Fuerzas: normal y tensión.
Ajuste de pantallaEl ajuste de pantalla se aprecia al ver el vídeo en pantalla completa. Elige la presentación que más te guste:
Bueno, vamos a hablar de magnitudes y de fuerzas. La fuerza es una magnitud, magnitud sabemos
00:00:00
que es cualquier cosa que se puede medir, y pueden ser dos tipos, escalares y vectoriales.
00:00:08
Las escalares solamente necesitamos indicar el valor, pues la magnitud queda perfectamente
00:00:13
definida. Por ejemplo, yo digo que la masa vale 5 kg y eso significa que yo me imagino
00:00:17
algo de 5 kg, no necesito decir más, o que hoy estamos a 25ºC y también queda perfectamente
00:00:22
definido. Mientras que con las magnitudes vectoriales son aquellas que necesitamos
00:00:29
indicar no sólo el valor de la magnitud, sino su dirección y sentido. Porque si yo
00:00:33
digo que he avanzado 3 metros, lo siguiente que tendré que decir es hacia dónde, hacia
00:00:37
arriba, hacia abajo, hacia un lado o hacia otro. O, si yo ejerzo una fuerza de 6 N, tendré
00:00:42
que decir en qué dirección la ejerzo. Por tanto, todas las fuerzas van a ser vectoriales.
00:00:48
Entonces, podemos definir fuerza como toda gente capaz de modificar la cantidad de movimiento
00:00:53
o la forma de los materiales. En las fuerzas, cualquier cuerpo, simplemente de tener masa,
00:01:00
todos los cuerpos tienen una fuerza que ya conocemos que se denomina peso. Por tanto,
00:01:09
como podemos ver, el peso es la fuerza que van a tener todos los cuerpos y se va a medir
00:01:17
en N. Y la fórmula, que también la conocemos ya, es masa por gravedad, m por g. La masa
00:01:22
tiene que ir siempre en kilogramos, importante, siempre en kilogramos, y la gravedad siempre
00:01:28
en metros segundo cuadrado. Siempre tenemos que saber la gravedad de la Tierra, recordar
00:01:32
que es 9,8 metros segundo cuadrado, pero en cualquier otro planeta nos darían la gravedad
00:01:37
y sería simplemente múltiplo. Pero claro, hemos dicho antes que el peso o la fuerza
00:01:42
tiene que ser una magnitud vectorial, es decir, hay que indicar. Por tanto, siempre
00:01:48
que escribamos la fórmula del peso, pondremos una rayita arriba, un vector arriba, una flechita
00:01:52
encima de la letra, que significa que es una magnitud vectorial. Y en la gravedad también,
00:02:01
la masa, ya hemos dicho eso antes, que es una magnitud escalar y, por tanto, no es faltamente.
00:02:06
Por tanto, siempre es importante que aparezca así. ¿De acuerdo?
00:02:09
Podemos definir también una nueva fuerza, que se llama una fuerza normal, que es una
00:02:15
fuerza que se opone, contra esta, a todas las fuerzas que aparecen en el eje Y. Acabamos
00:02:19
de decir que hay un peso, que sería este de aquí, y por la tercera ley de Newton,
00:02:22
la ley de acción y reacción, que veremos el año que viene en cuarto, existe una fuerza
00:02:29
de sentido contrario, pero de módulo igual, que se opone al movimiento. Esa fuerza es
00:02:35
esta fuerza de aquí, si veis es exactamente igual, pero en sentido contrario, y se denomina
00:02:40
normal. Esa sería la fuerza normal. Y también tiene un carácter vectorial, es decir, también
00:02:44
se le debe poner el vector arriba, para indicar que efectivamente ha cambiado. Entonces, pensando
00:02:53
en los cuerpos, lógicamente cuando yo tengo que hacer una fuerza sobre un cuerpo, para
00:03:01
moverlo, por ejemplo, hacia la derecha, en todos estos casos, no costará lo mismo,
00:03:05
el bloque 1, este bloque de aquí, no será igual de mover que este cuerpo de aquí. ¿Por
00:03:13
qué? Porque lógicamente uno tiene más masa que el otro. Pero aparte, tampoco será igual
00:03:21
mover este cuerpo, que es de madera, frente a este, que es de granito. Es decir, lógicamente
00:03:26
el granito pesará mucho más y costará mucho más moverlo. Es decir, la fuerza que
00:03:33
tenga que hacer esa persona para poder moverlo, tiene que ser mucho mayor. Entonces, esa fuerza
00:03:36
es lo que vamos a ver. Nosotros miramos bien esta parte de aquí, esa pequeña, ¿vale?
