1.
Enuncia la 3ª Ley de Newton, y explica
con ella por qué cuando estoy en una barca encima del agua, al saltar a la
orilla esta se desliza hacia atrás.
Tercera Ley de Newton: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro,
llamémosla Acción, este responde instantáneamente con otra fuerza idéntica pero
de sentido opuesto.
En el caso de la persona que salta de la barca, con el pie al
impulsarse empuja a la barca hacia atrás, y esta le responde empujándole hacia
delante. Como consecuencia de la primera fuerza, la barca se desplaza hacia
atrás.
2. ¿Cuáles de las siguientes ecuaciones
del movimiento pertenecen a un Movimiento Armónico Simple? ¿Por qué?
a)=4·sen(3x) b) a=2·x2 c) a=7x d) a=3·cos(3x)
En un MAS la
aceleración siempre es proporcional a la elongación o desplazamiento “x”. Por tanto
únicamente cumple con tal condición el caso ( c).
3.
Define Impulso mecánico, y demuestra
su relación con la cantidad de movimiento para una partícula de masa “m” bajo
la acción de una fuerza.
Tenemos un cuerpo
de masa “m”, sometido a la acción de una fuerza “F” durante un intervalo de
tiempo muy pequeño “Δt”. Definimos el vector impulso mecánico como el producto de la fuerza por el intervalo de
tiempo, con unidades en el Sistema Internacional de N·m:
I=F· Δt
Como consecuencia
de la acción de la fuerza, el cuerpo que inicialmente se movía a velocidad v1
ahora se mueve a velocidad v2, por la aceleración provocada.
Planteamos la segunda Ley de Newton:
F=m·a=m· Δv/ Δt
Introducimos
dentro de la variación de la velocidad a la masa, y obtenemos a través de la
cantidad de movimiento p=mv, la expresión pedida:
F=m· Δv/ Δt=m(V2-v1)/ Δt=(mv2-mv1)/ Δt=(p2-p1)/ Δt= Δp/ Δt=F
4.
El aire mueve las aspas de un molino
con velocidad constante. Haz un dibujo esquemático en el que figuren las
magnitudes físicas siguientes: Velocidad del aspa, fuerza y momento de fuerza.
Supón que el viento sólo actúa en el extremo de la pala.
Si dejara de soplar el viento, ¿se pararía inmediatamente de mover
el molino? ¿Por qué?
Si dejara de
soplar el viento, en ausencia de fuerzas no habría momento de fuerzas, y el
momento angular se conservaría. Por tanto debiera seguir girando, pero siempre
hay una fuerza de rozamiento que provoca un momento de fuerza contrario al giro
que hace que se pare.
Para el vector
momento debemos aplicar la regla del sacacorchos, que indica que en el caso de
un tapón, al girar en el sentido de la fuerza, estaríamos cerrando la botella
porque el tapón estaría enroscándose.
3.
En el giro de las aspas por el viento,
sería importante la masa de la pala en su diseño por parte de ingeniero para
saber lo que va costar empezar a mover el aspa. ¿Sólo la cantidad de la masa?
Justifica tu respuesta utilizando la magnitud física correspondiente.
No, porque en los
giros la magnitud física responsable de conservar el estado de movimiento
giratorio es el momento de inercia, que viene a ser: I=(número)·Masa·Longitud2,
por tanto el tamaño del aspa es también muy importante.
4.
Supongamos que estamos en Marte, y
quieres calcular tu peso, ¿lo podrías hacer con g=9,8 m/s2? ¿Por
qué? ¿Podrías encontrar un punto entre Marte y Tierra en el que la atracción
gravitatoria que sufrieras fuera cero? Haz un dibujo en el que sitúes más o
menos ese punto. Cuenta con que la masa de la Tierra es mayor que la de Marte.
No se puede
calcular con el valor de 9’8 porque este es privativo del planeta Tierra,
(dentro del Sistema Solar), ya que ese valor se obtiene de la expresión:
g=G·M/R2
Siendo G la
constante Universal de Gravedad, M la masa del planeta, y R el tamaño del
planeta. Como cada planeta tiene masa y dimensiones diferentes, obtendremos
diferentes valores de g.
En cuanto a la
segunda cuestión, resulta que las fuerzas de gravedad siempre son atracciones,
por lo que si nos situamos entre Marte y la Tierra, cada planeta nos atraerá
hacia sí, y podría haber un punto donde almbas fuerzas se anularan. Como la
masa de la Tierra es mayor que la de Marte, es lógico suponer que este punto de
equiibrio de fuerzas se encuentra más cerca de este último que de la Tierra.
