¿Y para qué la matemática y la física?: Física 10

SEMANA DE TRABAJO 5, 6, 7 y 8 - TERCER PERIODO: AGOSTO 31 - SEPTIEMBRE 25

LEYES DE NEWTON

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Semana de trabajo 5-8: agosto 31 – septiembre 25 de 2.020

FECHA DE ENTREGA ACTIVIDAD: 25 DE SEPTIEMBRE

Derechos básicos de aprendizaje:

1. Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

Predice el equilibrio (de reposo o movimiento uniforme en línea recta) de un cuerpo a partir del análisis de las fuerzas que actúan sobre él (primera ley de Newton).

Tema 1: Leyes de Newton

La fuerza, características de las fuerzas:

¿Qué es una fuerza? Se denomina fuerza cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

Las fuerzas tienen distintos orígenes. Por ejemplo, la fuerza aplicada a un cuerpo por la acción del ser humano, la atracción de la Tierra, la tensión de una cuerda, las producidas por fenómenos electromagnéticos, la fricción producida por dos superficies.

Aplicación de fuerzas y su influencia en el movimiento:

Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo que se encuentre en reposo o movimiento, esta produce un cambio en su movimiento, su dirección y en algunos casos deformar el cuerpo. Por ejemplo, al patear un balón se cambia su dirección, se altera el movimiento y alguna variación en el balón.

Una aplicación importante de las fuerzas, es la conocida como palanca, consiste en utilizar un medio (palo, varilla) para mover o empujar otro cuerpo con la acción producida por el ser humano, observa la figura:

Fuerza Neta:

La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo equivale a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Por ejemplo, al desplazar un cuerpo sobre una superficie rugosa, actúan fuerzas como: la fuerza humana para ejercer el movimiento, el peso del cuerpo ejercido por cuenta de la fuerza de la gravedad, la fuerza de rozamiento producida entre el cuerpo y la superficie, entre otras. La suma de estas fuerzas se conoce como fuerza neta.

La fuerza al ser una magnitud vectorial podemos sumar sus componentes (x, y).

La figura anterior se denomina diagrama de fuerzas o diagrama de cuerpo libre, este nos permite hacer un resumen de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. La suma de estas fuerzas es equivalente a la fuerza neta.

Unidades de la fuerza:

En el Sistema Internacional de unidades (SI) la unidad fundamental de la fuerza es el Newton (N). Un Newton equivale a la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo de 1 Kg masa para comunicarle una aceleración de 1 m por segundo cuadrado.

Otra definición de Newton es: equivale a la fuerza necesaria para sostener un cuerpo de 102 gramos en la Tierra, por tanto, una fuerza de 1 N = 102 gramos - fuerza (g- f).

Medición de fuerzas:

La intensidad de una fuerza se determina por medio de un instrumento conocido como dinamómetro, que consiste en un resorte graduado que al deformarse permite medir el valor de dicha fuerza:

PRIMERA LEY DE NEWTON – LEY DE LA INERCIA

El principio de inercia:

“Todo cuerpo conserva indefinidamente su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si sobre él no actúa ninguna fuerza o si las fuerzas que se la aplican tienen resultante nula (fuerza neta es igual a cero)”

En la imagen podemos observar un ejemplo en donde la resultante de la fuerza neta es nula, la piedra permanece en reposo ya que la suma de las fuerzas que actúan sobre la piedra es cero.

Fuerzas comunes:

En el estudio de la dinámica nos encontramos con las siguientes fuerzas comunes:

1. El peso de los cuerpos (w): Todo cuerpo que encuentre cerca o en las proximidades de la Tierra es atraído hacía el centro del Tierra por acción de la gravedad. Esta fuerza se denomina peso, se presenta vectorialmente como un vector vertical dirigido hacia abajo (centro de la Tierra).

2. La fuerza de rozamiento (Fr): se produce debido a que las superficies en contacto no están bien pulimentadas (alisadas, limadas). Al aplicar una fuerza a un objeto (empujar) hay una resistencia compuesta por el peso del mismo, y además, por una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento y que su dirección es contraria a la que se está aplicando.

La fuerza de rozamiento depende de dos factores principales, el coeficiente de rozamiento y la fuerza normal:

a. El coeficiente de rozamiento: se representa con la letra u que se lee “mu”, es adimensional, es decir, no tiene unidades de medida, puede ser de dos clases:

Fuerza de rozamiento estático: es la fuerza para que un cuerpo tienda a moverse.

Fuerza de rozamiento cinético: una vez que el objeto ya está en movimiento, en necesaria una fuerza de magnitud mayor a la fuerza de rozamiento cinético o dinámico para que el cuerpo continúe en movimiento. Debido a que el objeto y la superficie siguen en contacto durante un tiempo.

La fuerza de rozamiento se determina de la siguiente manera:

Por tanto, la fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal.

3. La fuerza normal (FN): se representa como FN o N y es la fuerza que hace la superficie sobre el objeto con la cual está en contacto. La dirección de la fuerza normal es siempre perpendicular al plano. En algunos casos la fuerza normal es igual al peso, en otros, depende del peso y del ángulo de inclinación del plano.