00:03:41
Lo pudiera ampliar mucho, mucho, mucho con un micrófono. En función de los materiales
00:03:48
que tengamos, en función de las sustancias o de los cuerpos que estemos moviendo, existe
00:03:54
un rozamiento. Si nosotros miramos, veríamos que las superficies no son perfectamente lisas,
00:03:59
sino que son rugosas. Esas rugosidades que vemos aquí, ¿vale? Son las que hacen que
00:04:06
vayan encajando unas con otras y, por tanto, el movimiento no sea fluido, sino que existe
00:04:10
una fuerza de rozamiento. Si yo lanzo algo y lo dejo, llega un momento en que por rozamiento
00:04:16
se para. Eso que hace que se pare es la fuerza de rozamiento y eso depende de un coeficiente
00:04:23
de rozamiento. Ese coeficiente de rozamiento, que lo tenemos aquí y se simboliza con la
00:04:29
letra NU, es un coeficiente que expresa la oposición al movimiento que ofrecen las superficies
00:04:34
de dos cuerpos en contacto. Es decir, ese valor, que es NU, siempre depende de dos superficies
00:04:38
distintas y es importante saber que siempre va a estar entre el valor de 0 y 1. Es decir,
00:04:43
0.3, 0.5, 0.99 o 0.05, ¿vale? Pero siempre va a estar ahí en medio. Por ejemplo, en este ejemplo
00:04:49
podemos ver los coeficientes. Hay dos tipos de coeficientes de rozamiento, estático y dinámico.
00:04:56
El estático, lógicamente, es cuando empezamos a movernos. El dinámico es cuando ya no estamos
00:05:01
moviendo. Siempre que empezamos a mover algo nos cuesta más que cuando ya se está moviendo. Por
00:05:05
lo tanto, el coeficiente estático siempre será mayor que el dinámico. Y aquí podemos ver un
00:05:13
montón de ejemplos sobre coeficientes estáticos y dinámicos. Si observamos, siempre el estático
00:05:18
es mayor que el dinámico. Y en función de las superficies que yo ponga a mover, pues sea más o
00:05:22
menos. Fijaros, acero sobre hielo, el estático, el acero sobre hielo, es muy difícil de mover. O el
00:05:26
vidrio sobre vidrio. En cambio, fijaros, el esquí sobre nieve, es decir, yo sobre nieve, o hielo
00:05:32
sobre hielo, desliza muy fácil. Tienen un valor muy pequeño, ¿vale? De 0.1. El estático, que es el
00:05:38
más alto. Fijaros, el dinámico, una vez que yo me estoy moviendo, es muy sencillo mover algo sobre
00:05:45
esta parte de ahí. Continuamos entonces. La fuerza de alzamiento va a venir dada por la fórmula de
00:05:50
fuerza de alzamiento es igual a no por la normal. Y ya vimos antes que esa normal dependía, a su vez,
00:05:56
del peso. Solamente en planos horizontales. En planos inclinados, que es un temario de cuarto,
00:06:03
en planos inclinados será de otra forma. Pero para nosotros, ahora mismo, sería solamente el
00:06:09
alzamiento, no con la normal. Por lo tanto, podemos ahora calcular el peso de un cuerpo de
00:06:14
200 kilogramos en la tierra. El peso sería igual a la masa por la gravedad, es decir, 200 por 9,8
00:06:20
serían 1960. ¿Un cuerpo de 50 kilos en la luna? Pues sería masa por gravedad nuevamente,
00:06:34
50 por 1,96 que me da 98. Ese sería el peso. ¿Cuál sería la normal? Si un cuerpo, el peso de un
00:06:43
cuerpo en la tierra de 200 kilos, ya lo hemos calculado antes, son 1960 newtons. Si no influye
00:07:02
nada más, la normal es igual al peso y también son 1960 newtons. En el caso de abajo, el peso
00:07:07
eran 98 newtons. Por tanto, también hemos dicho antes que la normal es igual al peso, que son 98
00:07:17
newtons. Esto no cambia en absoluto. Por tanto, la fuerza mínima que debemos aplicar para un cuerpo
00:07:26
de 50 kilogramos será, en un cuerpo que yo tenga así, la fuerza que yo tengo que aplicar para allá,
00:07:34
tiene que ser, al menos, esa fuerza deberá ser mayor que la fuerza de rozamiento. Por tanto,
00:07:40
la fuerza de rozamiento sabemos que es nu por la normal. Esa fuerza de rozamiento, todas vectoriales.
