Colegio
de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Morelos
ANEXO 1A
FASE DE APERTURA
ACTIVIDADES
¿Donde esta la física?
La aplicación de la física
se encuentra en todo lo que te rodea; en tu cuerpo, tu casa, la escuela, el
universo en general; la tecnología aprovecha los conocimientos de esta ciencia
para proporcionar al hombre cada día una mayor colectividad.
En
equipo comenta y escribe sobre las diferentes formas que el hombre ha
utilizado para realizar sus registros.
Comenta con un compañero del grupo
el concepto de ciencia.
Actividad 2.
Apoya a Polo y forma
equipos de 4, para resolver las
siguientes cuestiones:
¿La física es una ciencia?
Si__________No_________________¿Por que?__________________________
¿Cual es el campo de
estudio de la física?
_________________________________________________________________
¿Es lo mismo ciencia y
tecnología?
Si__________No_________________
¿Porque?_____________________
________________________________________________________________
Explica
como se obtiene un conocimiento científico.
_________________________________________________________________
Explica tres
fenómenos donde se aplique la física.
_________________________________________________________________
Escribe
cinco ejemplos de aparatos o maquinas que tengan un principio físico.
_________________________________________________________________
Individualmente, contesta lo que se te pide. ¿Que
estudia la física?
________________________________________________________________
Ciencias de las que se
auxilia la física.
________________________________________________________________
¿Cuando manejas una
televisión a color a control remoto se trata de ciencia o de tecnología?
______________________ ¿Por
que?_______________________________
______________________________________________________________
¿Que método se utiliza en
física para el estudio de los fenómenos?
______________________________________________________________
¿Que diferencia hay entre
conocimiento empírico y conocimiento científico?
________________________________________________________________
Compara tus respuestas con las de tus compañeros; si
existe alguna duda coméntala y
corrígela en caso necesario.
FASE DE DESARROLLO
ACTIVIDADES
MAGNITUDES
Es
posible medir algunos atributos o cualidades de las personas, animales,
objetos y sustancias como la masa, el volumen, la temperatura, el peso, etc.
La física es la ciencia que se encarga entre otras cosas, de los atributos
medibles de los cuerpos.
En
física denominamos magnitud física a
cualquier característica de los cuerpos que es posible medir. Las magnitudes
se han clasificado en magnitudes Fundamentales y magnitudes Derivadas.
Busca en la bibliografía que tengas a tu alcance cuáles son las
definiciones de cada una, sus diferencias y quienes las conforman en el
Sistema Internacional SI.
Magnitud Fundamental
Definición:__________________________________________________________
Magnitud
Derivada
|
Definición:__________________________________________________________
En parejas completa los siguientes cuadros, de acuerdo a lo que
investigaste con anterioridad. Al finalizar intercambien respuestas con otra
pareja para que cada uno revise y evalué un ejercicio diferente al que elaboraron
MAGNITUD FUNDAMENTAL
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SIMBOLO
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UNIDAD BASICA
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Longitud
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Kg
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S
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Ampere
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Temperatura
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Mol
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Cándela
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MAGNITUD DERIVADA
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NOMBRE DE LA UNIDAD DERIVADA
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SIMBOLO
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EXPRESADA EN UNIDADES DEL SI.
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Frecuencia
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N
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Pascal
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Nxm
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Potencia
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Coulomb
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Volts
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Capacitancia
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ῼ
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Siemmens
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Wb
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Wb/m2
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Flujo luminoso
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Lux
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Medir ha sido siempre una necesidad para el hombre. La medición es una
de las nociones que la ciencia ha tomado del sentido común la cual surgió a
partir de la comparación, porque hacemos comparaciones desde las muy
sencillas y naturales hasta comparaciones expresadas en términos de medidas
numéricas precisas.
Medir una
cantidad es compararla con otra cantidad de la misma magnitud tomada como
referencia. En la antigüedad, las unidades de medida se definían
arbitrariamente y variaban de un país a otro. Esto dificultaba las
transacciones comerciales y el intercambio científico entre las personas y
las naciones.
Esto motivo a
los científicos a proponer patrones de medida definidos con mayor rigor y que
deberían ser reconocidos y adoptados mundialmente. Así surgió el Sistema
Métrico Decimal que hasta nuestros días sigue vigente.