SEGUNDA LEY DE NEWTON - LA FUERZA

La segunda ley de Newton se enuncia de la siguiente manera:

La fuerza, es una magnitud vectorial. Capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir en él alguna deformación. Se calcula por la fórmula:

F = m.a

En el Sistema Internacional (SI) de unidades la fuerza se mide en Newtons (N).

¿Qué es un Newton?

Es la unidad de medida internacional para fuerza y corresponde a la fuerza que se requiere para que un cuerpo de masa 1 kilogramo alcance una velocidad de 1 metro por segundo al cuadrado.

¿Qué es la fuerza neta?

La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Ejemplo: Calcular la magnitud de la aceleración que produce una fuerza cuya magnitud es de 60 N a un cuerpo cuya masa es de 75 kg.

Solución:

PASO 1: Identificamos los datos que nos da el problema: F = 60 N y m = 75 kg.

PASO 2: Comprendemos el problema e identificamos lo que nos piden encontrar: a = ?

PASO 3: Resolvemos el problema: aplicamos la segunda ley de Newton despejando la aceleración de la ecuación:

F = m.a

a =F/m

a = 60 N/75 kg

a = 0,8 m/s2

PASO 4: Redactamos la respuesta: la aceleración con la que se desplaza el cuerpo es de 0,8 m/s2.

Características de algunas fuerzas:

Observa la siguiente imagen, en ella se pueden identificar cuatro fuerzas que actúan sobre el tractor en movimiento:

Vamos a estudiar cada una de ellas:

1. Peso (w):

“Es la fuerza con la que el cuerpo es atraído por la fuerza de atracción de la gravedad de la tierra. Se representa mediante un vector P dirigido verticalmente hacia abajo.”

Recuerda que: g = 9,8 m/s2

Ejemplo: Determinar la magnitud del peso de una persona cuya masa es de 84 kg.

PASO 1: Identificamos los datos que nos da el problema: m = 84 kg.

PASO2: Comprendemos el problema e identificamos lo que nos piden encontrar: w = ?

PASO 3: Resolvemos el problema: aplicamos la definición de peso de acuerdo a la segunda ley de Newton:

w = m.g

w = (84 kg)(9,8 m/s2)

w = 823,2 N

PASO 4: Redactamos la respuesta: el peso de la persona es de 823,2 Newtons.

2. Fuerza normal (FN):

“Ejercida por un plano o superficie (mesa) sobre un cuerpo que está apoyado en él. Se representa por la letra N se dibuja siempre perpendicular a la superficie.”

a. Cuando el cuerpo esta sobre un plano horizontal:

b. Si está en un plano inclinado:

Ejemplo: Determinar la magnitud de la fuerza neta que debe aplicarse a un bloque de madera cuyo peso tiene una magnitud de 8 N, para que adquiera una aceleración cuya magnitud es de 0,5 m/s2.

PASO 1: Identificamos los datos que nos da el problema: w = 8N; a = 0,5 m/s2.

PASO 2: Comprendemos el problema e identificamos lo que nos piden encontrar: F neta = ?

PASO 3: Resolvemos el problema: el objetivo del problema es encontrar la fuerza neta necesaria para mover el bloque con una aceleración de 0,5 m/s2.

a. Determinamos la masa del bloque a partir de su peso:

w = m.g

m = w/g

m = 8N / 9,8 m/s2

m = 0,82 kg

La masa del bloque es de 0,82 kg.

b. Conociendo la masa del objeto podemos determinar la fuerza neta que actúa sobre el bloque aplicando la segunda ley de Newton:

F neta = m.a

F neta = (0,82 kg)(0,5 m/s2)

F neta = 0,41 N

PASO 4: Redactamos la respuesta: la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es de 0,41 Newtons.

3. Fuerza de rozamiento (Fr):

“Aparece cuando dos cuerpos están en contacto, Las fuerzas de rozamiento se dividen en dos tipos, las estáticas y las dinámicas. La estática determina la fuerza mínima necesaria para poner en movimiento un cuerpo. La fuerza de rozamiento dinámico aparece una vez el cuerpo comienza a moverse. Depende exclusivamente de la normal y de otro número llamado coeficiente de rozamiento (u).”

4. Tensión (T):

“Es la fuerza ejercida en cualquier punto de una cuerda, considerada de masa despreciable o inextensible, sobre un cuerpo que está ligada a ella, se representa por un vector sobre la cuerda, saliendo del cuerpo o saliendo del soporte que la sostiene.”

Observa la siguiente figura, en ella tenemos dos cuerpos unidos por medio de una cuerda que pasa a través de una polea:

En la figura podemos observar la tensión producida por la cuerda en el objeto A que se encuentra en el plano inclinado (esta tensión es positiva ya que va hacia la derecha) y otra tensión generada por la cuerda que sostiene al objeto B (esta tensión es negativa ya que va hacia arriba).

También podemos observar en la figura las diferentes fuerzas que actúan sobre cada uno de los objetos. A este tipo de figuras se conocen como diagramas de fuerzas.

Fuerza resultante: es la fuerza total de un sistema de fuerzas, se obtiene mediante la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Para esto es importante tener en cuenta la dirección de cada una de las fuerzas.

