzas en dos grandes tipos. Las inversamente proporcionales
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al cuadrado de la distancia y las de muy corto alcance, que nosotros no apreciamos porque
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son las fuerzas que se manifiestan en el interior de, por ejemplo, los núcleos atómicos.
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Recordamos del curso anterior la definición de Newton. Digamos que es la fuerza necesaria
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para conseguir que un cuerpo que tiene una masa de un kilogramo se acelere un metro por
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segundo cuadrado aproximadamente un newton viene a ser el peso de 100 gramos
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porque todos tenemos claro que el peso es una fuerza en concreto la fuerza con
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que la tierra atrae a los cuerpos que están cerca de ella
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así que a partir de ahora ya distinguiremos
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masa de peso. No diremos más que tal cosa pesa un kilogramo. Tendremos que decir que tal cosa tiene
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una masa de un kilogramo. Por cierto, las fuerzas son vectores, así que las tenemos que escribir con
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estas flechas de longitud proporcional a su módulo y con la dirección adecuada. Como ya sabemos,
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sumar vectores podemos entender perfectamente lo que es el equilibrio. Esto es, cuando todas
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las fuerzas aplicadas a un determinado objeto se neutralizan, es decir, su suma da cero.
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Y recordemos que con fuerza neta cero el cuerpo se mantiene en su posición de reposo o movimiento
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a velocidad constante, por la inercia. Por esto tendremos equilibrio estático, equilibrio
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dinámico. Este último cuando el cuerpo se mantenga en movimiento, pero, insisto, a velocidad
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constante. Volviendo al esquema inicial, vemos que la fuerza gravitacional es precisamente
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la más fácil de entender y históricamente la primera que nos introdujo en este mundo
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de la dinámica. Fue Newton quien, precisamente investigando el tema de la rotación de los
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planetas y de la Tierra alrededor del Sol, descubrió esta fórmula, que vale tanto para
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la manzana que se cae del árbol, para la Luna que gira alrededor de la Tierra y para
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cualquier fuerza aplicada a cualquier objeto que le acelera. Esto es, cambia su
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velocidad ya sea de módulo o en dirección.
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La primera consecuencia de esta fórmula ya la sabemos y es que la masa es su
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factor inercial. La segunda también la vemos clara y es
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que si la aceleración es constante esto será porque la fuerza es constante.
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Por cierto, la aceleración debida a la fuerza-peso viene a ser constante si no nos separamos mucho de la superficie terrestre.
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Esta aceleración la denominamos generalmente con la letra G, G de gravedad, claro.
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Y su valor medio viene a ser de 9,8 metros por segundo cuadrado.
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Así que ya podemos calcular cada uno qué peso tenemos, esto es, qué fuerza ejercemos sobre la superficie terrestre
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Por favor, molestaros en hacer este pequeño cálculo
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Así que podemos decir que todo comenzó cuando Newton trató de describir matemáticamente
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tanto el postulado de inercia de Galileo como las leyes de movimiento planetario de Kepler
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Este era el movimiento planetario descrito por los antecesores de Newton
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en concreto por Kepler, como acabo de decir
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Si todas las fuerzas producen una aceleración con esta misma fórmula
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digamos la de la manzana
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entonces podemos averiguar qué fuerza mueve a los planetas alrededor del Sol
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El gran científico que era Newton se dio cuenta de que esta fuerza
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En primer lugar, es central, es decir, mantiene a los planetas alrededor del Sol.
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En segundo lugar, depende inversamente con el cuadrado de la distancia que separa al Sol.
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O sea, a doble distancia del Sol, la aceleración que tienen los planetas disminuye la cuarta parte.
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Y comparando la fuerza de atracción del Sol hacia los planetas,
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con la que tiene, por ejemplo, la Tierra sobre la Luna o Marte sobre sus dos satélites
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entendió que esta fuerza es proporcional a la masa central
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con lo que finalmente la fuerza de atracción gravitatoria
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porque hay que resaltarlo, la fuerza de gravedad solo es de atracción
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se describe así
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Esto es, la fuerza de atracción entre dos masas, M mayúscula y M minúscula, es directamente proporcional a su producto e inversamente proporcional a la distancia que la separa.
