Si he visto más lejos es porque he subido a hombros de gigantes (Isaac Newton)

• Acabas de entrar en la página que te ayudará a entender muchos conceptos relacionados con la dinámica, que ilustramos con un par de famosos científicos: Galileo (terror de los paseantes bajo la torre de Pizza), y Newton (un rarito muy listo). El primero fue uno de los gigantes que desbrozaron el camino de Newton. ¡Que la fuerza te acompañe en este universo de interacciones! Sigue el magnífico viaje que proponen desde el IES Aguilar y Cano:

• Tarea 1: Visita las tres primeras páginas del enlace anterior,  y contesta en tu libreta a las siguientes preguntas: a) ¿En qué se diferencian cinemática y dinámica?; b) ¿Qué científicos se ocuparon de iniciar los estudios de esas partes de la física? (Incluye una breve reseña biográfica de cada uno); c) Pon ejemplos de interacciones que se produzcan a distancia o por contacto (aunque, hablando con propiedad, todas son a distancia); d) ¿Qué son las fuerzas, y qué efectos producen sobre los cuerpos? (No dejes de consultar esta estupenda fuente de información) e) ¿Cómo se representan gráficamente las fuerzas?; f) ¿Cuál es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional? ¿Por qué crees que se llama así esa unidad?

• Seguiremos hablando en este tema de dinámica de qué son las fuerzas y qué funciones realizan, pero antes debemos conocer qué son los vectores y cómo se trabaja con ellos. El siguiente enlace te ayudará distinguir entre magnitudes escalares y vectoriales:

                         

• Tarea 2: Utiliza el ejercicio interactivo de Educaplus para comprobar que distingues las magnitudes vectoriales de las escalares.

•  ¿Quién puede más? ¿Cuál es la resultante de todas las fuerzas?

• Tarea 3. Comprueba la regla del paralelogramo, utilizada para sumar dos fuerzas concurrentes:

• Tarea 4. Practica la suma de fuerzas, y realiza los ejercicios propuestos el tema “Vectores“.  Entra después en el laboratorio virtual de Educarex.

• ¿Y qué pasa cuando tenemos que sumar fuerzas no concurrentes, paralelas y coplanares? Todo tiene su método, bien sabes:

• Los del blog Palacorre, profes en el nuevo IES de la Corredoria, son impresionantes. No se puede hacer más completo el tema de FUERZAS (tarda en cargar la página inicial). Lo mío es sólo recopilar lo que veo, ¡snif!

• Tarea 5: Visita los apartados 1 y 3 del enlace del tema de Fuerzas  del blog Palacorre, y contesta estas cuestiones en tu libreta: a) ¿En qué unidad se miden las fuerzas?; b) ¿Cómo se clasifican los materiales, en función de su deformación frente a las fuerzas? Pon ejemplos de cada uno de los tres tipos; c) Realiza la actividad titulada “Efectos de las fuerzas”, del apartado 3 del tema “Fuerzas”; d) Analiza los efectos que producen fuerzas no equilibradas.

• Tarea 6. ¿Has aprendido bien los conceptos básicos de dinámica? Compruébalo:

• ¿Quién no ha oído hablar de las Leyes de Newton?  Pero mejor ver que oír, y experimentar que mirar:

• Primera ley, o ley de inercia:

• Segunda ley, fundamental de la dinámica:

 (aquí en applet):

Σ F = m a

• Tercera ley, o de acción y reacción:

F acción = - F reacción

• ¿Se puede levantar un coche del suelo usando unas mangueras y agua? La tercera ley de Newton en acción:

• Tarea 7. Realiza un esquema que resuma y aclare las tres leyes de Newton. Prueba a utilizar el programa de Mindomo, o los organigramas de Word (Insertar-Imagen-Organigrama). 

• En Asturias también se producen recursos interesantes para la enseñanza de la Física, como queda claro con el blog Palacorre. Otros buenos trabajos son obra del Departamento de Física y Química del IES Juan Antonio Suanzes, de Avilés. Su unidad sobre las leyes de Newton ha sido reconocida con un premio de CNICE.

• Tarea 8: Visita el apartado “Fuerzas y acciones” del enlace anterior (IES Suanzes), y responde a las cuestiones siguientes en tu libreta.      a) ¿Cómo se puede modificar la velocidad de un cuerpo?; b) Representa con vectores una fuerza que actúa sobre un cuerpo apoyado en una mesa, paralela al plano, y que actúa en el sentido positivo del eje X; c) Representa una fuerza con las mismas características que la del apartado b, pero con módulo doble; d) realiza las actividades interactivas propuestas en esta página.

• Experimenta con las animaciones interactivas de dinámica en el mítico Educaplus.org (constante elástica de los muelles y ley de Hooke, entre otras).

• Tarea 9: Observa qué sucede con los muelles de la animación “Constante elástica de los muelles“, y consulta tu libro de texto para responder, en tu libreta, a las preguntas: a) ¿Qué conclusiones sacas respecto a la elasticidad del muelle y su relación tiene con la constante k?; b) ¿Cuál es la expresión matemática de la ley de Hooke? ¿Qué representan cada uno de sus términos?; c) ¿En qué unidades se mide k?