F neta = F1 + F2 + F3 + F4

Ejemplo: Sobre una caja de masa 10 kg, se aplica una fuerza de 40 N que forma con la horizontal un ángulo de 30° y este se desliza sobre una superficie plana. El coeficiente de rozamiento entre el bloque y la superficie es de 0,12. Determinar la aceleración con la que se mueve el objeto.

PASO 1: Identificamos los datos que nos da el problema: m = 10 kg; F = 40 N; u = 0,12.

PASO 2: Comprendemos el problema e identificamos lo que nos piden encontrar: a = ?

PASO 3: Resolvemos el problema: elaboramos el diagrama de fuerzas:

A continuación, determinamos el valor de cada una de las fuerzas y poder determinar la fuerza neta:

a. Calculamos las componentes de la fuerza:

En el eje x:

Fx = F. cos(30°)

Fx = (40 N). cos(30°)

Fx = 34,6 N

En el eje y:

Fy = F. sen(30°)

Fy = (40 N). sen(30°)

Fy = 20 N

b. Calculamos el peso de la caja:

w = m.g

w = (10 kg)(9,8 m/s2)

w = 98 N

c. Dado que no conocemos las componentes de la fuerza normal y de la fuerza de rozamiento, hacemos la sumatoria de fuerzas para hallar la fuerza neta, tenemos que tener cuidado con el signo de las componentes, para esto nos guiamos por el diagrama de fuerzas:

F = (34,6 N , -20 N)

w = (0 , -98 N)

Fn = (0, Fn)

Fr = (- Fr , 0)

____________________________

F neta = (F neta , 0)

Podemos plantear las siguientes ecuaciones para hallar la fuerza normal y la fuerza de rozamiento:

Para hallar la fuerza normal sumamos las componentes en y:

-20 N – 98 N + Fn = 0

Fn = 20 N + 98 N

Fn = 118 N

Para calcular la fuerza de rozamiento tenemos que:

Fr = u.Fn

Fr = (0,12)(118 N)

Fr = 14,16N

Conociendo la fuerza normal y la fuerza de rozamiento sumamos las componentes en x para determinar la fuerza neta:

F neta = 34,6 N - Fr

F neta = 34,6 N – 14,16 N

F neta = 20,44 N

d. Conociendo el valor de la fuerza neta, podemos determinar la aceleración con la que se mueve la caja, aplicando l segunda ley de Newton:

F neta = m.a

a = F neta/m

a = 20,44 N/10 Kg

a = 2,04 m/s2

PASO 4: Redactamos la respuesta: la aceleración con la que se mueve la caja es de 2,04 m/s2.

El plano inclinado:

Las superficies inclinadas como las rampas (ver figura anterior) son ejemplos de planos inclinados. Estos planos son superficies planas que forman un determinado ángulo sobre la horizontal.

Observa el siguiente plano inclinado:

Este plano inclinado también nos sirve como un ejemplo de diagrama de fuerzas, ya que en ella se pueden identificar: el peso (con sus componentes x y y, que estudiamos en la guía anterior); la fuerza normal; la fuerza que se aplica al cuerpo para moverlo; sólo faltaría la fuerza de rozamiento, que es opuesta a la fuerza que se aplica.

ACTIVIDAD

1. Realiza un mapa conceptual explicando las diferentes ramas de la física.

2. Representa en el plano los siguientes vectores y determina su modulo:

3. Determina las componentes x y y de los vectores en las siguientes situaciones problema:

a. En la película Troya un arquero lanza una flecha con una velocidad inicial de 25 m/s, formando un ángulo de 40° con la horizontal.

b. En la película Space Jam, Michael Jordan hace un lanzamiento de tres puntos con una velocidad inicial de 10 m/s formando un ángulo con la horizontal de 25°.

c. En la película Mi villano favorito, Vector lanza un misil con una velocidad inicial de 50 m/s, formando un ángulo de 35° con la horizontal.

4. En una partida de Tejo, uno de los jugadores lanza un tejo con un ángulo de 30° y una velocidad inicial de 12 m/s.

a. Realizar una gráfica que describa la situación.

b. Determina las componentes de la velocidad.

c. Calcula la altura máxima y el alcance horizontal del tejo.

d. Determina el tiempo de vuelo del tejo.

5. Resuelve los siguientes problemas:

a. Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza cuya magnitud de 220 N le produce una aceleración de 7 m/s2.

b. Determinar la magnitud de una fuerza que recibe un cuerpo de masa 56 kg, la cual produce una aceleración de 4m/s2.

c. Calcular la masa de un sofá cuyo peso tiene una magnitud de 320 N.

d. Calcular la magnitud de la aceleración que recibirá el siguiente bloque como resultado de las fuerzas aplicadas.

e. ¿Qué fuerza horizontal se debe aplicar a una caja de madera de 5 kg de masa, para que al ser empujado en un plano horizontal rugoso con un coeficiente de rozamiento de 0,4 alcance una aceleración de 5 m/s2? Elabora el diagrama de fuerzas.

f. Se quiere mover una fila de canastillas de pera de masa 100 kg aplicando una fuerza de 50 N que forma un ángulo de 45° con la horizontal y este se desliza sobre una superficie plana. El coeficiente de rozamiento entre las canastillas y la superficie es de 0,16. Determinar la aceleración con la que se mueven las canastillas.

g. Una señora empuja un carro de supermercado de masa 8 kg, con una fuerza de 20 N formando un ángulo de 30° bajo la horizontal. ¿Qué fuerza ejerce el coche sobre ella?

