Fuerza

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.
Formula:

Ejercicio:

Aquí un vídeo:

Gasto

El gasto másico, flujo másico o caudal másico (símbolo ) es la magnitud física que expresa la variación de la masa con respecto al tiempo en un área específica. En el Sistema Internacional se mide en unidades de kilogramos por segundo, mientras que en el sistema anglosajón se mide en libras por segundo.
Formula:

Ejercicio:

Calcular el gasto de agua que pasa a través de una tubería al fluir  en medio minuto.

Solución: Lo primero que haremos será analizar nuestros datos:

G = ?

V = 

t = 

Aplicando la fórmula de Gasto:

Aquí un vídeo:

Volumen

El volumen¹​ es una magnitud métrica de tipo escalar²​ definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Matemáticamente el volumen es definible no sólo en cualquier espacio euclídeo, sino también en otro tipo de espacios métricos que incluyen por ejemplo a las variedades de Riemann.
Formula:

Ejercicio
1.-3,37 g de cloruro de calcio si la densidad es de 2,15 g/cm ³.
Respuesta: 1,57 cm ³

2.-40,5 g de silicato de cromo si la densidad es de 5,5 g/cm ³.
Respuesta: 7,36 cm ³

3.- 2,13 kg de estaño si la densidad es de 7,28 g/cm ³.
Respuesta: 292,58 cm ³
Aquí un vídeo:

Empuje

Todo cuerpo que se introduzca en un liquido, experimenta un ''empuje'' de abajo hacia arriba que es equivalente al peso del volumen del liquido desalojado. bajos en el agua cuando están muy cargados (ya que necesita desplazar mayor cantidad de agua para generar el empuje
Formula:


Ejercicio

Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza resultante. 

Solución:

El empuje viene dado por E = ρ_agua V_sumergido g,  la masa específica del agua es un valor conocido (1000 kg/m³), lo único que se debe calcular es el volumen sumergido, en este caso es el de la bola de acero. Se utiliza la fórmula del volumen de una esfera. 

Volumen: 5,236 · 10^-4 m³

E = ρ_agua·V_sumergido·g  = 1000 · 5,236 · 10^-4 · 9,8 = 5,131 N

El empuje es una fuerza dirigida hacia arriba, y el peso de la bola hacia abajo. La fuerza resultante será la resta de las dos anteriores. 

W= mg = ρvg

_ρacero = 7,9 g/cm³ = 7900 kg/m³         

m = ρ_acero · V = 7900 · 5,234 · 10^-4 = 4,135 kg

P = m · g = 4,135 · 9,8 = 40,52 N

Fuerza Resultante: P - E = 35,39 N, hacia abajo, por lo que la bola tiende a bajar y sumergirse.

Aquí un vídeo:

Presión

La presión (símbolo p)¹​²​ es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea.

Formula:

               
¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?

Solución: Para ello vamos a tomar nuestros datos que el problema nos provee, por ejemplo nos da una fuerza de 120 N, y a su vez un área de 0.040  , por lo que tenemos:

 ?

Reemplazando estos datos en nuestra fórmula tenemos:

Por lo que obtenemos un total de 3000 pascales de presión ejercidas sobre la superficie.

Aquí un vídeo:

Elasticidad

En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
Formula:

Ejercicio:
 Entre dos columnas fue tendido un alambre de longitud 2 l . En el alambre, exactamente en el centro, fue colgado un farol de masa M. El área de la sección transversal del alambre es A, el módulo de elasticidad es Y. Determinar el Angulo α, de pandeo del alambre, considerándolo pequeño.

Aquí un vídeo:

Fluidos

Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas.

Formula:

Ejercicio:

Un tanque, que tiene una base cuadrada de 1 m de lado y una altura de 0,5 m, se encuentra lleno de aceite con una densidad de 0,9 gr/cm3.

¿Cuál es el peso total del aceite que se encuentra en el tanque?

Solución

Convertimos la densidad a kg/m3

Calculamos el volumen del tanque:

Planteamos la fórmula de densidad y despejamos la masa:

Cálculo de la masa:

Calculamos el peso:

Aquí un vídeo:

Peso específico

El peso es la fuerza que ejerce el planeta para atraer a los cuerpos. La magnitud de la fuerza en cuestión también se conoce como peso. Peso, por otra parte, se suele usar como sinónimo de masa, aunque este concepto nombra específicamente el nivel de materia del cuerpo (más allá de la fuerza gravitatoria).
Formula:

1.- 0.5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0.633 cm³. Calcular su densidad y peso específico.
Datos:

M = 0.5kg               P = m/V                                  Pe = pg 
V = 0.633 cm³        P = 0.5 kg/ 6.33*10^-7 m³      Pe = (789889.41 kg/ m³)(9.81 m/s²)
= 6.33*10^-7 m³     P = 789889.41 kg/ m³              Pe = 7748815.11 nw/ m³

Aquí un vídeo:

Densidad

En física y química, la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Formula:

Ejercicio:
1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?
Solución

De los datos del problema sabemos que:

• m = 600 gr.
• V = 30 cm3

Entonces reemplazando en la formula:

ρ = m / V

ρ = 600 gr / 30 cm3

ρ = 20 gr / cm3

Aquí un vídeo:

Solidos y Liquidos

El espacio que guardan átomos y moléculas de un sólido determina que se presenten en varias formas. La forma es una de las características que permite diferenciar un estado de agregación de otro.

Los cuerpos sólidos tienen sus moléculas muy cerca unas de otras, por la atracción que ejerce entre ellos la fuerza de coheción o fuerza intermolecular. Algunos cuerpos no presentan en su estructura un ordenamiento repetitivo, por lo cual se les identifica como cuerpos amorfos,Ejemplos: el plástico, el hule y el asfalto.

