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Vínculo curricular

ASIGNATURA: FÍSICA III

Segunda unidad: Interacciones mecánicas. Fuerza y movimiento.

Aprendizajes esperados:

  • Comprender que el concepto de fuerza se refiere a la acción de un cuerpo sobre otro.
  • Identificar las deformaciones de los cuerpos como un efecto de las fuerzas ejercidas sobre ellos.
  • Reconocer la existencia de una relación directa entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la deformación producida en él.
  • Comparar y medir fuerzas a partir de las deformaciones sufridas por un cuerpo elástico calibrado.
Recurso educativo desarrollado para el plan de estudios de la ENP de la UNAM. Versión 1.0.0
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CRÉDITOS

  • DGTIC
  • Coordinación de diseño didáctico:
    • Rebeca Valenzuela Argüelles
  • Coordinación del desarrollo:
    • Mario Alberto Hernández Mayorga
  • Coordinación del proyecto:
    • Teresa Vázquez Mantecón
  • Diseño didáctico:
    • Teresa Vázquez Mantecón
    • Nalleli Chávez Cortés
  • Diseño gráfico:
    • Laura Méndez Martínez
  • Ilustración:
    • Gissela Sauñe Valenzuela
  • Desarrollo de sistemas:
    • Pablo Enrique Zenil Rivas
  • Apoyo a desarrollo de sistemas:
    • Luis Angel Cariño Mendoza
    • Guillermo Romero Rosales

FUERZA
SOBRE UN
CUERPO
ELÁSTICO

Entrar
Comenzar > Juega con el simulador. Puedes variar la constante de rigidez, la longitud inicial, el ancho y la fuerza con la que estiras el resorte.

Observa cuáles variables influyen en el estiramiento y responde las preguntas.

Comenzar > Realiza los siguientes experimentos en el simulador. Observa el comportamiento del resorte y responde las preguntas.
Constante de rigidez   k = 0.1
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Longitud inicial   l = 5  m
slider
Ancho   a = 3  m
slider
Fuerza   F: 9.8  Newtons.
slider
Tabla Gráfica
  • Simulación
  • Experimentación
  • Conclusiones
  • Calibración
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Bibliografía
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Hewitt, Paul. Fundamentos de Física conceptual. México, Pearson Educación, 2009.

Pérez Montiel, Héctor. Física general. México, Publicaciones cultural, 2000.
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Si aplicas una fuerza al resorte, éste se alarga. ¿Qué sucede si se modifica el ancho del resorte sin modificar la constante de rigidez?


Claro,
el ancho del resorte no modifica su rigidez, por eso el alargamiento no cambia.
La respuesta no es correcta. Juega con el simulador utilizando diferentes valores para la fuerza y deduce cuándo aumenta el alargamiento.
El ancho del resorte no afecta su rigidez. Verifícalo usando el simulador.
Se tiene un resorte con un largo inicial de 0.02 m y una constante de rigidez de 160. Al seleccionar una fuerza de 10 N el estiramiento del resorte es de 0.063 m. Si aumenta la longitud inicial del resorte a 0.03 m sin cambiar la constante de rigidez ni la fuerza aplicada. ¿El resorte modificará su alargamiento?


El largo del resorte no afecta la rigidez de éste y por tanto no influye en el alargamiento. Utiliza el simulador y verifica tu respuesta sin cambiar la magnitud de la fuerza y la constante de rigidez.
¡Bien!.
El alargamiento será el mismo ya que el largo del resorte no afecta su rigidez.
El largo del resorte no afecta la rigidez de éste y por tanto no influye en el alargamiento final. Utiliza el simulador y verifica tu respuesta .
Un resorte tiene una rigidez de 60 y se le aplica una fuerza de 6N, lo cual da como resultado un alargamiento de 0.100 m. ¿Qué sucede si aumentas la rigidez del resorte?


Si el alargamiento fuera 0, el resorte ya no sería elástico. Utiliza el simulador y verifica tu respuesta.
Entre más rígido sea un resorte, más fuerza necesita para ser estirado. Utiliza el simulador y verifica tu respuesta .
¡ Bien!
Al aumentar la rigidez se produce un cambio en el alargamiento del resorte, ya que entre más alto sea el valor de la rigidez del resorte, este opone mayor resistencia a la fuerza que está ejerciendo el objeto, por ello su estiramiento disminuye.
Después de los experimentos que realizaste puedes deducir que la ____________ y ____________ influyen en el alargamiento del resorte.