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: SEPTIEMBRE 25 DE 2.020

SEMANA DE TRABAJO 4, 5 y 6 - SEGUNDO PERIODO: JUNIO 01 – 19

VECTORES Y MOVIMIENTO HORIZONTAL

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: JUNIO 19

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Derechos básicos de aprendizaje:

1. Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

- Predice el equilibrio (de reposo o movimiento uniforme en línea recta) de un cuerpo a partir del análisis de las fuerzas que actúan sobre él (primera ley de Newton)

A modo de introducción:

Las leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas relativos al movimiento de los cuerpos. Por ejemplo, el movimiento de los astros, los movimientos de los proyectiles artificiales, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas. Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiae Principia Mathematica.

La fuerza, características de las fuerzas:

¿Qué es una fuerza?

Se denomina fuerza cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

Observa los siguientes vídeos para clarificar el concepto de fuerza:

Aplicación de fuerzas y su influencia en el movimiento:

Fuerza Neta:

La fuerza al ser una magnitud vectorial podemos sumar sus componentes (x, y).

F neta = P + N + F

Unidades de la fuerza:

Otra definición de Newton es: equivale a la fuerza necesaria para sostener un cuerpo de 102 gramos en la Tierra, por tanto, una fuerza de 1 N = 102 gramos - fuerza (g- f).

Medición de fuerzas:

La intensidad de una fuerza se determina por medio de un instrumento conocido como dinamómetro, que consiste en un resorte graduado que al deformarse permite medir el valor de dicha fuerza:

En el siguiente vídeo nos explican un ejemplo de aplicación de medición de fuerzas:

PRIMERA LEY DE NEWTON – LEY DE LA INERCIA

El principio de inercia:

En la imagen podemos observar un ejemplo en donde la resultante de la fuerza neta es nula, la piedra permanece en reposo ya que la suma de las fuerzas que actúan sobre la piedra es cero.

Observa el siguiente vídeo, nos dan algunos ejemplos de aplicación de la ley de la inercia (primera ley de Newton):

Fuerzas comunes:

En el estudio de la dinámica nos encontramos con las siguientes fuerzas comunes:

1. El peso de los cuerpos (w): Todo cuerpo que encuentre cerca o en las proximidades de la Tierra es atraído hacía el centro del Tierra por acción de la gravedad. Esta fuerza se denomina peso, se presenta vectorialmente como un vector vertical dirigido hacia abajo (centro de la Tierra).

La fuerza de rozamiento depende de dos factores principales, el coeficiente de rozamiento y la fuerza normal:

a. El coeficiente de rozamiento: se representa con la letra

que se lee “mu”, es adimensional, es decir, no tiene unidades de medida, puede ser de dos clases:

i. Fuerza de rozamiento estático: es la fuerza para que un cuerpo tienda a moverse.

ii. Fuerza de rozamiento cinético: una vez que el objeto ya está en movimiento, en necesaria una fuerza de magnitud mayor a la fuerza de rozamiento cinético o dinámico para que el cuerpo continúe en movimiento. Debido a que el objeto y la superficie siguen en contacto durante un tiempo.

La fuerza de rozamiento se determina de la siguiente manera:

Por tanto, la fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal.

3. La fuerza normal (FN): se representa como FN o N y es la fuerza que hace la superficie sobre el objeto con la cuál está en contacto. La dirección de la fuerza normal es siempre perpendicular al plano. En algunos casos la fuerza normal es igual al peso, en otros, depende del peso y del ángulo de inclinación del plano.

En el siguiente vídeo encontramos una explicación detallada de los diferentes tipos de fuerza:

ACTIVIDAD:

1. Consultar las cuatro fuerzas fundamentales y su importancia para comprender los fenómenos de la naturaleza.

2. Analiza las siguientes situaciones y determina si se mueven por la ley de la inercia o no:

a. Un objeto en caída libre.

b. Movimiento de rotación del Tierra o de la Luna.

3. Desde niños siempre nos hemos peguntado por el movimiento de la Tierra, ¿por qué el día y la noche? Desde respuestas relacionadas con dioses, teorías de que la Tierra es el centro del universo, entre otras. Pero la respuesta a este fenómeno la obtenemos de forma sencilla comprendiendo los movimientos de la Tierra: rotación y traslación y el hecho de que el Sol se encuentra en el centro de nuestra galaxia y los cuerpos celestes giran alrededor de él describiendo trayectorias elípticas.

A partir de este conocimiento que poseemos responde las siguientes preguntas:

a. ¿Qué pasaría si la Tierra se detuviera en este instante?

b. ¿Consideras que la Tierra podría cambiar de velocidad? ¿Por qué?

c. ¿Crees que los planetas giraran eternamente?

d. ¿Qué puedes decir del hecho de frenar y detenerse en el espacio?

e. ¿Será que los cuerpos celestes tienden a seguir con la misma velocidad y dirección que tienen?

f. ¿El movimiento de la Tierra nos describe un sistema de referencia en el cuál es posible aplicar la primera ley de Newton?

g. ¿El sol se encuentra en reposo?