00:07:46
Esa normal, ya hemos visto antes, que es igual al peso. Por tanto, el peso es la masa por la
00:07:55
gravedad, que son 50 por 0,2 que son 10 newtons. Esos 10 newtons sería el peso que tendría. Entonces,
00:08:06
la fuerza de rozamiento que yo tendría que ejercer es nu por la normal, es decir,
00:08:21
nu en este caso por el peso, es decir, 0,2 por 10 son 2 newtons. Por tanto, si yo ejerce una
00:08:28
fuerza superior a 2 newtons, el cuerpo se moverá. Y el cuerpo se moverá en esa dirección. En esa
00:08:38
dirección de ahí. En cambio, si yo ejerce una fuerza menor de 2 newtons, el cuerpo simplemente
00:08:44
no se mueve. La fuerza mínima que debemos aplicar para mover un cuerpo de 25 kilos sobre una
00:08:49
superficie con un coeficiente de rozamiento de 0,4 es exactamente igual que antes. Tendríamos que es
00:08:56
la fuerza de rozamiento, que es nu por la normal, que es, en este caso, nu por el peso. Yo os digo
00:09:02
que es solamente porque es un plano horizontal y yo quiero mover el cuerpo hacia allá con una
00:09:08
fuerza mínima. El peso, ya hemos dicho antes que es la masa por la gravedad. Es decir, en este caso
00:09:13
sería la fuerza de gravedad igual a la masa, que es 25 por 9,8, que en total son 245 newtons. Ese
00:09:23
sería el peso del cuerpo que tenemos que mover. Por tanto, la fuerza de rozamiento de ese cuerpo
00:09:35
sería nu por la normal. Como hemos dicho que la normal es igual al peso, sería 0,4 por 245, que eso da
00:09:41
98 newtons. Es decir, con una fuerza superior, con una fuerza mayor de 98 newtons, conseguiría
00:09:52
mover el cuerpo en esa dirección. Si la fuerza fuera menor, pues nunca lo podría mover.
00:10:01
Entonces, calcula la fuerza mínima que tendrá que hacer un astronauta de Marte para mover su cuerpo
00:10:06
80 kilos sobre la superficie de su nu dinámico y su nu estático. Recordamos antes que hemos dicho que
00:10:11
la fuerza de rozamiento es nu por la normal. Es decir, es nu por el peso. Es decir, el peso en este caso es la
00:10:16
masa por la gravedad. Es decir, 80 por... Fijaros que ahora estamos en Marte, que es 3,71 y esto da 80 por 3,71
00:10:29
produce 296,8 newtons. Por tanto, en este caso son nu, fijaros que hay dos nu, el dinámico y el estático.
00:10:40
Hemos dicho que siempre vamos a utilizar el coeficiente de rozamiento estático, porque el dinámico supone
00:10:51
que ya se está moviendo y la inercia es menor. Entonces, en este caso tenemos que coger ese 0,5
00:10:58
importante, ese estático, por 296,8 que me da en total 148,148,4 newtons. Ese sería el rozamiento que existe.
00:11:02
¿O la fuerza de rozamiento qué tal? Si yo hago una fuerza superior a 148,4, 128,5, 129,150, 2000, 20.000,
00:11:23
tendríamos una fuerza de rozamiento mucho mayor. Se podría mover sin problema. Vamos a ver también
00:11:31
la segunda ley de newton, en el caso de tensiones, y nos dice que el sumatorio, este símbolo que
00:11:37
aparece aquí, es el sumatorio. A muchos seguramente os suena, porque muchas veces vemos esto, que significa
00:11:44
la suma de todos los madrileños, y ese sumatorio significa que voy a sumar todas las fuerzas que
00:11:52
aparezcan en un eje, en el eje x o en el eje y. En nuestro caso, este año, sólo vamos a utilizarlo de
00:11:56
momento, en este tipo de problemas, en el eje y. El sumatorio de todas las fuerzas que ocurra es
00:12:02
igual a la masa por la aceleración. Es decir, yo voy a tener todas las fuerzas en el eje y, igual que
00:12:09
antes tenía la fuerza y el peso y la normal, pues las voy a poder sumar y restar, y eso lo voy a hacer
00:12:15
igual a la masa por la aceleración que tenga un cuerpo. En este caso, por ejemplo, si os fijáis,
00:12:20
vamos a hablar de ascensores. Un ascensor puede subir o puede bajar y, por tanto, la aceleración,
00:12:27
si el ascensor sube, la aceleración irá hacia arriba, si el ascensor baja la aceleración irá
00:12:32
hacia abajo. Podemos ver cómo en un ascensor normal existe el cable del ascensor que estaría ahí.
00:12:36
¿Qué fuerzas existen? Pues va a existir hacia abajo un peso, ya lo sabemos, y hacia arriba va a existir
00:12:45
una fuerza que se llama tensión del cable. De hecho, todos los cables están tensionados y, si no existiera
00:12:50
esa tensión, el cable quedaría flácido y, por tanto, caería y se movería continuamente.