Actividad. 5
Comenta
tus compañeros y responde las siguientes preguntas:
¿En qué se
basaron para establecer un sistema Decimal?
¿Cuál es la
unidad patrón que eligieron para la longitud?
|
¿Para
qué sirven y cómo se usan los prefijos de los múltiplos?
Las
definiciones de las unidades evolucionaron para poder seguir los progresos de
la técnica. Así en 1960 durante la 11ª. Conferencia General de Pesas y
Medidas, se elaboró tomando como base el Sistema Métrico Decimal, un nuevo
sistema denominado Sistema Internacional de Unidades S.I.
En la
actualidad este sistema es aceptado mundialmente. Pero no es el único,
existen otros dos.
El Sistema Cegesimal de unidades, también llamado Sistema CGS o
Sistema Gausiano, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo
y el segundo. Su nombre se deriva de las letras iníciales de estas tres
unidades. Ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de
unidades, aunque todavía continua en uso: muchas de las formulas de
electromagnetismo son más simples en unidades CGS, una gran cantidad de
libros de física las usan y, en muchas ocasiones, son más convenientes en un
contexto en particular. Las unidades CGS se emplean con frecuencia en
astronomía.
El Sistema
Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente
en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el
Reino Unido). Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales
a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra.
Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas
unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de
Unidades.
Organízate en parejas y busca cuáles son las unidades en otros
sistemas de medidas para completar el siguiente cuadro.
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MAGNITUDES
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SISTEMA INTERNACIONAL
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CGS
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SISTEMA INGLES
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Longitud
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Masa
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Tiempo
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Área
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Volumen
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Velocidad
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Aceleración
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Fuerza
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Trabajo
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Potencia
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Presión
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En la vida
diaria puedes emplear diversas unidades para medir la misma magnitud. Para
medir el tiempo que tarda tu compañero en correr cierta distancia empleas el
segundo, pero para medir el tiempo que vive empleas los años. Así, al
emplearse diversas unidades en ocasiones es necesario convertir la cantidad
expresada en una unidad determinada en otra.
En la conversión de unidades es suficiente ejecutar una operación
aritmética:
Basta con multiplicar la cantidad que se desea cambiar por un factor
de conversión.
Para realizar conversiones necesitamos antes su equivalencia, te
presentamos las equivalencias más usadas pero no son las únicas, te
recomendamos que busques y practiques con las que hacen falta.
Veamos cómo
se usan estas equivalencias en el siguiente ejemplo.
Convierte 3 metros a yardas
La equivalencia a utilizar seria
1 yd = 91.44 cm = 0.9144 m
Pero el factor de conversión seria
|
Entonces
si efectuamos la multiplicación de la unidad inicial por nuestro factor de
conversión el resultado sería:
A partir de
este razonamiento, es fácil comprender que es válido multiplicar cualquier
medida por un factor de conversión.
Realiza las
siguientes conversiones y al terminar compara tus respuestas con el resto de
tu grupo.
1) 100 yardas
a metros 6) 7.5
litros a galones
2) 35
kilogramos a Libras 7) 25 libras a
kilogramos
3) 4 galones
a litros 8) 4.9
pies a centímetros
4) 15 cm a
pulgadas 9) 70 m/s
a km/hrs
5) 30 Km/hr a
m/s 10) 27
kg a onzas
Ya que has
terminado asígnate un punto por cada conversión correcta que hayas realizado
Si tienes
de 5 a 7 conversiones correctas ¡Bien! Identifica cuáles fueron tus errores y
aprende de ellos.
Si tienes menos de 5
conversiones correctas ¡Repasa! De nueva cuenta el tópico, y realiza otra vez
el ejercicio con el fin de que identifiques cuáles fueron tus fallos y puedas
corregirlos.
La física
estudia las cosas que se pueden medir. Lo que se puede medir depende en
cualquier momento de la tecnología con que se disponga. En la vida diaria
empleamos algunos instrumentos como el reloj, la regla, la balanza, etc. El
hombre ha diseñado, construido y manipulado una gran cantidad de instrumentos
de medición.