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separa. La G es una constante que tiene este valor, 6,67 por 10 a la menos 11, en el sistema
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internacional, es decir, cuando las masas las escribimos en kilogramos y la distancia
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en metros. Y os dejo con un ejercicio que calculéis esta expresión. La constante G,
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que llamaremos constante de gravitación universal, multiplicada por la masa de la Tierra
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y dividida por su radio al cuadrado.
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El resultado se dará en metros por segundo al cuadrado.
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Esto es, es una aceleración.
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Y supongo que tenéis claro que esta fuerza se ejerce en los dos cuerpos que se atraen
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y la dirección es justamente la que une sus centros.
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Con esta fórmula matemática, Newton nos ayudó a entender cómo funcionan los astros, por lo menos a la escala en que nosotros los observamos.
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Bueno, esta escala e incluso escalas mayores, como las propiedades galaxias, las manzanas que caen del árbol, etc.
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Así que ahora tenemos otra visión del concepto masa.
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Teníamos claro que la masa era un factor inercial, esto es opuesto a las aceleraciones,
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y ahora tenemos que también la masa es justamente lo que propicia una aceleración, esto es
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una fuerza, la fuerza de gravitación.
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Y lo peor es que en valor numérico ambas masas, la inercial y la gravitacional, coinciden.
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Otro gran físico, en este caso Albert Einstein, fue quien notó esta extraña coincidencia
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y le dio la explicación física, más allá del puro formalismo matemático que había
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establecido Newton.
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Esto le costó replantearse lo que es el espacio y lo que es el tiempo, que para Newton eran
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entidades absolutas. Y como sabéis, Einstein las relativizó. Así que, en concreto, la
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gravitación se entiende actualmente como una deformación del espacio. Bueno, de momento
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quedados con la fórmula de arriba, la fórmula de la fuerza de gravedad, que nos sirve para
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lanzar cohetes, hacer puentes, etcétera. Y por supuesto para hacer los ejercicios
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que os voy a proponer esta misma tarde. Así que ya damos por visto una de las
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cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, que es la fuerza gravitatoria.
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Las electromagnéticas las veremos más adelante
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Y las nucleares, pues no las vamos a ver en este curso.
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Sin embargo, sí vamos a ver una fuerza que, aunque no es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza,
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es muy importante en nuestra vida cotidiana.
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Se trata de la fuerza de rozamiento, que también se opone al movimiento de los objetos,
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pero no es una inercia, es una fuerza.
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Y como tal, es decir, como vector, tendremos que tratarla.
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Como su origen está en las pequeñas rugosidades de las superficies en contacto,
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resulta que disminuye cuando estas superficies están más pulidas.
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Y en general podemos decir que es proporcional a la fuerza que unen estas dos superficies.
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Si las superficies están en horizontal, esa fuerza será justamente la fuerza peso.
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Pero en un plano inclinado, no toda la fuerza peso es perpendicular a la superficie de deslizamiento.
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En este caso podéis ver que solo es la componente N y la fuerza de rozamiento es proporcional a esta componente N.
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La proporcionalidad entre f sub r y n viene dada por un coeficiente de rozamiento, que dependerá de la rugosidad de estas superficies.
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En esta web os podéis divertir jugando con diversos parámetros, sobre todo con el ángulo de inclinación,
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porque como habréis deducido, cuanto mayor es el ángulo de inclinación
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menor vale la componente n y por lo tanto
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menor rozamiento hay. Y bueno, eso es todo por este tema
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el tema de la dinámica. Hemos visto la segunda
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ley de Newton, la que normalmente escribimos como fuerza
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igual a masa por aceleración. Hemos visto lo que es
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una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza que es la fuerza
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gravitatoria y hemos visto también una fuerza bastante importante en nuestra
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actividad cotidiana como es la fuerza de rozamiento.
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Estad atentos al Padlet porque os voy a proponer una serie de ejercicios
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relacionados con todos estos conceptos.
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Gracias.
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- 26 de marzo de 2020 - 20:54
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