Tuesday, November 15, 2005

Unidad 8

Efectos de la fuerza
Cualquier acción o influencia que modifica el estado de reposo o de movimiento de un objeto. Es decir, que fuerza es el empuje que pone en movimiento un objeto.
Las fuerzas no sólo producen movimientos, sino que también pueden hacerlos más lentos o más rápidos, cambiar su dirección o deformar objetos.
Mientras más intensa es la fuerza, mayor es su efecto en un cuerpo.
La intensidad de una fuerza se mide en newtons mediante un instrumento llamado dinamómetro. Las fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos.
Para averiguar el efecto combinado de dos o más fuerzas sobre un objeto, hay que considerar la intensidad y la dirección de las mismas.
Si actúan en línea recta, sus efectos se suman o se resta.
La fuerza es una magnitud vectorial, y esto significa que tiene módulo, dirección y sentido.
Al conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo se le llama sistema de fuerzas. Si las fuerzas tienen el mismo punto de aplicación se habla de fuerzas concurrentes. Si son paralelas y tienen distinto punto de aplicación se habla de fuerzas paralelas.
Cuando sobre un objeto actúan varias fuerzas, éstas se suman vectorialmente para dar lugar a una fuerza total o resultante. Si la fuerza resultante es nula, el objeto no se acelerará: seguirá parado o detenido o continuará moviéndose con velocidad constante. Esto quiere decir que todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza resultante no nula.







Representación de la fuerza
Las tres leyes de Newton nos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos a partir de las fuerzas que actuan sobre ellos. Es necesario que conozcamos cuáles son las fuerzas que actuan sobre los cuerpos. En esta sección vamos a comentar brevemente las principales fuerzas que podemos encontrarnos al estudiar el movimiento de un cuerpo.
Las principales fuerzas que nos vamos a encontrar al estudiar el movimiento de un cuerpo son: el peso, la Normal y la fuerza de rozamiento. Veamos cada una de ellas por separado.
El peso es la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los cuerpos que hay sobre ella. En la mayoría de los casos se puede suponer que tiene un valor constante e igual al producto de la masa, m, del cuerpo por la aceleración de la gravedad, g, cuyo valor es 9.8 m/s2 y está dirigida siempre hacia el suelo.
La normal es cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es perpendicular a la de la superficie. De acuerdo con la Tercera ley de Newton, la superficie debe ejercer sobre el cuerpo una fuerza de la misma magnitud y dirección, pero de sentido contrario. Esta fuerza es la que denominamos Normal y la representamos con N.
La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay doscuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia elmovimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar(cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, porejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelorugoso).
Sobre un cuerpo se pueden ejercer diferentes fuerzas y cada una de estas producirá un efecto diferente. Por ejemplo, no es lo mismo emplear fuerza para empujar un carro hacia delante que hacerlo retroceder. Por eso, para distinguir una fuerza de otra se le representa mediante flechas.
· El tamaño de la flecha nos indica la intensidad de la fuerza. Así, cuando más larga sea la flecha mayor será la fuerza.
· La dirección de la flecha indica si la fuerza se ejerce de manera horizontal, vertical u oblicua.
· La punta de la flecha señala el sentido de la fuerza; es decir, hacia donde se dirige esta. Puede ser hacia arriba o hacia abajo; a la izquierda o la derecha.



La fuerza de gravedad
Como hemos dicho en el capítulo anterior, “Strong Force” es simplemente la gravedad medida sobre las mismas fuentes de su nacimiento, es decir sobre la masa nuclear, razón por la cual parece ser tan grande. Hay que considerar en este caso que no podemos medir dicha gravedad con respecto a nosotros sino con respecto a la masa que la produce, y al ser las distancias en los núcleos atómicos casi nulas, el cuadrado de dicha distancia relativa hasta nuestro nivel será enorme. Así pues habría que aplicar la relación de equivalencia entre sistemas 10^23 que es la distancia desde los núcleos atómicos hasta nuestro nivel y elevarlo al cuadro pues la gravedad disminuye con el cuadrado de la distancia. En este caso el resultado sería 10^46 .Al mismo tiempo hay que considerar que los electrones y otros elementos que giran alrededor del núcleo atómico están en equilibrio fuerza de gravedad-fuerza centrífuga y por tanto se puede considerar nula su atracción resultante hacia el núcleo.Así pues la resultante gravitatoria solo actuaría sobre la masa nuclear y dicha fuerza gravitatoria sería enorme como hemos dicho.Ahora bien, para entender mejor el problema podemos trasladarnos a otro sistema equivalente cual es nuestro sistema solar y estudiarlo desde otra perspectiva:En nuestro sistema solar los planetas, asteroides, cometas, etc. giran alrededor del sol y se puede considerar que su atracción hacia el mismo está compensada por la fuerza centrífuga de su giro y por tanto podríamos aceptar que no están condicionados de una manera importante por la gravedad o “strong force” del núcleo.Sin embargo si intentáramos extraer del núcleo solar una masa semejante a la de Júpiter inmediatamente comprobaríamos que esta masa sí está condicionada de manera importante por la gravedad del núcleo, es decir, por su “strong force”.Hagamos un ajuste indicativo del problema:Consideremos al sol con gravedad 10^6 m/s.Una masa aproximada a la de Júpiter podríamos ponerla como 10^27 Kg.Por tanto para extraer una masa de esta tamaño necesitaríamos por los menos 10^33 kgm. de fuerza.Pero como para extraer dicha masa lo que se necesita en realidad es destruir el núcleo solar, para ello necesitaríamos fuerzas que sobrepasaran los 10^40 Kgms. (Nw).En cambio destruyendo el núcleo solar los planetas no necesitarían ninguna fuerza para evadirse del sistema y por tanto podríamos considerar que dichos planetas no están condicionados de una manera importante por la “strong force”.Por tanto, “strong force” es simplemente la gravedad medida sobre los núcleo de los sistemas.--Para más iformación y demostración ver capítulo: Equivalencia entre sistemas

El roce o la fricción
La fricción aparece cuando dos superficies se frotan una en contra de la otra. La fricción puede ser útil o un problema. La película al lado muestra un eje rotando en una barra. Al frotar el agujero, la fricción se traduce en que el eje se frena. Esa es la razón por la cual al hacer girar el eje con la mano, el eje finalmente se detiene.