Actividad. 8
|
En
forma individual indaga acerca de los instrumentos de medición, cómo se les
llama, qué unidad miden, cómo se usan y cómo son físicamente. Finalmente
prepara una presentación en power point para entregar al profesor, guárdala en
tu portafolio electrónico
 Mecánica
Mecánica, rama de la física que
se ocupa del movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas. Las
descripciones modernas del movimiento comienzan con una definición cuidadosa
de magnitudes como el desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la aceleración,
la masa y la fuerza. Sin embargo, hasta hace unos 400 años el movimiento se
explicaba desde un punto de vista muy distinto.
Por
ejemplo, los científicos razonaban que una bala de cañón cae porque su
posición natural está en el suelo; el Sol, la Luna y las estrellas describen
círculos alrededor de la Tierra porque los cuerpos celestes se mueven por
naturaleza en círculos perfectos.
|
El físico y astrónomo
italiano Galileo reunió las ideas de otros grandes pensadores de su tiempo y
empezó a
analizar el
movimiento a partir de la distancia recorrida desde un punto de partida y del
tiempo transcurrido. Demostró que la velocidad de los objetos que caen
aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para
objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia
del aire (rozamiento). El matemático y físico británico Isaac Newton mejoró
este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la
aceleración. Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la
velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría
de la relatividad de Albert Einstein. Para las partículas atómicas y
subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría cuántica.
Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento de
Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica (el estudio de las
causas del cambio en el movimiento).
La mecánica
se puede dividir en cuatro bloques principales.
Mecánica Clásica
Mecánica Relativista
Mecánica Cuántica
Teoría Cuántica de
Campos
Actividad. 9
Tú estudiaras la Mecánica Clásica que a su vez se divide en tres
disciplinas más, busca en la bibliografía o en internet que este a tu alcance
las siguientes definiciones.
Cinemática
Estática
Dinámica
Equilibrio
Definimos
la fuerza resultante como una sola fuerza cuyo efecto es igual al de un
sistema de fuerzas en particular. Si la tendencia de un conjunto de fuerzas
es producir un movimiento, la resultante también lo produce. Existe una
condición de equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas externas
que actúan sobre el objeto es igual a cero. Esto equivale a decir que cada
fuerza externa se equilibra con la suma de todas las demás fuerzas externas
cuando existe equilibrio. En consecuencia, de acuerdo con la primera ley de
Newton, un cuerpo en equilibrio debe estar en reposo o en movimiento con
velocidad contante, ya que no existe ninguna fuerza externa que no este
equilibrada.
Cuando un
cuerpo esta en equilibrio, la resultante de todas las fuerzas que actúan
sobre él es igual cero. En este caso, tanto Rx como Ry deben ser cero; por
tanto, para un cuerpo en equilibrio se tiene que:
ΣFx=0 ΣFy=0.
Estas dos
ecuaciones representan un enunciado matemático de la primera condición de
equilibrio, que puede expresarse como se indica a continuación:
Un cuerpo
se halla en estado de equilibrio traslacional
si y solo si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre él es
igual a cero.
|
El
término equilibrio traslacional se emplea para distinguir la primera de la
segunda condición de equilibrio, la cual se refiere al movimiento rotacional.
Actividad. 10
En equipo de 3 resolver los
siguientes ejercicios.
|
Una pelota de 300N cuelga atada a otras dos cuerdas, como se observa en la
figura. Encuentre las tensiones en las cuerdas A, B Y C.
Una pelota de 100N suspendida por una cuerda A es tirada
hacia un lado en forma horizontal mediante otra cuerda B y sostenida de tal
manera que la cuerda A forma un ángulo de 30° con el poste vertical ¿ encuentre
las tensiones en las cuerdas A y B.
Segunda condición de equilibrio.
Un cuerpo puede encontrarse en equilibrio de traslación si la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es cero. Sin embargo, puede estar girando sobre su propio eje, por el efecto que produce un par de fuerzas. Así, la rotación del volante de un automovil se debe a la capacidad que tiene cada fuerza para hacerlo girar, y como, tanto la fuerza f1 y f2 lo hacen girar en el mismo sentido, sus momentos no se neutralizan.
