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TEMA 3. LEYES DE NEWTON

Relacionar la fuerza con el momento lineal (cantidad de movimiento). Deducir las leyes de Newton a partir de la definición de fuerza realizada sobre un sistema de masa constante. Dibujar las fuerzas aplicadas a un cuerpo. Comprender la necesidad de introducir fuerzas ficticias para aplicar las leyes de Newton en sistemas de referencia acelerados (no inerciales). Aplicar las leyes de Newton a la resolución de problemas.

OBJETIVOS

3.1 Momento lineal y fuerza 3.2 Leyes de Newton 3.3 Fuerzas de la naturaleza 3.4 Fuerzas ficticias o de inercia

ÍNDICE

3.1 Momento lineal y fuerza 3.1.1 Momento lineal 3.1.2 Fuerza 3.1.3 Conservación del momento lineal

ÍNDICE

3.1.1 Momento lineal y fuerza 3.1.1 Momento lineal

El momento lineal expresa cuantitativamente la cantidad de movimiento: p = mv

Si hay más de una partícula (N): pt = p1 + p2 + … = Σ pi i=1

3.1.1 Momento lineal y fuerza 3.1.2 Fuerza

Las leyes que rigen los cambios en el estado de movimiento de una partícula se apoyan en una magnitud que exprese el cambio temporal de p: F = dp/dt

3.1.1 Momento lineal y fuerza 3.1.2 Conservación del momento lineal

Cuando no actúan fuerzas sobre una partícula, su cantidad de movimiento no varía. F = dp/dt = 0 → p = cte

3.2 Leyes de Newton 3.2.1 Primera ley: ley de inercia

Las leyes de Newton son consecuencia de lo anterior aplicado a partículas de masa constante F = dp/dt = 0 → p = cte → v = cte Todo cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza permanece en reposo o en movimiento rectilíneo a velocidad constante ¿Por qué se detiene un barco cuando cesa el viento?

3.2 Leyes de Newton 3.2.2 Segunda ley

La fuerza neta ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de su masa (supuesta constante) por la aceleración que éste adquiere. F = dp/dt = d(mv)/dt = m dv/dt = ma Σ (Fx i + Fy j + Fz k) = m (ax i + ay j + az k)

3.2 Leyes de Newton 3.2.2 Segunda ley

Igualando componentes: Σ Fx = m ax Σ Fy = m ay Σ Fz = m az O bien: Σ Ft = m at Σ Fn = m an Σ Ft = m dv/dt Σ Fn = m v2/ρ Otras consecuencias de la segunda ley: Unidades de la fuerza: Newton Masa inercial y masa gravitatoria: Principio de equivalencia

F21 F12

3.2 Leyes de Newton 3.2.3 Tercera ley: ley de acción y reacción

Cuando dos partículas aisladas interactúan entre sí, la fuerza sobre una partícula (acción) es igual y opuesta a la fuerza sobre la otra (reacción). F = dp/dt = d(p1 + p2)/dt = dp1/dt + dp2/dt = 0 F12 = - F21 F12 = dp1/dt F21 = dp2/dt

¿Son siempre perpendiculares a la superficie las fuerzas de acción-reacción?

3.3 Fuerzas de la naturaleza 3.3.1 Fuerzas fundamentales 3.3.2 Fuerzas no fundamentales

3.3 Fuerzas de la naturaleza 3.3.1 Fuerzas fundamentales

Fuerza nuclear fuerte: Mantiene unidos protones y neutrones para formar el núcleo de los átomos. Su valor decrece rápidamente con la distancia

Fuerza nuclear débil: También de corto alcance, es la responsable de un tipo de radiactividad en la que se emiten partículas beta (antineutrino o partícula sin masa y con carga negativa, resultante de la transformación de un neutrón en un protón.

Fuerza electromagnética: Con una intensidad intermedia entre las anteriores, es de largo alcance. Está asociada a una propiedad de la materia, la carga, que puede ser positiva o negativa.

Fuerza gravitatoria: También de largo alcance, a diferencia de la anterior siempre es positiva y está asociada a la masa de los cuerpos.

3.3 Fuerzas de la naturaleza 3.3.2 Fuerzas no fundamentales

Fuerzas moleculares: mantienen unidos los átomos y las moléculas. Son manifestaciones complicadas de las fuerzas electromagnéticas.

Fuerzas de contacto: sólidos, muelles, cuerdas. Son fuerzas moleculares.

Fuerzas de rozamiento: Se oponen al movimiento. Son fuerzas de origen molecular.

Fuerzas ficticias o de inercia: No tienen realidad física. Corresponden a la aceleración del sistema de referencia.

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