4. Elabora un mapa conceptual donde se muestra las concepciones de la ley de la inercia, sistemas de referencia, fuerza de rozamiento, clases de coeficientes de rozamiento.

5. Analiza los siguientes movimientos de varios objetos en tres situaciones distintas:

a. Lanza sobre la mesa y luego sobre el piso varios objetos (mínimo 10 objetos) que no rueden, tales como: el borrador, la cartuchera, una caja de colores, la regla, el llavero, etc. Marca con una tiza o lápiz la distancia desde el momento en que tocan la superficie hasta que se detienen.

i. Mide con la regla y compara las distancias alcanzadas por los objetos lanzados.

ii. Realiza una tabla con las distancias alcanzadas.

b. Ata un objeto plano (bloques de madera o cajita de cartón) a una cuerda, y ponlo sobre una superficie como el piso o una mesa horizontal. Luego, arrastra el objeto aplicando una fuerza a través de la cuerda (llámala fuerza 1). Ahora, encima del primer objeto coloca otro, ejerce fuerza sobre ellos con el propósito de moverlos (llámala fuerza 2). Finalmente, coloca los objetos uno detrás del otro y seguidamente hálalos (llámala fuerza 3).

i. Realiza una representación gráfica de las tres fuerzas.

ii. ¿Qué puedes concluir de las tres fuerzas?

c. Toma una superficie (cuaderno, una tabla, carpeta, mesa, cartón etc.) y ubícala de forma inclinada, tal que al poner un objeto que no ruede encima del plano inclinado se deslice inmediatamente, por ejemplo, un dado, caja de colores, un ladrillo, etc.

i. Observa cómo se comporta el movimiento del objeto cuando se le aumenta el ángulo de inclinación de la superficie respecto a la mesa de apoyo.

ii. Explica que pasa con el objeto si se cambia el ángulo de inclinación.

6. ¿Por qué hay que aplicar más fuerza para empujar un carro cuando está quieto que cuando se mueve con velocidad constante?

7. ¿Qué fuerza ocasiona que un jugador de hockey pueda detenerse sobre la pista cuando se desliza?

EVALUACIÓN:

En el proceso evaluativo se tendrán en cuenta los siguientes factores:

- Comunicación constante y participativa en el grupo de whatsapp o vía telefónica.

- Lectura y apropiación de las temáticas propuestas en la guía.

- Desarrollo de las actividades propuestas en la actividad.

- Autoevaluación.

RECOMENDACIÓN IMPORTANTE: LEER LA GUÍA, ESTO NOS PERMITE TENER UNA MAYOR CLARIDAD DEL TEMA Y APROPIACIÓN Y COMPRENSIÓN DE LOS TEMAS TRABAJADOS.

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: 19 DE JUNIO

SEMANA DE TRABAJO 2 y 3 - SEGUNDO PERIODO: MAYO 18 – 29

VECTORES Y MOVIMIENTO HORIZONTAL

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: MAYO 29

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Derechos básicos de aprendizaje:

1. Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

A modo de introducción:

En la actividad anterior estudiamos y establecimos diferencias entre magnitudes escalares y vectoriales, en esta semana de trabajo vamos a abordar el concepto de vector, sus elementos y representación gráfica, además haremos una introducción al movimiento horizontal y su aplicación en el movimiento de proyectiles.

Observa el siguiente vídeo para tener una definición clara del concepto de vector:

Representación gráfica de vectores:

Para representar gráficamente vectores es importante realizar la descomposición de un vector, esta se realiza de la siguiente manera:

a. Supongamos que tenemos un vector A, para descomponerlo necesitamos primero ubicarlo en el origen (0, 0) de un plano cartesiano XY.

b. Por el extremo de A trazo rectas paralelas a los ejes del plano como lo muestra en la siguiente figura.

c. Donde esas rectas cortan los ejes, es el extremo de los vectores componentes de A.

d. También llamadas proyecciones de A sobre los ejes. La componente de A sobre el eje X suele recibir el nombre de Ax, se lee A sub x y la componente Ay, se lee A sub y.

En los siguientes vídeos podemos observar el procedimiento realizado en el ejemplo anterior:

Suma y resta de vectores:

1. Para la suma de vectores se realiza la respectiva suma de las coordenadas.

Por ejemplo: Para los vectores:

Gráficamente:

2. Para la resta de vectores se realiza la respectiva resta de las coordenadas.

Por ejemplo: Para los vectores:

En los siguientes vídeos nos explican como realizar la suma y resta de vectores:

Magnitud de un vector:

La magnitud o módulo de un vector se determina utilizando el Teorema de Pitágoras, conociendo el valor de sus componentes Ax y Ay, de la siguiente forma:

Observa el siguiente vídeo y luego lee detalladamente como se realizó el ejemplo:

Observa el ejemplo:

Por tanto, el módulo del vector es de 5 unidades.

Movimiento horizontal

Para iniciar, observa los siguientes vídeos sobre el principio de inercia:

Movimiento parabólico:

Observa el siguiente vídeo para tener una idea inicial sobre el movimiento horizontal:

Es aquel cuya trayectoria de un objeto que se desplaza corresponde una parábola. Y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. Está compuesto por dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical, de los cuales se derivan las ecuaciones:

a. La velocidad inicial se compone de dos partes:

b. Alcance horizontal máximo:

c. Altura máxima:

d. Tiempo de vuelo:

Ejemplo: en el problema de la gráfica anterior determinar las componentes de la velocidad, alcance horizontal máximo, altura máxima y tiempo de vuelo:

a. Componentes de la velocidad:

- Componente horizontal de la velocidad inicial:

La velocidad inicial en el eje X (horizontal) es de 20,07m/s.

