Leyes de Newton

Leyes de newton

Tipos de fuerza

·         Fuerza de contacto: cuando la fuerza implica contacto directo entre dos cuerpos.

·         Fuerza de largo alcance: esta fuerza actúa aunque los cuerpos estén separados. La fuerza gravitacional o peso de un cuerpo es un ejemplo de ello. 

Fuerza normal

Primera ley de newton

Ley de la inercia

En física,  es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo relativo o movimiento relativo o dicho de forma general es la resistencia que opone la materia a modificar su estado de movimiento, incluyendo cambios en la velocidad o en la dirección del movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo relativo o movimiento rectilíneo uniforme relativo si no hay una fuerza que, actuando sobre él, logre cambiar su estado de movimiento.

En la naturaleza no existe el reposo, toda la materia está en movimiento, por eso cuando se habla de reposo o Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) se debe añadir la palabra "relativo" (relativo a un sistema de referencia). El cuerpo está en reposo o en MRU sólo con respecto de ese sistema de referencia. Cuando un cuerpo está en reposo relativo sobre la superficie de la Tierra, en realidad está participando de los distintos movimientos que realiza el planeta y está sometido a diferentes fuerzas como las gravitatorias de la Tierra, el Sol, La Luna y otros cuerpos, así como la resistencia mecánica que impide que se hunda en la tierra, o se deslice. Se puede decir que el cuerpo se encuentra en equilibrio sobre la superficie de la Tierra y por lo tanto en reposo relativo.

Podríamos decir que los cuerpos tienen la tendencia a conservar su estado de movimiento o de reposo, es decir, se opone a cambiar su estado de movimiento o de reposo.

Segunda ley de newton

Ley de la fuerza y condiciones de equilibrio

La Segunda Ley de Newton se puede resumir como sigue: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.

La dirección de la aceleración es la misma de la fuerza aplicada.

a representa la aceleración, m la masa y F la fuerza neta. Por fuerza neta se entiende la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo

Aceleración, Fuerza Neta

La Primera ley de Newton afirma que en ausencia de fuerza neta sobre un cuerpo, éste permanece en reposo, o si está en movimiento, continúa moviéndose con velocidad constante (conservando su magnitud y dirección). Pero, ¿qué sucede si una fuerza actúa sobre un cuerpo? La velocidad debe cambiar, o sea, una fuerza neta origina una aceleración.

La relación entre aceleración y fuerza podemos encontrarla en experiencias cotidianas. Pensemos que empujamos un carrito de supermercado. La fuerza neta que se ejerce sobre el carrito es la fuerza que yo aplico menos la fuerza de fricción en las ruedas. Si la fuerza neta es F, la aceleración será a, si la fuerza es 2F, la aceleración será 2a, y así sucesivamente. Por tanto, la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada. Pero la aceleración depende también de la masa del objeto. Si mantengo la fuerza neta F y aumento la masa al doble, la aceleración será a/2.

Notemos que mediante esta segunda ley podemos dar una definición más precisa de fuerza, como una acción capaz de acelerar un objeto.

Cuando la masa está en kilogramos y la aceleración en metros por segundo al cuadrado, la unidad de fuerza se llama Newton (N), 1 N = 1kgm/s².

En el sistema inglés, la unidad de fuerza es la libra. se define como el peso (que es una fuerza) de un cuerpo cuya masa es 0.45359237 kg en determinado lugar de la Tierra en el que la aceleración de gravedad sea 32.1734 pies/s².

En síntesis esta ley es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo, es decir, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Ejemplo.

El peso combinado de un cajón y una carretilla es de 300 N, si una persona tira de una cuerda amarrada al sistema cajón-carretilla con una fuerza de 20 N, ¿cuál es la aceleración del sistema cajón-carretilla?

No es necesario hacer conversiones de unidades.

Los datos que se tienen son:

Peso (w)=300 N

Fuerza (fx) = 20.0 N

Gravedad (g) = 9.80 m/s²

Se utiliza la segunda ley de newton ya que se contempla una aceleración del sistema y una fuerza ejercida al sistema, ambas de manera constante.

Protocolo de solución.

Lo primero que debe hacer es conocer la masa del sistema, para eso emplearemos la siguiente fórmula:

Despejamos m y queda de la siguiente forma:

Hacemos las sustituciones correspondientes de manera que:

Utilizando la siguiente ecuación de la segunda ley podremos calcular la aceleración:

Es decir ya tenemos la cantidad de fuerza y la masa, así que despejamos la aceleración y la formula nos queda de la siguiente manera:

Sustituimos y resolvemos:

Ejercicio Ilustratorio

¿Qué fuerza neta se necesita para desacelerar uniformemente a un automóvil de 1500 kg de masa desde una velocidad de 100 km/h. hasta el reposo, en una distancia de 55 m?

Tercera ley de newton

Ley de Acción y Reacción

La tercera Ley de Newton se puede enunciar formalmente así: "Las fuerzas siempre ocurren en pares. Si el objeto A ejerce una fuerza F sobre el objeto B, entonces el objeto B ejerce una fuerza igual y opuesta -F sobre el objeto A" o en forma común:  "Cada acción tiene una reacción igual y opuesta" Observe este requisito importante: ¡Deben estar involucrados dos objetos! Existe toda una suerte de situaciones en donde dos fuerzas iguales y opuestas actúan sobre el mismo objeto, cancelándose uno a otro, de manera que no ocurre aceleración alguna (o siquiera movimiento). Esto no es un ejemplo de la tercera ley, sino de equilibrio entre las fuerzas. Algunos ejemplos:

·         Un objeto pesado descansa sobre el piso, siendo jalado por la Tierra con una fuerza mg (vea dibujo). Sin embargo, no se mueve en esa dirección, debido a que el piso lo detiene. Obviamente, el piso está ejerciendo sobre el objeto una fuerza igual y opuesta –mg (velocidad v = 0, aceleración a = 0). ·         Un elevador es levantado desde el nivel de la calle hasta el 5to. piso. Este siente dos fuerzas: hacia abajo, su peso y el de la gente dentro de él, y hacia arriba, el jalón del cable el cual lo sostiene. Entre pisos, siempre y cuando el elevador no acelere, la fuerza neta debe de ser cero, porque las dos fuerzas deben ser iguales y opuestas (v > 0, a = 0).