7.Compara las Leyes de Gravedad de
Newton y de COULOMB para las Fuerzas Eléctricas buscando semejanzas y
diferencias entre ellas.
La principal
coincidencia es la expresión matemática, muy llamativa, que hace que sean casi
iguales. Efectivamente son proporcionales a la propiedad de la materia que hace
que aparezca la fuerza, (masa en la gravedad y carga en la eléctrica), e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los dos cuerpos que
interaccionan. Además ambas fuerzas se pueden considerar como fundamentales en
la Naturaleza. (LA eléctrica habrá que retocarla para que acoja los fenómenos magnéticos,
pero a nivel de bachillerato 1º, vale)
Además ambas son
fuerzas centrales y conservativas, asociadas a una energía potencial.
Sin embargo, hay evidentes
diferencias entre ambas. Las fuerzas de gravedad son siempre de atracción
porque sólo hay un tipo de masa. Pero en el caso de las fuerzas eléctricas, al
haber dos tipos de cargas, hay fuerzas atractivas y fuerzas repulsivas, según
el tipo de cargas que interaccionen.
Otra diferencia es
la magnitud de las fuerzas, varios órdenes de magnitud superior en el caso de
las fuerzas eléctricas. Donde además el valor de la constante de
proporcionalidad K, depende del medio en el que se encuentren las cargas,
mientras que G es un valor Universal e independiente del medio.
8.
Un cuerpo de masa m sometido a la
acción de varias fuerzas se mueve desde el punto A, hasta el punto B.
a)
Escribe la ecuación de definición del
trabajo realizado por una de esas fuerzas.
b)
Señala a quien es igual el trabajo
total realizado.
c)
En el caso del trabajo de una fuerza
conservativa, ¿a quién es igual? ¿qué peculiaridad encontramos en este caso?
Respuesta (a), la
definición matemática del trabajo: W=
Respuesta
(b), siempre, siempre, siempre: W=ΔEcinética
Respuesta
(c ): W=-ΔEpotencial
9. Dada
la siguiente gráfica energética, donde en el eje horizontal figura la
separación de la posición de equilibrio medida en cm, y en vertical la energía
en Julios. 
a)
¿Qué
representan las distintas gráficas allí presentes?
b)
¿en
qué punto la Energía cinética y potencial son iguales.
c)
Si
la constante elástica del oscilador fuera mayor que la de este ejemplo, dibuja
sobre la gráfica del ejercicio cómo sería la gráfica de la energía potencial y
de la energía total?
a)
La
morada es la energía potencial, la azul la cinética, y la verde la energía
mecánica.
b)
Más
o menos en x= +-7, vemos que las líneas azul y morada coinciden, por lo que las
energía cinética y potencial son la misma cantidad.
c)
Al
tener un valor de K mayor, la nueva línea morada sería semejante a la que
tenemos en la gráfica pero menos ancha. La he dibujado de color naranja, a mano
alzada.
10.
El estudio de los fenómenos físicos
como es el del movimiento, se pueden hacer a partir de la 2ª Ley de Newton,
pero hay otra forma de abordarlos. En el caso de los cuerpos que caen o son
lanzados en la atmósfera terrestre, y prescindiendo del rozamiento, describe el
método de resolución: magnitudes físicas, Ley Física que lo rige, puedes
ayudarte de un ejemplo, pero no pongas cifras numéricas.
El otro camino que nos muestra la Física en la
resolución de ejercicios viene la mano del Principio de Conservación de la Energía.
Planteamos el caso
de un objeto que cae desde una altura “h”, si queremos conocer con qué
velocidad llega al suelo tenemos que tener en cuenta que en ausencia de fuerzas
de rozamiento, la energía que tenga el objeto en el punto más alto ha de ser la
misma que tenga al llegar al suelo, porque no hay fuerza que al realizar trabajo
“W” aporte o retire energía del objeto.
Por tanto la
energía en el punto más alto, de tipo potencial únicamente Ep=mgh, porque parte
del reposo, ha de ser la misma cantidad que la energía cinética justo ante de
tocar el suelo, Ec=1/2mv2 , ya que no habría energía potencial al
estar a una altura h=0. Igualando ambas expresiones veríamos que podemos
despejar la velocidad de una manera sencilla para su cálculo.
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