Para que un cuerpo esté en equilibrio de rotación, debe cumplir la segunda condición que dice:
La suma de los momentos o torcas de las fuerzas que actúan sobre él respecto a cualquier punto debe ser igual a cero.
Actividad 11.
En forma individual defina los siguientes términos.
1) Línea de acción
2) Eje de rotación
3) Brazo de palanca
4) Momento de torsión
5) equilibrio rotacional
6) Centro de gravedad
Fricción.
Siempre que
un cuerpo se mueve estando en contacto con otro objeto, se presenta una
fuerza llamada fricción que se oponen a su deslizamiento.
La fricción
es una fuerza tangencial, paralela a las superficies que están en contacto. Existen
dos clases de fuerza de fricción: estática y dinámica o de movimiento.
La fuerza
de fricción estática es la reacción que presenta un cuerpo en reposo
oponiéndose a su deslizamiento sobre otra superficie.
Por lo
anterior, podemos concluir que la fuerza máxima estática (Fme) es
directamente proporcional a la fuerza normal que tiende a mantener unidas
ambas superficies debido al peso, que escrito en forma de ecuación nos
queda:
Si de la
ecuación anterior despejamos
tenemos:
Por
definición, el coeficiente de fricción estático es la relación es la relación
entre la fuerza máxima de fricción estática y normal.
La fuerza
de fricción dinámica tiene un valor igual a la que se requiere aplicar para
que un cuerpo se deslice a velocidad constante sobre otro. Por lo que puede
escribirse:
Al despejar
a
tenemos:
|
Por
definición, el coeficiente de fricción dinámico es la relación entre la fuerza
de fricción dinámica y la fuerza normal que tiende a mantener unidas dos superficies.
La fuerza
de fricción estática será en cualquier situación un poco mayor que la de fricción
dinámica, ya que se requiere aplicar más fuerza para lograr que un cuerpo
inicie su movimiento, que la necesaria para que lo conserve después a
velocidad constante.
Los
coeficientes de proporcionalidad
y
dependen de la rugosidad de las superficies
pero no del área de contacto entre ellas. Al analizar la ecuación anterior se
observa que µ depende únicamente de la fuerza de fricción “F” y de la fuerza
normal “N” entre las superficies. Se debe aceptar, desde luego, que la
ecuación anterior no es fundamentalmente rigurosa, como otras ecuaciones
físicas. Gran número de variables interfieren con la aplicación general de
estas formulas. Sin embargo, las ecuaciones son herramientas útiles para
determinar las fuerzas de resistencia en casos específicos.
|
Actividad 12
En equipo de 2 resolver los siguientes problemas
Una caja de herramientas
de 60 N es arrastrada horizontalmente con una rapidez constante por medio de
una cuerda que forma un ángulo de 35° con el piso. La tensión registrada en la
cuerda es de 40 N. Calcule las magnitudes de las fuerzas de fricción y normal
Problema
2
Una mujer en el aeropuerto jala su maleta
de 20 kg
a una rapidez constante y su correa forma un ángulo θ respecto de la horizontal (figura p5 – 44).
Ella jala la correa con una fuerza de 35 Newton y la fuerza de fricción sobre
la maleta es de 20 Newton.
Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la
maleta.
a) ¿Que ángulo forma la correa con la
horizontal?
b) ¿Que fuerza normal ejerce el piso sobre la
maleta?
|
 Se llama energía
mecánica, a la suma de las energías cinética y potencial de un cuerpo en un sistema
de referencia dado. La energía mecánica de un cuerpo depende tanto de su
posición, pues la energía potencial depende de ella, como de su velocidad, de
la que depende la energía cinética.
Energía
cinética
Energía
que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la
masa y la velocidad del objeto según la ecuación
Ec = (1/2)
mv2
Donde
m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al
cuadrado. El valor de Ec también puede derivarse de la ecuación
Ec = (ma) d
|
Donde a es la aceleración de la masa m y d es la distancia a lo largo de la
cual se acelera. Las relaciones entre la energía cinética y la energía
potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía,
pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer
Energía
potencial
Cuando
el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical.
Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al
objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre
una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la
energía potencial se convierte en energía cinética.