00:12:57
Entonces, esa tensión y ese peso voy a tener que contrarrestarlos. Es decir, voy a sumarlos o voy a
00:13:03
restarlos en función de la aceleración. ¿Qué es lo que ocurre? Pues lo que ocurre es lo siguiente. En el caso
00:13:09
de que el ascensor suba, si el ascensor sube, si el ascensor lo que hace es subir, voy en el sentido,
00:13:13
como hemos dicho antes, que la tensión va hacia arriba y el peso hacia abajo y el ascensor sube,
00:13:23
tensión menos peso. Esto sería el sentido positivo. Por tanto, la tensión es positiva, el peso es
00:13:29
negativo. En cambio, cuando el ascensor baja, y también existe este peso y también existe esa
00:13:37
tensión, si el ascensor baja, la aceleración hacia abajo es positiva, por lo tanto, el peso va a ser
00:13:46
positivo y, por lo tanto, la tensión va a ser negativa. Entonces, si yo doy todos los valores,
00:13:52
podremos plantear el resultado. Por ejemplo, calculo la tensión de un cable de un ascensor
00:13:57
que tiene más de 600 kilos y sube la aceleración. Si sube la aceleración, hemos dicho que yo tengo
00:14:04
mi ascensor, la tensión, el peso, la masa son 600 kilogramos y sube la aceleración de 2 metros
00:14:08
segundo cuadrado. Por tanto, todo, como hemos dicho, que sube todo lo que va hacia arriba va a ser
00:14:22
positivo, así que la tensión será positiva y, por tanto, el peso será negativo. Así que utilizaré
00:14:29
tensión menos peso es igual a la masa por la aceleración. El peso lo puedo calcular con esa
00:14:34
masa. El peso es igual a la masa por la gravedad, que son 600 por 9,8, que son
00:14:43
5.880. Es decir, la tensión menos 5.880 es igual a la masa, que son 600 por 2. La tensión son
00:14:55
1.200 más 5.880, total 7.080. Ese sería el resultado de la tensión del cable.
00:15:11
Esta tensión soporta el cable. En cambio, en vez de subir, el ascensor baja, pues fijaros que otra
00:15:23
vez tengo una tensión. El ascensor está bajando, por lo tanto, me interesa que el peso, perdón,
00:15:31
el ascensor está bajando, por tanto, la aceleración será positiva, el peso sea positiva y la tensión
00:15:37
negativa. Es decir, será peso menos tensión es igual a la masa por la aceleración. Entonces,
00:15:42
el peso es otra vez lo mismo de antes, 5.880 menos la tensión es igual a la masa, que son 600 por 2.
00:15:51
Si despegáis despacio, 5.880 menos 1.200 menos 1.200 es igual a la tensión. Le podemos sacar que
00:16:01
la tensión son 4.680. Si os fijáis, la tensión siempre será menor siempre que baje. ¿De acuerdo?
00:16:10
Y, por último, calcula la tensión del cable de un ascensor que tiene masa 600 kilogramos y baja
00:16:19
a una velocidad de 2 metros por segundo. Fijaros, si baja a una velocidad constante de 2 metros por
00:16:24
segundo, velocidad 2 metros por segundo, ya vimos el año pasado lo que eran los MRU y los MRUA,
00:16:29
en un MRU, porque es una velocidad constante, la aceleración es cero. Por lo tanto, cuando yo planteo
00:16:36
que peso menos tensión, porque está bajando y como baja, es peso menos tensión, es la masa por la
00:16:46
aceleración, 5.880 menos la tensión es 600 por cero. Es decir, ese cero hace que se anule y, por lo
00:16:53
tanto, la tensión va a ser exactamente igual al peso, 5.880 newton. Fijaros que siempre que esté
00:17:04
parado o siempre que baje va a ser una tensión de igual al peso. ¿De acuerdo? Hasta aquí creo que
00:17:11
más o menos tenemos eso. Si está parado, lo que hemos dicho ahora, el peso es igual a la tensión,
00:17:18
que son 5.880 newton. Hasta aquí el tema de fuerza rozamiento, tensión y normal. Muchas gracias.
00:17:24
- Idioma/s:
- Subido por:
- José R.
- Licencia:
- Reconocimiento
- Visualizaciones:
- 4
- Fecha:
- 18 de julio de 2023 - 10:08
- Visibilidad:
- Clave
- Centro:
- CPR INF-PRI-SEC VILLAMADRID
- Duración:
- 17′ 34″
- Relación de aspecto:
- 4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
- Resolución:
- 1024x768 píxeles
- Tamaño:
- 80.53 MBytes
