Fuerzas y Movimiento: Secretos que Mueven Chile | ORBITECH

Las leyes de Newton: el ABC del movimiento

Primera ley: si no hay fuerza neta, el cuerpo sigue igual. Ejemplo: cuando el metro frena bruscamente en Providencia.
Piensa: 'Si el auto frena, tú vas para adelante' (inercia).
Segunda ley: F⃗ = m $\cdot$ a⃗. La fuerza neta es igual a masa por aceleración. $F neta = m \cdot a$
Más m = más fuerza necesaria para acelerar, como cargar una mochila llena en el cerro Santa Lucía.
Tercera ley: toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Ejemplo: cuando caminas, empujas el suelo hacia atrás. $F_{A s o b r e B} = - F_{B s o b r e A}$
Acción-reacción: como cuando saltas en el trampolín del Parque O'Higgins.
En la PAES suelen preguntar: si un bus de 5000 kg acelera a 2 m/s², ¿qué fuerza ejerce el motor? $F = 5000 \cdot 2 = 10000 N$
Convierte siempre kg a kg y m/s² a m/s^2.

F neta = m \cdot a

Fuerza que se opone al movimiento. Depende del material y la fuerza normal. $f = μ \cdot N$
Más peso = más roce. Como cuando llevas mochila llena en el ascensor de Concepción.
Rozamiento estático: evita que el auto patine en una subida de la Ruta 5. $f_{s} \leq μ_{s} \cdot N$
El \mu_s es mayor que el cinético. ¡Por eso no arrancas en rojo!
Rozamiento cinético: frena el movimiento, como los neumáticos en el pavimento mojado de Antofagasta. $f_{k} = μ_{k} \cdot N$
El \mu_k es menor que el estático. Por eso el auto se desliza si pisas el freno fuerte.
En la PAES: si un bloque de 10 kg está en reposo con $μ$ _s = 0.5, ¿qué fuerza mínima lo mueve? $f_{s} = 0.5 \cdot 10 \cdot 9.8 = 49 N$
Usa g = 9.8 m/s^2, no 10 para mayor precisión.

f = μ \cdot N

Energía cinética: la que tiene un cuerpo en movimiento, como un bus en la Alameda. $E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2}$
Si duplicas la velocidad, la energía se cuadruplica. ¡Cuidado con los límites de velocidad!
Energía potencial gravitatoria: la que tiene un cuerpo por su altura, como un turista en el Morro de Arica. $E_{p} = m \cdot g \cdot h$
Más altura = más energía. Por eso el salto en el Cajón del Maipo duele más si saltas desde más alto.
Conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. $E_{m i n i c i a l} = E_{m f i n a l}$
Como cuando lanzas una pelota: sube con energía cinética y baja con potencial.
En la PAES: si un niño de 20 kg se lanza desde 5 m en un puenting, ¿qué velocidad tiene al llegar abajo? $v = \sqrt{2 g h} = \sqrt{2 \cdot 9.8 \cdot 5} \approx 9.9 m/s$
Desprecia el rozamiento del aire en estos problemas.

E_{m} = E_{c} + E_{p}

Aceleración centrípeta: apunta al centro y mantiene el movimiento circular, como en los juegos mecánicos de Fantasilandia. $a_{c} = \frac{v^{2}}{r} = ω^{2} r$
Si aumentas la velocidad, la aceleración aumenta al cuadrado. ¡No te caigas de la montaña rusa!
Fuerza centrípeta: la fuerza neta que causa el movimiento circular, como la tensión en la cuerda de un trompo. $F_{c} = m \cdot a_{c} = m \frac{v^{2}}{r}$
Sin fuerza centrípeta, el cuerpo sale disparado en línea recta (¡como cuando sueltas una pelota atada a una cuerda!).
Velocidad angular: cuánto gira por segundo, como las aspas de un ventilador en invierno. $ω = \frac{v}{r} = 2 π f$
La frecuencia f se mide en hercios (Hz). Un ventilador a 60 Hz gira 60 veces por segundo.
En la PAES: si un auto toma una curva de 30 m de radio a 15 m/s, ¿qué aceleración centrípeta tiene? $a_{c} = \frac{15^{2}}{30} = 7.5 {m/s}^{2}$
Convierte siempre la velocidad a m/s, no uses km/h directamente.

a_{c} = \frac{v^{2}}{r}

Un cuerpo está en equilibrio si la fuerza neta y el torque neto son cero. $\sum F = 0 \sum τ = 0$
Como un volcán en equilibrio: las fuerzas hacia abajo (peso) y hacia arriba (suelo) se equilibran.
Torque: fuerza que causa rotación, como cuando abres una puerta empujando lejos de las bisagras. $τ = r \times F = r F \sin θ$
Para maximizar el torque, empuja perpendicular a la puerta (ángulo de 90°).
Centro de masa: punto donde se concentra el peso de un cuerpo, como el centro de gravedad de un moai en Isla de Pascua. $x_{c m} = \frac{\sum m_{i} x_{i}}{\sum m_{i}}$
Si el centro de masa está fuera de la base de apoyo, el cuerpo se cae. ¡Cuidado al cargar cajas en el metro!
En la PAES: si un semáforo de 20 kg cuelga de un cable a 30° con la horizontal, ¿qué tensión hay en el cable? $T = \frac{m g}{2 \sin 30 °} = 196 N$
Dibuja siempre el diagrama de fuerzas antes de resolver.

\sum F = 0 \sum τ = 0

El ascensor Concepción sube 40 m en 1 minuto. Calcula su velocidad media en m/s. $v = \frac{40}{60} = 0.67 m/s$
Convierte minutos a segundos: 1 min = 60 s.
Los vientos de Atacama pueden alcanzar 120 km/h. ¿Qué fuerza ejerce el viento sobre un cartel de 2 m²? $F = \frac{1}{2} ρ v^{2} A \approx 1440 N (ρ_{a i r e} = 1.2 {kg/m}^{3})$
Usa $ρ$ _{aire} = 1.2 kg/m^3 para problemas de viento.
En el salto del Cajón del Maipo, si saltas desde 30 m, ¿cuánto tiempo tardas en caer? $t = \sqrt{\frac{2 h}{g}} = \sqrt{\frac{60}{9.8}} \approx 2.47 s$
Desprecia el rozamiento del aire en estos cálculos.
El puenting en el Cajón del Maipo usa cuerdas elásticas. La fuerza elástica sigue F = -kx. $F = - k x$
k es la constante elástica. Más k = más fuerza para el mismo estiramiento.

F = \frac{1}{2} ρ v^{2} A

Isaac Newton publicó sus leyes en 1687 en 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica'.: Este libro sentó las bases de la física clásica y es clave para entender el movimiento.
El ascensor Concepción, inaugurado en 1998, recorre 40 m en 1 minuto.: Ejemplo perfecto de movimiento rectilíneo uniforme en una ciudad chilena.
Los vientos en el desierto de Atacama pueden superar los 120 km/h.: Estos vientos erosionan las rocas y generan fuerzas que debes considerar en estructuras.
El salto en puenting en el Cajón del Maipo alcanza velocidades de hasta 100 km/h.: Aquí se aplica la conservación de la energía mecánica en un ejemplo real.
En la PAES, el 20% de las preguntas de física son sobre fuerzas y movimiento.: ¡Domina estos conceptos y ganarás puntos fáciles en el examen!