• Tarea 10: Utiliza la interactividad “Ley de Hooke” para realizar los ejercicios allí propuestos.

• ¿Qué fuerzas actúan sobre los cuerpos? Hay unas pocas que no puedes perderte (incluida la normal, que tampoco lo es tanto), y que debes saber representar con los llamados diagramas de cuerpo libre:

•  Tarea 11. Representa gráficamente todas las fuerzas que actúan sobre: a) un cuerpo en caída libre (con y sin rozamiento del aire); b) un cuerpo apoyado en una mesa horizontal (con y sin rozamiento, con y sin una fuerza paralela al plano, en sentido positivo del eje x); c) el caso anterior, pero con una fuerza que forme un ángulo positivo de 30º con el eje x; d) un cuerpo colgado de un techo.

   

  • ¿Qué tal se nos dan los pareados? Quédate con este: la fuerza de rozamiento se opone siempre al movimiento. Aunque parezca una contradicción, es una suerte que exista el rozamiento en nuestra vida diaria (léase sin dobles sentidos). Las lecciones de Skoool! nos explica qué es la fricción, y cómo puede sernos útil. Entre lo mucho bueno de la física están las fórmulas, que nos resuelven mil entuertos:

  F_roz = μ N = μ P = μ m g

   si el cuerpo está apoyado en un plano horizontal

   

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  porque si está en un plano inclinado (véase applet)…

  F_roz = μ N = μ P = μ m g sen α

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  • Tarea 12. Repasa los temas de dinámica y estática en Proyecto Newton, haciendo los ejercicios allí propuestos. Para seguir viendo y entendiendo.

   

  • Y la mejor colección de recursos, desde la red educativa aragonesa. No debemos olvidarnos de que hacer ejercicios ayuda muchísimo a aprender: repasa con lápiz y papel, y con el ratón.

   

  • Tarea 13. Visita el tema de dinámica, en librosvivos.net, de la editorial SM, haciendo los ejercicios interactivos que se proponen en él, y tomando nota en el cuaderno del test final de autoevaluación.

   

  • A veces, por mucha fuerzas que actúen sobre un objeto este no se mueve; decimos que está en equilibrio. El equilibrio en física suena a psicología. Estable, inestable, indiferente…

  

  • Tarea 14.  Visita, en los “temas clave” de la misma editorial SM, el dedicado a  fuerzas en equilibrio, y repasa todo lo aprendido en movimientos y fuerzas.

   

  • Tarea 15. Prepárate para demostrar lo que sabes con esta colección de “hot-potatoes” (que no son patatas calientes).

  • Tarea 16. Lánzate al sobresaliente con las actividades y recursos del tema sobre fuerzas en CIDEAD, y profundiza en lo visto con estas actividades y las recopiladas en Aragón.

   

  • Tarea 17. ¿A que no te imaginas quién será el protagonista de “Vidas de ciencia” del tema de dinámica? Claro, quién mejor que Isaac Newton.

   

  • La seguridad de los coches es un tema de lo más interesante, y también relacionado con la Dinámica. En este video de National Geographic se analiza la evolucion de los sistemas de seguridad en los automóviles.

  

   

  • Definitivamente, se me han acabado las fuerzas. Menos mal que Eureka ha encontrado el desarrollo completo e interactivo del tema en Proyecto Arquímedes. Para rematar volviendo al origen. “El universo mecánico”, cómo no, también nos regala las leyes de Newton:

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  Extras 1º de Bachillerato

• Para que empieces con algo de idea el próximo curso (1º de bachiller), aquí tienes un esbozo de lo que es el momento de una fuerza respecto a un punto, el vector M, con dirección perpendicular al plano formado por r y F, y cuyo sentido se determina con la regla del sacacorchos (girando de r a F por el camino más corto, ¡pero suponiéndolos concurrentes! Esto es mejor que lo veas en 3 D). Poco nos ocupamos del momento de una fuerza, pero bien que nos viene para sacar cómodamente las tuercas de las ruedas del coche, abrir una puerta… ¡y hasta mover el mundo, si nos dieran un punto de apoyo! Hay máquinas simples de lo más útil.



• Hablando de equilibrio en física, acabamos en Gaudí y las matemáticas, a cuenta de la geometría en la Sagrada Familia. Siempre debería de haber tiempo para la belleza.

•  Puedes encontrar los contenidos del tema de dinámica para 1º de Bachillerato en Física en flash.

 

•  En física, se consideran cuatro fuerzas fundamentales: gravitatorias, electromagnéticas, nucleares fuertes y nucleares débiles. Con ellas, se explican todas las interacciones del inconmesurable y fascinante universo. El acelerador de partículas de Ginebra nos ayudará a entenderlo.