La fricción es útil pues de lo contrario las ruedas de deslizarían y eventualmente el avance neto sería cero. Si colocásemos el robot sobre hielo o vidrio, este tendría problemas serios para desplazarse.

Distintas superficies tienen distintos coeficientes de fricción. Las superficies muy suaves tales como los pisos de baldosas, tienen poca fricción y el robot se podría deslizar. Los pisos alfombrados tienen una fricción más alta y el robot podría avanzar mejor. O podría ocurrir el caso inverso pues, aparte del piso, hay que considerar –por supuesto- el material del cual están hechas las ruedas.

Podemos beneficiarnos de la fricción. La goma tiene alta fricción. Estas rueditas de goma en la tenaza aumentan la fricción entre la tenaza y el objeto que se quiere atrapar. Así, la tenaza funciona mucho mejor.

La fricción se usa para frenar las cosas. Los frenos de auto o los de bicicleta, usan la fricción para frenar la rotación de la rueda.

El contacto entre tus zapatos y el suelo dificulta el movimiento. Esto ocurre porque siempre que dos superficies se tocan, aparece una fuerza llamada roce o fricción que frena el movimiento; es decir, la fricción hará que un objeto se mueva cada vez más despacio y finalmente se detenga.

La fricción depende de la superficie sobre la que se desliza el cuerpo: cuanto más ásperas sean las superficies mayor fricción habrá. Toda fricción genera calor en los cuerpos que están en contacto. Por ejemplo, cuando frotas tus manos estas se calientan. De la misma manera, las llantas de los automóviles se calientan al rozar el piso.








La resistencia del aire

1. La bala y el aire Todo el mundo sabe que el aire dificulta el vuelo; de las balas, pero son pocos los que tienen una idea clara de lo enorme que es el efecto retardador del aire.La mayoría de las personas piensan, que un medio tan delicado como el aire, cuya resistencia ni sentimos siquiera, no puede dificultar sensiblemente el raudo vuelo de una bala de fusil.

Pero fijémonos en la figura y veremos, que el aire es un obstáculo de extraordinaria importancia para la bala. El arco mayor de esta figura representa la trayectoria que seguiría la bala si no existiese la atmósfera. Después de salir del cañón (con un ángulo de elevación de 45' y una velocidad inicial de 620 m/seg), la bala describiría un enorme arco de 10 km de altura y su alcance sería de cerca de 40 km. Pero en realidad, una bala disparada con el ángulo de elevación y la velocidad inicial antedichos, describe un arco de curva relativamente pequeño y sólo alcanza 4 km. Este arco casi no se nota en la figura al lado del primero. ¡He aquí el resultado de la resistencia del aire!Si no fuera por él, se podría disparar con fusil contra un enemigo que se encontrase a 40 km, lanzando una lluvia de plomo a... ¡10 km de altura!


Tiro de gran alcance Al final de la primera guerra mundial (1918), cuando los éxitos de la aviación francesa e inglesa dieron fin a las incursiones aéreas enemigas, la artillería alemana puso en práctica, por primera vez en la historia, el bombardeo de ciudades enemigas situadas a más de cien kilómetros de distancia. El estado mayor alemán decidió emplear este nuevo procedimiento para batir la capital francesa, la cual se encontraba a más de 110 km. del frente.







La presión y el empuje del agua
Una baja presión de agua suele traer unos problemas muy importantes a la hora de tomar una ducha. Si la presión es baja, la llama del calentador es más débil, con lo que el agua sale fría.
Una de las causas que pueden provocar esta baja presión es que la entrada del contador esté obstruida. Estos contadores de agua suelen tener un filtro y cabe la posibilidad de que no deje que el agua pase correctamente. Para desatascar ese filtro se debe actuar de la siguiente manera. En primer lugar se deben cerrar las llaves de paso a la entrada y a la salida del contador. A continuación se procederá a soltar las tuercas y a sacar el contador. A la entrada se podrá observar el filtro. Es muy parecido al de las lavadoras. Tan solo se tiene que sacar ese filtro, limpiarlo concienzudamente, y volver a colocarlo en su sitio. Es bastante probable que se pueda recuperar parte importante del caudal perdido.
El agua ejerce presión en todas las direcciones sobre los cuerpos que se hayan sumergido, ya que hay más cantidad de agua sobre el objeto. Así un buzo a 30 m. de profundidad soportará una presión cuatro veces mayor que la que soportaría a solo 10 metros de profundidad.
Si tomas una botella de plástico vacía y cerrada con su tapa y tratas de sumergirla totalmente en un recipiente con agua, comprobarás que hay algo que ofrece resistencia y que debes hacer fuerza para lograr hundirla. Esta fuerza que tiende a sostener la botella y evita que se hunda se llama empuje. Debido al empuje, algunos flotan, pero cuando su peso es mayor que el empuje, los cuerpos se hunden.