Energía
potencial se determina por la ecuación: Ep= mgh
En compañía de 4
compañeros preparen una exposición para presentarla ante el grupo
de los
siguientes conceptos.
• Definición
de Energía Cinética
• Definición
de energía Potencial
• Ley de la
Conservación de la energía
• Expresiones
matemáticas de ambas energías
• Variables
involucradas y su relación con las energías
• Unidades de
medida.
Al finalizar la
presentación los demás integrantes del grupo llevaran a cabo el ejercicio de
retroalimentación, pidiendo en primera instancia que sean los mismos
integrantes del equipo los que evalúen su actuación, posteriormente el resto
del grupo señalara las áreas de oportunidad así como los aciertos que tuvo
cada presentación.
Actividad. 14
|
El alumno formando
equipos de dos personas resolverá ejercicios en clase, utilizando como guía los
ejemplos expuestos por el profesor.
Así también el docente retroalimentará los conceptos
al pasar a los equipos.
Problema1.
Se lanza verticalmente hacia arriba una pelota de 0.4 kg con una velocidad
de 30 m/s
Calcular:
a)
El valor inicial de la energía cinética trasnacional y potencial
gravitacional
b)
Las energías cinética trasnacional y potencial gravitacional a 15 m de altura
c)
Demuestre que la energía mecánica se conserva.
Problema 2.
Un cuerpo de 4 Kg. se encuentra a una altura de 5m.
a)
¿Cuál es su energía
potencial gravitacional?
b)
¿Cuánto vale su energía cinética trasnacional en el preciso instante
en que el cuerpo está a punto de chocar contra el suelo, al caer libremente?
Trabajo
mecánico
Trabajo, es una cantidad escalar igual al producto de las
magnitudes del desplazamiento y la
componente de la fuerza en la dirección
del desplazamiento
T = Fx * d
T = Fcosθd
T = Fr * d
Joule:
Es igual al trabajo realizado por la fuerza de un newton al
mover un objeto a través de una distancia de un metro en la dirección de la fuerza.
N*m
(joule)
Pie-libra:
Es igual al trabajo realizado por una fuerza igual a una libra
al mover un objeto una distancia
de un pie en la dirección de la fuerza.
Pie*lb
CASOS PARTICULARES:
Cuando: Ø=0º; el trabajo realizado por la fuerza
es positivo: T = +FD
Cuando: Ø=90º; el trabajo realizado por la fuerza
es nulo: T= 0
Cuando: Ø=180º; el trabajo realizado por la
fuerza es negativo: T= -FD
Seguramente tú ya tienes una idea intuitiva de que es el
trabajo, probablemente te imagines que
el trabajo es todo aquello que “cansa”
o requiere “esfuerzo”. El concepto en física de trabajo, varia
del que tiene
la palabra “trabajo” en la vida cotidiana.
Busca la definición de trabajo como se entiende en la vida
diaria y su definición de acuerdo a
la física, su expresión matemática y las
unidades de medida.
Trabajo (vida diaria):
Trabajo (física
Expresión matemática
Si la fuerza y el desplazamiento llevan la misma dirección:
___________________________________________________________________
Si la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo entre ellos:
___________________________________________________________________
Unidades:___________________________________________________________
Actividad. 16
Ejercitación
El Trabajo también se expresa matemáticamente mediante problemas
hipotéticos, practica el
uso de su formula mediante los siguientes
ejercicios.
Problema1.
Un
bloque cuya masa es de 3 kg es jalado por una fuerza de 45 Newton con un
ángulo de 30° respecto a la horizontal, desplazándolo 5 metros. Calcular el
trabajo realizado para mover el bloque.
R= T = 194.85 Joule
Problema
2
¿A que distancia,
se desplazará un cuerpo, si se le aplica una fuerza de 350 N, con un
ángulo
de 60° respecto a la horizontal y se realiza un trabajo de 500 Joule?
R=
d
= 500/175 = 2.85 m
Problema 3
¿Con
que ángulo se desplazará un cuerpo, si sobre él se realiza un trabajo de 825
Joule y se
desplaza una distancia de 5.25 metros, al aplicarle una fuerza de
450 Newton?
|
R= θ = cos-1 0.3492 = 69.5°.
|