 



(En vídeo en la mítica serie “El universo mecánico”: parte 1 y parte 2)

• Una de las tareas del siglo XXI es conseguir unificar las teorías que explican las fuerzas; mucho se ha caminado desde Aristóteles, Newton y Galileo en el concepto de fuerza. 



• En 4º aprendiste a hallar la resultante de fuerzas, y en 1º tienes que tener muy claro cómo descomponer una fuerza en los vectores correspondientes.





• Proyecto Newton ofrece una unidad dedicada al campo gravitatorio terrestre, (a nivel de 4º de ESO) y otra más desarrollada para 2º de bachillerato. Física y química en flash tiene interesantes animaciones, como siempre.  En este mismo blog Eureka y en Wikialmeraya encontrarás más información sobre la gravitación.



Fuerza gravitatoria entre dos masas (animación)



Intensidad del campo gravitatorio terrestre (también en applet)



• Hay alguna de 1º de bachillerato que se pregunta cómo se mide la masa de la Tierra… ¡Si no fuera por Cavendish y su balanza de torsión!



• Para informarte sobre el campo magnético, ya sabes, pincha en el enlace anterior (de Proyecto Newton) o en el de Física en flash. Para el campo eléctrico (mira aquí las líneas), ojea también Física en flash,  la unidad sobre fenómenos eléctricos de Proyecto Newton,  estas animaciones sobre el campo electromagnético o la página de Jesús Muñoz. En Wikialmeraya tienes más (y bueno) de campo eléctrico y magnético.

Ley de Coulomb



Líneas de campo eléctrico (superapplet)



Fuerza eléctrica creada por varias cargas en un punto P



 

 La fuerza eléctrica en acción

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Y otro homenaje a los grandes experimentadores de la física: Millikan, y el cálculo de la carga del electrón

(also here)

Líneas del campo magnético



Campo magnético de la tierra



Experimento de Oersted

• Para profundizar en el campo eléctrico y el magnético, con ejercicios y animaciones, ya sabes dónde hacer clic.

• El concepto de campo es muy importante en física, como habrás podido observar con el gravitatorio, el eléctrico y el magnético. Aquí tienes sus características.



• Y un guiño a la historia de la electricidad, para terminar este apartado:

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• En bachiller se estudian también los conceptos de impulso mecánico y de  momento lineal, así como la aplicación de la conservación del momento lineal o cantidad de movimiento (p) para lo relacionado con colisiones, disparos y explosiones (prueba con unas monedas):

         

           p_antes = p_después

              



•  La mítica “cuna de Newton“, para entender esto de la conservación de la cantidad de movimiento (también en applet, con choques de partículas):

• Para hablar de fuerzas de rozamiento (que siempre se oponen al movimiento),  además del Proyecto Newton y Física y química en flash, tienes animaciones y applets (muy buenos aquí, también en Educaplus y Thomson Brookschool). Para los que prefieran “estudiar” en vídeo:

• Recuerda que la fuerza de rozamiento siempre vale     , donde μ es el coeficiente de rozamiento y N la fuerza normal, perpendicular al plano de apoyo:





 

• Y los planos inclinados, ¡ay!, ¡qué cruz con los ángulos!. Hay que dibujar todas las fuerzas, siempre, siempre (en el applet se dibujan solas):



• La dinámica de los cuerpos enlazados (qué bonito título para un tema de física, je, je) suele estudiarse con el ejemplo de la máquina de Atwood (siempre hay un applet) o un cuerpo que se desliza sobre una mesa, unido mediante una cuerda a otro (sí, también tiene applet):

Máquina de Atwood

 

Aplicando la segunda ley de Newton a cada masa, y teniendo en cuenta que las tensiones de las cuerdas son iguales en módulas, así como que la aceleración de ambos cuerpos debe ser la misma:

m₁g-T=m₁a
T-m₂g=m₂a



Para cuerpos apoyados en planos inclinados con rozamiento:

 

• Puedes poner en práctica lo que sabes con estos ejercicios resueltos, en todos los que ofrece el Curso interactivo de Física por ordenador.

 

• Para comprender la dinámica del movimiento circular uniforme, primero debes desempolvar tus conocimientos acerca del MCU. Luego ya te centrarás en la fuerza centrípeta (hay applet, claro), y en los casos de vehículos en curvas (siempre bien explicados en Física y química en flash) y objetos atados a cuerdas:

 En un objeto que gira atado a una cuerda en un plano con MCU, se cumple que:

Σ F = Fc, de lo que se deduce que T = Fc = m v² / R



Y en este otro caso, el de un péndulo cónico, aplicamos la segunda ley de Newton por ejes, descomponiendo T :

Eje x:     Σ F = Fc;     Tx = T sen θ = Fc = m v² / R

Eje y:     Σ F = 0;   Ty = T cos θ;   T cos θ - mg = 0;    T cos θ = mg   

R = l sen θ    



Para coches en curvas sin peralte:

Σ F = Froz = μ N = μ m g



• Encontrarás buenos applets de este tema y más en “Ciencia de cada día“.