- Componente vertical de la velocidad inicial:

La velocidad inicial en el eje Y (vertical) es de 22,29m/s.

b. Alcance horizontal máximo:

El alcance horizontal máximo es de 91,33m.

c. Altura máxima:

La altura máxima es de 45,41m.

d. Tiempo de vuelo:

El tiempo de vuelo del objeto es de 68,24 segundos.

Para finalizar, en el siguiente vídeo encontraremos una mirada general al movimiento parabólico, el cuál, nos ayudará a realizar la actividad para estas dos semanas:

ACTIVIDAD

1. Representa en el plano cartesiano las siguientes parejas de vectores y realiza su suma:

2. Representa en el plano los siguientes vectores y determina su modulo:

3. El pirata y su cañón. A partir de la gráfica responde las preguntas:

a. ¿Cuáles son las componentes vertical y horizontal del vector velocidad?

b. ¿Qué significa la componente en X?

c. ¿Qué significa la componente en Y?

d. ¿Por qué el objeto llega hasta un punto máximo de altura y se devuelve?

e. ¿Qué puedes decir de la velocidad en el eje Y, mientras el objeto llega a su máxima altura (subiendo)?

f. ¿Qué puedes decir de la velocidad en el eje Y, cuando el objeto llega a su máxima altura?

g. ¿Qué puedes decir de la velocidad en el eje Y, cuando el objeto pasa de su máxima altura (bajando)?

h. ¿Qué puedes decir de la velocidad en el eje X, mientras el objeto llega, durante y después de su máxima altura?

i. ¿Cuál es la máxima posición que alcanza el objeto?

j. ¿Cuál es la máxima altura que alcanza el objeto?

k. ¿Cuál es el tiempo de vuelo?

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: MAYO 29 DE 2.020

SEMANA DE TRABAJO 1 - SEGUNDO PERIODO: MAYO 11 – 15

MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

FECHA ENTREGA DE ACTIVIDAD: MAYO 15

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Derechos básicos de aprendizaje:

1. Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

Identifica las modificaciones necesarias en la descripción de movimiento de un cuerpo, representada en gráficos, cuando se cambia de marco de referencia.

Repasemos el concepto de magnitud:

¿Qué es una magnitud?

Se denomina magnitud a aquellas propiedades que pueden medirse y expresar su resultado por medio de un número y una unidad. Por ejemplo, alguna que ya conocemos: tiempo, fuerza, longitud, velocidad, masa, entre otras.

Observemos el siguiente vídeo, nos da una mayor claridad sobre el concepto de magnitud:

Estas magnitudes las podemos clasificar en magnitudes vectoriales y magnitudes escalares:

Magnitudes vectoriales:

Las magnitudes vectoriales, como su nombre lo indica se representan por medio de un vector, es decir, que además del modulo (número), tiene una dirección y un sentido.

Por ejemplo, la fuerza, la velocidad, la aceleración son magnitudes vectoriales.

Coloca atención al siguiente vídeo, encontraremos algunos ejemplos de magnitudes que ya hemos trabajado:

Magnitudes escalares:

A diferencia de las magnitudes vectoriales, las escalares tienen únicamente como variable un número que representa una determinada cantidad.

Por ejemplo, la masa, la temperatura y el volumen son magnitudes escalares.

Pon atención al siguiente vídeo:

De acuerdo a lo anterior es importante tener claridad sobre la definición de vector y sus elementos

¿Qué es un vector?

Se le denomina vector a todo segmento orientado, es decir, que tiene:

Un módulo: corresponde al número, en la gráfica se representa con la amplitud del vector.

Una dirección: es la recta sobre la que se soporta el vector.

Un sentido: indica el sentido cambio de la magnitud utilizando una flecha.

Un punto de aplicación: está relacionado con el lugar donde se ve aplicado el vector, generalmente coincide con su origen.

Nombre: letra o signo con el que se define el vector.

En el siguiente vídeo podemos observar los elementos de un vector y su representación gráfica:

Con los anteriores conceptos, vamos a desarrollar la actividad de esta semana:

ACTIVIDAD

1. ¿Me conoces de alguna parte? ¿Sabes cuál es mi nombre y por qué me llamo así?

2. Dibuja un objeto que pese 500 Kg y dibuja una situación en la que un objeto cualquiera que se desplace en cualquier dirección desde su punto de partida hacia cualquier dirección. Luego, responde la pregunta:

¿Cuál de los dos objetos fue más difícil de representar? ¿Por qué? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. A continuación, encontrarás una serie de dibujos que representan una magnitud frente a los cuáles hay una línea, para que escribas si es una magnitud vectorial o escalar:

4. Determina las partes de un vector en la ilustración del ascensor y del vehículo:

5. Identifica que tipo de magnitudes encontramos a continuación:

Receta de la pizza:

· 500 g de harina: ________________________________________________

· 100 gramos de margarina: ________________________________________

· 20 gramos de levadura: __________________________________________

· 750 ml de agua: ________________________________________________

· 500 ml de pasta de tomate para pizza: _______________________________

· Jamón: _______________________________________________________

· Queso: _______________________________________________________

· Piña picada: ___________________________________________________

· Un horno a 300°C: ______________________________________________

a. ¿Por qué todas las magnitudes que se muestran en la receta son escalares?

