Question

Parte A: análisis teórico (40%)

1. Analiza y explica: ¿cómo podría conocer un pasajero, sin ayuda de ningún instrumento de medida, si el autobús en que viaja está moviéndose o no con velocidad constante en una carretera recta?


2. “La fuerza normal no es igual al peso”. Da un ejemplo en donde ambas fuerzas tengan la misma magnitud y un ejemplo donde no tenga la misma magnitud.
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Answer 1

1.- Podemos determinar si un vehículo se mueve con velocidad constante, en un movimiento rectilíneo uniforme, por observación de puntos fijos en la carretera.

Si no se dispone de ningún instrumento para medir, sólo nos quedan nuestros sentidos, en este caso nos sería útil la vista y nuestra percepción del tiempo. Podemos fijarnos en los hitos de la carretera, o señales de distancia entre centros poblados (de estos que indican cuanto falta para llegar a la próxima ciudad), y contar cuantos segundos tarda el autobús en pasar entre un punto y otro.

Si observamos que las señales o hitos aparecen cada vez con menos tiempo, es que el autobús ha acelerado, y si tardan mas entre uno y otro, es que el autobús ha desacelerado, de lo contrario, si aparecen con un tiempo regular, es que se mantiene una velocidad constante.

2.- En efecto, la fuerza normal NO es igual al peso. Ambas tienen igual magnitud sólo en los casos donde la superficie sobre la cual se encuentra el cuerpo observado está en el plano horizontal. En cualquier otro caso, si la superficie no está en el plano horizontal, ambas magnitudes serán diferentes.

La fuerza normal, $N$, es la ejercida por una superficie, en contra de la acción de un cuerpo que se encuentra sobre ella. Esta fuerza es siempre perpendicular a la superficie en cuestión, y su magnitud puede ir desde cero (0), si no hay cuerpo sobre ella, hasta un máximo igual a la magnitud del peso del cuerpo que se encuentra sobre ella (cuando es igual al peso).

Por su parte, el peso, $P$, es la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo por la acción de la gravedad sobre la masa del mismo, y su dirección es siempre vertical respecto a la tierra.

Recordemos que las fuerzas se miden de forma vectorial, por lo que tienen una dirección, un sentido y una magnitud. Igual sucede con la normal y el peso.

Si el cuerpo se encuentra en un plano horizontal, el peso tiene dirección vertical, sentido hacia abajo (naturalmente),  y su magnitud se distribuye enteramente en este sentido. Mientras, la fuerza normal, perpendicular a la superficie, tiene la misma dirección, sentido hacia arriba, y su magnitud es enteramente distribuida en este sentido. Por lo cual ambas magnitudes son iguales.

Por otro lado, si el cuerpo se encuentra en un plano inclinado, su peso, $P$, tiene igual dirección, vertical, igual sentido, hacia abajo, pero su magnitud se divide entonces entre un componente vertical,$P_{y}$, y un componente horizontal, $P_{x}$. La fuerza normal, $N$, se mantiene, por definición, perpendicular a la superficie, por lo que su magnitud, en este caso, no será igual al peso, sino sólo a la componente vertical del mismo,$P_{y}$.

Un forma mas sencilla de verlo es que la fuerza normal es la reacción ante una fuerza aplicada sobre una superficie, en este caso el peso. Si la superficie se encuentra en un plano horizontal, todo el peso se ejerce sobre ella, por lo que la reacción, fuerza normal, es igual al peso. Pero si la superficie está inclinada, el peso se descompone en una fracción aplicada sobre la superficie, y otra en desplazar al objeto sobre el plano inclinado, por lo que, la normal es sólo la reacción a la fracción que se aplica sobre la superficie.    

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Answer 2

1. La forma en como un pasajero podría saber si el autobus en el que viaja se mueve a velocidad constante es haciendo uso de sus sentidos, con la vista podría ver la velocidad a la que se mueven los objetos alrededor del autobus, como los edificios y los árboles, si nota que estos se mueven siempre con la misma rapidez, podría concluir que el automovil se mueve a velocidad constante.

2. Un ejemplo en el que la fuerza normal puede ser igual al peso es:

• Cuando un cuerpo se encuentra en reposo sobre una superficie plana.

Un ejemplo en el que la fuerza normal es diferente al peso es:

• Cuando un cuerpo se encuentra en reposo sobre una superficie inclinada.

Recordemos que la fuerza normal se calcula como:

                                     F= m*g*Cos(α)

Siendo:

• m*g = Peso.
• α = El angulo de la superficie con la normal.

De este modo si el la superficie y la normal forman un angulo de 90° entonces el coseno de α será igual a 1, y por lo tanto el módulo de la fuerza normal será igual a el peso.

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