Los cuerpos líquidos las moléculas estan mas separadas que en los sólidos lo que permite cierto deslizamiento entre las moléculas. Y se adaptan a la forma del recipiente que los contiene y mantienen su volumen a menos que se les aplique una fuerza externa.

En los gases hay un movimiento constante y espacio entre las moléculas y se difunden rápidamente.

Formula:

SIN EJERCICIO

Aquí un vídeo:

Masa

Como masa designamos la magnitud física con que medimos la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Como tal, su unidad, según el Sistema Internacional de Unidades, es el kilogramo (kg).
Formula:

Ejercicio

Una pelota posee una masa de 6 kg.

1. ¿ Cambia su masa si la pelota esta en la Tierra o en la Luna?
2. Calcula su peso en la tierra.
3. Calcula su peso en la Luna.

Empezamos contestando la pregunta:

a. La masa solo depende de la cantidad de materia del cuerpo, no del lugar donde se encuentre. Por lo tanto no cambia su masa.

b. Lees el problema y extraes datos e incógnita (recuerda que la aceleración de gravedad g es un dato que debes saber y que siempre que calcules el peso de un cuerpo lo necesitarás)

m = 6 kg.

g _Tierra = 9,8 m/s²

P = ?.

Eliges la fórmula que te permite calcular la incógnita a partir de tus datos:

P  =  m . g

Reemplazas los datos en la fórmula: 

P = 6 kg . 9,8 m/s² 

Calculas el resultado numérico y colocas la unidad en que se mide el peso:

P = 58,8 N

El peso de la pelota es de 58,8 N en la Tierra.

c. Para calcular el peso de la pelota en la Luna necesitarás el valor de la aceleración de gravedad g de la Luna que la puedes extraer de la tabla anterior:

m = 6 kg.

g _Luna = 1,6 m/s²

P = ?.

Eliges la fórmula que te permite calcular la incógnita a partir de tus datos:

P  =  m . g

Reemplazas los datos en la fórmula: 

P = 6 kg . 1,6 m/s² 

Calculas el resultado numérico y colocas la unidad en que se mide el peso:

P = 9,6 N

El peso de la pelota es de 9,6 N en la Luna.

Finalmente has descubierto que la masa del cuerpo 6 kg se mantiene constante. En cambio el peso del cuerpo varía de 60 N en la Tierra a 10 N en el otro planeta (aproximadamente) debido a que cada planeta posee aceleraciones de gravedad g distintas.

Aquí un vídeo:

Energía Cinetica

La energía cinética es una forma de energía, conocida comoenergía de movimiento. La energía cinética de un objeto es aquella que se produce a causa de sus movimientos que depende de la masa y velocidad del mismo. La energía cinética suele abreviarse con las letras "Ec" o "Ek".
Formula:

Ejercicio 

Aquí un vídeo:

Energía Potencial

La energía potencial es la energía mecánica asociada a la localización de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas (gravitatoria, electrostática, etc.) o a la existencia de un campo de fuerzas en el interior de un cuerpo (energía elástica). La energía potencial de un cuerpo es una consecuencia de la que el sistema de fuerzas que actúa sobre un cuerpo sea conservativo.
Formula

Ejercicio
¿Cuál es la energía potencial que tiene un ascensor de 800 Kg situado a 380 m sobre el suelo? Suponemos que la energía potencial en el suelo es 0.
 Solución:

 Este caso es muy sencillo, sólo tenemos que aplicar los datos que nos dan en la fórmula:
 Ep = (800 Kg) x (9.8 m/s^2) x (380 m) = 2.979.200 J = 2.9 MJ (millones de Julios).
Aquí un vídeo:

Potencia

En física, potencia (símbolo P) es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación

Formula:

                                                             

Despejamos “v” y calculamos y obtenemos una velocidad de 435,9 m/s.

8.- Un automóvil de 1000 kg de masa aumenta su velocidad de 0 a 100 km/h en un tiempo mínimo de 8 s. Calcula su potencia en watios y en caballos de vapor.

Dato: 1 CV = 735 w.

100 km/h son 27,8 m/s.

Calculamos el trabajo realizado por el motor teniendo en cuenta que es igual a la variación de la energía cinética:

La potencia del motor será:

La potencia en C.V. valdrá:

Aquí un vídeo:

Fricción

La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
Formula
Fr=μ⋅N

Sobre una caja de 1200 g de masa situado sobre en una mesa horizontal se aplica una fuerza de 15 N en la dirección del plano. Calcula la fuerza de rozamiento (fuerza de fricción) si:

a)  La caja adquiere una aceleración igual a 2,5 m/s2.
b)  La caja se mueve con velocidad constante. 

Solución

Cuestión a)

Datos

m = 1200 g = 1.2 Kg
F = 15 N
a = 2.5 m/s2
FR ?

Resolución

Si aplicamos las ecuaciones de la segunda ley de Newton o principio fundamental de un cuerpo sobre un plano horizontal, obtenemos que:

Cuestión b)

Si tiene velocidad constante quiere decir que en este caso la aceleración de la caja es a = 0 m/s2, por tanto:

Aquí un vídeo:

F−FR=m⋅a ⇒FR=F−m⋅a ⇒FR=15 N−1.2 Kg ⋅ 2.5 m/s2 ⇒FR=12 N

F−FR=m⋅a ⇒FR=F−m⋅a ⇒FR=15 N−1.2 Kg ⋅ 2.5 m/s2 ⇒FR=12 N