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FECHA ENTREGA DE ACTIVIDADES: 15 DE MAYO

A partir de aquí encontramos las temáticas que trabajamos en las semanas anteriores, es importante estudiarlas en nuestros ratos libres para no olvidar esos conceptos, ya que son necesarios para profundizar las temáticas que seguiremos trabajando.

SEMANA DE TRABAJO 10: Mayo 04 – 08

PLAN DE REFUERZO, APOYO Y NIVELACIÓN

EL TRABAJO CIENTÍFICO – MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME – MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE VARIADO – CAÍDA LIBRE

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Derechos básicos de aprendizaje:

1. Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

Actividad de refuerzo, apoyo y nivelación:

Para el desarrollo de esta actividad es importante identificar aquellas actividades que no han sido entregadas en las fechas establecidas, dichas actividades son:

1. Movimiento rectilíneo uniformemente variado: correspondiente a la semana 8 de trabajo comprendida entre el 20 – 24 de abril.

2. Caída libre: correspondiente a la semana 9 de trabajo comprendida entre el 27 – 30 de abril.

Los estudiantes que no han presentado dichas actividades las pueden presentar en el transcurso de la semana del 04 – 08 de mayo, como plazo máximo.

Es importante adelantar el desarrollo de las actividades en las fechas establecidas y los horarios correspondientes al área de física.

A continuación encontraremos la temáticas que vamos a desarrollar esta semana, lee con atención las definiciones dadas y los ejemplos, esto te ayudará a desarrollar la actividad propuesta.

SEMANA DE TRABAJO 9: Abril 27 - 30

CAÍDA LIBRE

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

Derechos básicos de aprendizaje:

Comprende el movimiento de un cuerpo, en un marco de referencia inicial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

Caída libre:

Un caso particular del movimiento uniformemente variado es el de un objeto al cual se le permite caer en la superficie terrestre. Un cuerpo que se deja caer en el vacío, se desplaza verticalmente con una aceleración constante, lo que hace que su velocidad aumente uniformemente en el transcurso de la caída

La Tierra ejerce una fuerza de atracción, dirigida hacía su centro, sobre todo cuerpo que se encuentra cerca de la superficie terrestre, imprimiéndole cierta aceleración, denominada aceleración debida a la gravedad y denotada con la letra g.

Se ha determinado experimentalmente que un cuerpo en caída libre, aumenta su velocidad en unos 9,8 metros por segundo cada segundo, es decir, que la aceleración producida por la Tierra es constante y tiene un valor aproximado de 9,8 m/s2.

Un cuerpo en caída libre se mueve bajo la influencia de la gravedad, sin importar su movimiento inicial. Todos aquellos objetos que se lanzan hacia arriba o hacia abajo y los que se dejan caer del reposo, experimentan una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor es 9,8 m/s2.

En síntesis, un cuerpo que es lanzado verticalmente hacia arriba o hacia abajo experimenta una aceleración una vez liberado. Un cuerpo en caída libre experimenta una aceleración hacia abajo igual a la aceleración debido a la gravedad. (Tomado de: Hipertexto Física I. Editorial Santillana).

Observa los siguientes vídeos relacionados con la caída libre:

https://www.youtube.com/watch?v=SK2WMVM3_X4

https://www.youtube.com/watch?v=SHstJZN-yOQ

https://www.youtube.com/watch?v=0CA8kHkMBmk

https://www.youtube.com/watch?v=PZBQWSvcBFc

Ecuaciones del movimiento de caída libre:

Al despreciar la resistencia del aire sobre cualquier objeto y suponiendo que la aceleración de la gravedad es la misma a cualquier altitud podemos definir que esta es constante.

Las ecuaciones que rigen el movimiento de caída libre en los cuerpos es:

La variable y hace referencia a la posición del cuerpo en un punto a determinada altura.

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN:

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

1. Reúne los siguientes elementos que podemos encontrar en nuestro hogar (balón, hoja de papel, sacapuntas, moneda, borrador, pelota de papel) y con la ayuda de alguien de tu familia los van a soltar libremente desde la misma altura. Luego, por parejas de objetos, los sueltas para ver cual llega primero.

a. Dibuja la trayectoria de los objetos mientras caen.

b. ¿La velocidad con la que llega al suelo la moneda, es menor a la velocidad con la que inicia el movimiento?

c. ¿Qué puedes decir de la forma de caer de la hoja de papel en llegar al suelo?

d. ¿Qué variables consideras que influyen para que un cuerpo caiga más rápido que otro.

2. Ahora observa la tabla de datos que registra la caída de una pelota desde un edificio para analizar las gráficas del movimiento de caída libre:

a. ¿Qué puedes decir de la variación de la altura respecto al tiempo __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b. ¿Consideras que la variación de la velocidad respecto al tiempo es constante? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c. Calcula la aceleración por unidad de tiempo, es decir, por cada segundo y adiciónalo a la tabla. Recuerda que:

d. ¿Qué concluyes respecto al último resultado? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

e. Haz un gráfico de posición – tiempo con los datos de la tabla.