La fuerza aplicada si influye, pero el largo inicial del resorte no cambia la rigidez del resorte, y entonces no afecta el estiramiento del mismo.
¡Bien!
La fuerza aplicada y la constante de rigidez influyen en el estiramiento del resorte. La fuerza aplicada da como resultado el estiramiento, mientras que la constante de rigidez influye porque al variarla, el resorte opone mayor o menor resistencia a la fuerza que se está aplicando.
La fuerza aplicada si influye, pero el ancho del resorte no, ya que si el resorte se hace más o menos ancho esto no afecta su rigidez.
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Selecciona 110 como constante de rigidez del resorte (k). Cambia los valores de la fuerza aplicada (F) y registra los resultados en la tabla.
Grafica y contesta: ¿Cuál de las siguientes expresiones interpreta la gráfica correctamente?


¿Hiciste todos los registros con la misma constante de rigidez? Si no fue así repite el experimento.
¡Bien!

La gráfica representa la relación proporcional que hay entre la fuerza aplicada y el alargamiento del resorte, ya que es una línea recta con pendiente positiva, es decir, a mayor fuerza aplicada es mayor el alargamiento del resorte.
No, si la relación entre la fuerza y el alargamiento fuera inversamente proporcional al aumentar la fuerza disminuiría el alargamiento.
Realiza el experimento con un nuevo valor de la constante de rigidez del resorte (k). Grafica sin limpiar la gráfica anterior para que puedas compararlas. (Puedes hacer varias veces el experimento, sólo recuerda que en cada uno la constante de rigidez no debe variar, pero cámbiala entre un experimento y otro.)
¿Por qué varía la inclinación de las líneas rectas?


Claro,
entre más chica sea la constante de rigidez más pendiente tendrá la recta.
No, más bien la inclinación de la recta tiene que ver con la constante de rigidez del resorte.
Revisa los datos que registraste y verifica que la constante de rigidez no haya cambiado.
Ahora elige un valor fijo para la fuerza aplicada (F) y realiza el experimento variando la constante de rigidez (k). Registra los resultados en la tabla y grafícalos.
¿Cuál de las siguientes expresiones es la interpretación de la gráfica?


En esta gráfica no se muestra la relación entre la fuerza aplicada y estiramiento del resorte. Observa nuevamente la gráfica.
Si la relación fuera directamente proporcional, al aumentar el valor de la constante de rigidez(k) debería aumentar el valor del alargamiento(x) y eso no se observa.
¡Bien!
La gráfica es una hipérbola que indica que la relación entre el alargamiento y la constante de rigidez es inversamente proporcional: a mayor constante menor alargamiento.
Analiza los datos de las tablas y deduce la ecuación que te permite obtener el valor del alargamiento. del resorte.



El alargamiento que sufre un resorte al aplicarle una fuerza se puede calcular dividiendo la magnitud de la fuerza entre la constante de rigidez.
¡Correcto!
El alargamiento que sufre un resorte al aplicarle una fuerza se puede calcular dividiendo la magnitud de la fuerza entre la constante de rigidez.
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Después de haber realizado los experimentos, puedes deducir que:

¡Bien!
Tu deducción es correcta. La relación matemáticamente se expresa así: F = kx.
Si esta ecuación se escribe así F = -kx se conoce como la ley de Hooke. El signo menos indica que el resorte se opone al movimiento con una fuerza equivalente a la fuerza que lo estira.
Recuerda que hay una relación proporcional entre la fuerza que se aplica al resorte y su alargamiento e inversamente proporcional entre la constante de rigidez y su alargamiento.
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Con los experimentos anteriores llegaste a la conclusión de que la Fuerza (F) es directamente proporcional al alargamiento del resorte (x), y la constante de proporcionalidad es la constante de rigidez (k).

Matemáticamente se expresa de esta manera F = kx.

Conociendo esta relación es fácil construir un aparato que mida fuerzas a partir de un resorte.

Si la constante de rigidez es 0.1, encuentra la magnitud de las fuerzas que se te presenten a partir de la medida del alargamiento que provocan sobre el resorte. Tanto en el laboratorio como en el simulador es difícil hacer mediciones exactas. Tu respuesta puede tener una diferencia de 0.3 de más o de menos.

¡Muy bien!
Al conocer el valor de la constante de rigidez es muy fácil deducir el valor de una fuerza que provoca en un resorte un cierto alargamiento.
Para conocer la magnitud de la fuerza debes multiplicar el valor de la constante de rigidez por el alargamiento del resorte.
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Modifica los valores que requieras en el simulador y presiona la flecha para hacer el registro.

. Fuerza (F) Constante (k) Alargamiento (x) Registra datos
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Limpiar tabla Graficar datos
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X Recuerda que para graficar primero debes llenar la tabla.
gráfica
Graficar datos Limpiar gráfica