Velocidad y Fuerza

El movimiento y la fuerza son conceptos importantes para entender el mundo físico que nos rodea. En Física de séptimo grado, estos temas nos ayudan a comprender cómo los objetos se mueven e interactúan entre sí. Echemos un vistazo más profundo a estos conceptos.

¿Qué es la velocidad?

El movimiento se refiere al cambio de posición de un objeto con el tiempo. Todo, desde un coche que se mueve por la carretera hasta una pelota rodando por el suelo, implica ímpetu. Para describir el movimiento, necesitamos considerar el punto de partida, la distancia recorrida y la dirección.

Tipos de movimiento

• Movimiento lineal: Este es el tipo de movimiento más directo y ocurre cuando un objeto se mueve en línea recta. Un ejemplo de esto es un tren moviéndose sobre vías rectas.
• Movimiento circular: Cuando un objeto se mueve en un movimiento circular, como la Tierra orbitando alrededor del Sol, experimenta movimiento circular.
• Movimiento rotacional: Esto ocurre cuando un objeto gira sobre un eje interno, como una peonza girando.
• Movimiento oscilatorio: Esto es cuando un objeto se mueve hacia adelante y hacia atrás en un patrón regular, como un columpio moviéndose de un lado a otro.

Midiendo la velocidad

Para medir la velocidad nos centramos en distancia, velocidad y rapidez:

• Distancia: Es la distancia que un objeto ha recorrido. Se mide en unidades como metros, kilómetros, etc.
• Velocidad: Nos dice qué tan rápido se está moviendo algo. Se calcula dividiendo la distancia por el tiempo tomado.
• Rapidez: A diferencia de la velocidad, la rapidez incluye la dirección del movimiento. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene magnitud y dirección.

Por ejemplo, si un auto viaja 90 kilómetros al norte en 2 horas, su velocidad es:

Velocidad = Distancia / Tiempo = 90 km / 2 h = 45 km/h

Sin embargo, su rapidez se puede escribir como 45 km/h en dirección norte.

Representación gráfica del movimiento

Los gráficos pueden ser útiles para mostrar el movimiento. A continuación se presenta un ejemplo de un gráfico de línea recta que muestra tiempo frente a distancia.

Este gráfico muestra que a medida que pasa el tiempo, la distancia aumenta, lo que indica velocidad constante.

¿Qué son las fuerzas?

Las fuerzas son empujes o tirones que hacen que los objetos se muevan, se detengan o cambien de dirección. Las fuerzas se pueden clasificar según su efecto. Existen muchos tipos de fuerzas.

Tipos de fuerzas

• Fuerza gravitatoria: Es la fuerza de atracción entre objetos debido a su masa. Esta es la razón por la cual las cosas caen cuando se sueltan.
• Fuerza de fricción: Esta fuerza se opone al movimiento. Por ejemplo, cuando deslizas un libro sobre una mesa, la fricción lo frena.
• Fuerza magnética: Se observa en la forma en que los imanes y las cargas eléctricas se atraen o repelen entre sí.
• Fuerza normal: Es la fuerza de apoyo que se aplica a un objeto que está en contacto con otro objeto estacionario. Por ejemplo, un libro colocado sobre una mesa.

Leyes del movimiento de Newton

Primera ley de Newton: La ley de la inercia

Esta ley establece que un objeto permanece en reposo o en movimiento uniforme en línea recta a menos que se le aplique una fuerza. En pocas palabras, las cosas no cambian naturalmente su estado de movimiento.

Ejemplo: Una pelota colocada en el suelo se queda allí a menos que se patee.

Segunda ley de Newton: La ley de la aceleración

Esta ley explica cómo cambia la velocidad de un objeto cuando se le aplica una fuerza externa. La ecuación de esta ley es:

F = ma

Donde F es la fuerza aplicada, m es la masa del objeto y a es la aceleración.

Ejemplo: Si empujas dos pesos diferentes con la misma fuerza, el peso más ligero se moverá más rápido.

Tercera ley de Newton: Acción y reacción

Esta ley establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Esto significa que las fuerzas siempre vienen en pares.

Ejemplo: Cuando saltas, tus pies aplican una fuerza al suelo, y el suelo ejerce una fuerza igual y opuesta empujándote hacia arriba.

Fricción: Una fuerza especial

La fricción es una fuerza que resiste el movimiento entre dos superficies en contacto. Juega un papel importante en la vida cotidiana.

Factores que afectan la fricción

La cantidad de fricción depende de dos factores principales:

• Tipo de superficie: Las superficies lisas tienen baja fricción, mientras que las superficies rugosas tienen alta fricción.
• Fuerza normal: La fricción aumenta cuando las superficies son presionadas juntas con un mayor peso o fuerza.

La fricción es beneficiosa al moverse, pero también puede causar desgaste en la maquinaria.

Fuerzas equilibradas y desequilibradas

Fuerzas equilibradas

Cuando las fuerzas que actúan sobre un objeto son iguales en tamaño pero opuestas en dirección, decimos que las fuerzas están equilibradas. Las fuerzas equilibradas no cambian el movimiento de un objeto.

Fuerza desequilibrada

Si las fuerzas que actúan sobre un objeto no se anulan entre sí, resultando en una fuerza neta, son desequilibradas. Las fuerzas desequilibradas provocan un cambio en el movimiento.

Ejemplo: Considera un juego de tira y afloja:

• Si ambos equipos tiran por igual, las fuerzas se equilibran y la cuerda no se mueve.
• Si un equipo tira más fuerte, las fuerzas se desequilibran y la cuerda se mueve en la dirección de la mayor fuerza.

Descubrimiento de máquinas simples

Las máquinas simples facilitan el trabajo al permitir que los humanos apliquen menos fuerza. Estas incluyen palancas, poleas, tornillos, planos inclinados, cuñas, ruedas y ejes.

Palanca: Una barra rígida que pivota en un punto llamado fulcro. Ejemplo: balancín.

Polea: Una rueda con ranuras para una cuerda o cable. Ejemplo: los mástiles de bandera usan poleas para izar una bandera.

Plano inclinado: Una superficie plana que se inclina en un ángulo para ayudar a levantar cargas más pesadas con menos fuerza. Ejemplo: una rampa.

Conclusión

El movimiento y la fuerza son conceptos fundamentales en la física que explican cómo funciona el mundo que nos rodea. Al comprender estos conceptos, los estudiantes pueden entender mejor las actividades que ven y realizan todos los días. Ya sea en los coches en la carretera o los niños jugando en un balancín, el movimiento y la fuerza están involucrados. La interacción entre el movimiento y las fuerzas nos permite analizar la mecánica de casi todas las interacciones físicas. A medida que los estudiantes estudian y experimentan, desarrollan una profunda intuición por estos principios, que sienta las bases para un estudio más avanzado en física.

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