Ejemplo:

f. Haz un gráfico de velocidad – tiempo.

3. ¿Qué crees que sucedería si dos objetos por ejemplo una hoja de papel y un balín se sueltan en el vacío?

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ENTREGA DE ACTIVIDADES: ABRIL 30 DE 2.020

ÉXITOS.

SEMANA DE TRABAJO 8: abril 20 - 23

TEMA 3: MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO

(Adaptado de contenidos para aprender MEN)

ACTIVIDAD INTRODUCTORIA:

1. Realiza la siguiente lectura y desarrolla la actividad:

“Una sensación curiosa, es cuando, tú abordas un auto bus en una estación y este comienza a moverse suavemente, sientes que los autobuses vecinos se mueven en sentido contrario, ¿No te ha pasado? Entonces, ¿quién se mueve? Tú pero, no lo ves, luego, ¿quién lo ve? El peatón que está afuera del auto bus.

Por lo tanto el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo no es, absoluto o independiente de la situación del observador, sino que es relativo; es decir, depende del sistema de referencia. Por eso, cuando decimos que un automóvil viaja a 80 kilómetros por hora, es respecto a la superficie de la Tierra.

Gracias a Galileo, Newton, Einstein y otros grandes científicos hoy podemos conocer las propiedades del movimiento y hasta quizás poder predecir algunos, como, el lanzamiento de cohetes, satélites, sondas al espacio, o a nivel microscópico el estudio de los átomos y conocer lo que hoy es la física cuántica.”

a) Lee con detenimiento la situación planteada y, si es necesario utilice el diccionario para encontrar el significado de los términos desconocidos, de manera que te permita comprender el texto.

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b) Pregunta a alguien de tu familia cual es su punto de vista sobre la situación, escríbelo: ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Compara este punto de vista con el tuyo y llega a una conclusión: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Observa y analiza la siguiente gráfica posición - tiempo de un movimiento hipotético de un móvil y responde las siguientes preguntas:

a) ¿Qué significa una línea recta inclinada hacia arriba y a la derecha en el gráfico?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Qué significa una línea recta horizontal en el gráfico posición - tiempo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿Qué significa una línea recta inclinada hacia abajo y a la derecha en el gráfico posición – tiempo?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) ¿Qué significa que la gráfica corte al eje X?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

e) ¿Qué significa que la gráfica no inicie en el origen?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCEPTOS DE REPASO:

A partir de la actividad anterior se pueden establecer el siguiente modelo teórico y matemático:

MOVIMIENTO: Es un fenómeno físico que se define como todo cambio que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia.

POSICIÓN: Es una magnitud vectorial respecto a un sistema de coordenadas del punto geométrico del espacio en el que se encuentra la partícula.

DISTANCIA: Es el espacio recorrido por un móvil describiendo una trayectoria.

DESPLAZAMIENTO (x): Es una magnitud vectorial, se calcula como la distancia entre la posición inicial y la posición final del recorrido del móvil.

RAPIDEZ: Representa un valor numérico, una magnitud, por ejemplo, 100km/h.

VELOCIDAD (v): Representa un vector que incluye un valor numérico (por ejemplo 30 km/h) y que además posee un sentido y una dirección:

ACELERACIÓN (a): Es un vector dado por el cambio de velocidad en un tiempo transcurrido.

VELOCIDAD INICIAL (vi): Es la velocidad que tiene un cuerpo al iniciar su movimiento en un tiempo determinado.

VELOCIDAD FINAL (vf): Es la velocidad que tiene un cuerpo al finalizar su movimiento en un período de tiempo.

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO

“Es aquel en la que el móvil se desplaza con aceleración constante, es decir, que la velocidad va cambiando uniformemente respecto al tiempo”

Observa las siguientes gráficas que describen un movimiento uniformemente acelerado:

En la primera tenemos posición – tiempo; en la segunda, velocidad – tiempo; y en la tercera, aceleración – tiempo:

ACTIVIDAD DE APLICACIÓN:

1. En uno de los entrenamientos Nairo Quintana hizo el siguiente recorrido:

“Salió en su bicicleta del municipio de Cómbita. Tardó 120 minutos en recorrer 80 km, inmediatamente se devolvió y a los 10 minutos después de haber recorrido 5 km se le pinchó una rueda. Luego de 10 minutos en la reparación, continuo su regreso. Recorrió 30 km en 40 minutos, descanso 20 minutos en el municipio de Oicatá, y luego de 1 hora regreso a Cómbita.”

Con las definiciones anteriores completa la siguiente tabla:

2. Construye la gráfica correspondiente a:

a) Desplazamiento – tiempo.

b) Distancia – tiempo.

c) Velocidad – tiempo.

d) Aceleración – tiempo.

FECHA DE ENTREGA: 23 DE ABRIL

ÉXITOS.

A continuación encontrarás las temáticas que desarrollamos antes de la declaración de la Emergencia Sanitaria, y aquellas con las que vamos a complementar nuestros conocimientos de física relacionados con el movimiento:

TEMA 1:LA NOTACIÓN CIENTÍFICA