leyes de newton

Lizette Martínez Cardiel Escuela Secundaria Técnica 52

¿Cuáles son las reglas del movimiento? Tres ideas fundamentales sobre las fuerzas

Los objetos se mueven por inercia, ¿conoces este término?

Al frenar el camión de pasajeros: ¿hacia dónde se mueve tu cuerpo? ¿por qué?

Al empujar el carrito del súper ¿es más fácil cuando está vacío o cuando llevas todas las compras?

¿Cómo es que los cohetes espaciales logran elevarse? ¿Recuerdas el movimiento rectilíneo uniforme? Te puedes imaginar que a un objeto le aplicas una fuerza y no existiera fuerza de fricción, el móvil en teoría nunca se detendría, esto lo estudio Galileo al tratar de explicar la caída de los cuerpos, así pues Galileo descubrió la inercia, pero no lo pudo demostrar.

¿Sabías que Newton nace en el año en que muere Galileo?, interesante ¿verdad? , ya que fue precisamente Newton quien dio continuidad a los estudios de Galileo. A continuación te cito tres definiciones de inercia: Flojedad, desidia, inacción. Incapacidad de los cuerpos para salir del estado de reposo y cambiar las condiciones de movimiento o cesar en él. Consultado el 29 de marzo de 2009 en http://www.definicion.org/inercia La inercia es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios. Consultado el 29 de marzo de 2009 en es.wikipedia.org/wiki/Inercia

Inercia.- tendencia de un objeto a permanecer en movimiento, si está en movimiento, o en reposo, si está en reposo; resistencia a la aceleración. Consultado el 29 de marzo de 2009 en www.astrocosmo.cl/glosario/glosar-i.htm

http://www.astrocosmo.cl/glosario/glosar-i.htm


Coloca cada palabra del vocabulario de movimiento en su espacio correspondiente:

Fuerza, peso, masa, eléctrica, inercia, reposo, movimiento, magnética, acción, reacción, aceleración, newton, gravedad, fricción, normal, leyes.

Investiga la definición de las siguientes palabras:

Fuerza, peso, masa, eléctrica, inercia, reposo, movimiento, magnética, acción, reacción, aceleración, newton, gravedad, fricción, normal, leyes.


Primera Ley de Newton

“Todos los cuerpos permanecen en reposo o se mueven con velocidad constante a menos que se aplique una fuerza sobre ellos.”

Newton describió el movimiento natural de los cuerpos como rectilíneo con velocidad

constante, llamo inercia a esa tendencia del cuerpo a mantener la velocidad con que se mueve y su dirección.

Resulta más fácil de comprender que un objeto que está en reposo no se moverá hasta que una fuerza lo haga moverse, sin embargo un objeto en movimiento esta bajo la acción de la fuerza de fricción, que es la responsable que los objetos se detengan.

Bueno, ahora vamos a revisar estos dos ejemplos sobre la primera Ley de Newton.

Imagina que un ciclista viaja a toda

velocidad, de repente choca con una piedra y se detiene bruscamente ¿Qué sucede? ¡Exacto! El ciclista cae hacia delante, esto sucede precisamente por la ley de la inercia, el ciclista va con una velocidad y su tendencia es de movimiento, al frenar la bicicleta por inercia continua en su estado de movimiento, motivo por el cual sale hacia delante.

Otro ejemplo es cuando estás en un auto esperando la luz verde del

semáforo, tú estás en reposo, al momento de acelerar el coche ¿Qué sucede? Tu cuerpo tiende irse para atrás, esto sucede precisamente por la inercia ya que tu cuerpo tiende a continuar con el estado de reposo y se opone al movimiento.

Contesta las siguientes preguntas: 1.- ¿Si la fuerza de gravedad entre el Sol y los planetas desapareciere de improviso, ¿ qué tipo de trayectoria seguirían los planetas ? 2.- ¿Es correcto decir que la razón por la cual un objeto se resiste al cambio y persiste en su estado de movimiento es que tiene inercia? 3.- ¿ Aplicando la ley de la inercia a que se debe que en un choque de dos carros las personas terminen con lesiones? 4.- ¿Qué sucede si la Tierra deja de girar sobre su eje?

Investiga y comenta sobre el uso del cinturón de

seguridad ¿Por qué usar cinturón de seguridad? ¿Qué ocurre en un accidente automovilístico? ¿Cómo se debe de llevar a los niños en un auto?


Esquema de 1ra ley de Newton

Si un cuerpo en estado de reposo se le aplica una fuerza externa, cambiara a un estado de Movimiento Rectilíneo. Uniformemente y viceversa. En ausencia de fuerzas externas permanecerá en el mismo estado en el que se encontraba originalmente.

Para comprender mejor, recuerda cuando viajas en algún medio de transporte y este cambia de velocidad para detenerse: tu cuerpo tiende a irse hacia adelante por la inercia; en cambio, al arrancar nuevamente tu cuerpo se irá hacia atrás, porque tiende a permanecer en su estado de reposo recientemente alcanzado.

La primera ley de Newton, también conocida como ley de la inercia, indica que todo cuerpo permanecerá en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sobre actué una fuerza externa que lo obligue a cambiar de estado.

En 1687, Issac Newton publico la formulación matemática de sus leyes en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Las leyes de Newton constituyrn la base de la mecánica clásica. Observa el esquema y responde 1. ¿Qué sucede si a un cuerpo en reposo se le aplica una fuerza externa? 2. ¿Qué sucede si un cuerpo en movimiento no recibe una fuerza externa?

Realiza un escrito de acuerdo a las siguientes figuras. Que fue lo que paso?

Todo Objeto

En Movimiento

En Movimiento

En Reposo

En Reposo

Sin una fuerza

externa

externa

Aplicando una

fuerza externa

externa

Permanecerá en ese estado

Inicial

Cambiara su estado

Comprobando

así

La ley de la

Inercia


Segunda Ley de Newton

”La fuerza para cambiar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a la aceleración producida” Decimos que para mover un objeto se requiere una fuerza sea aplicada: ¿De qué factores dependerá?

¿Resulta igual tratar de una piedra chica a una más grande?

Como sabes, esto dependería de la masa de cada cuerpo; Newton determino su segunda Ley de movimiento con la siguiente ecuación: F = m a

Revisemos a detalle la fórmula anterior y su relación con la segunda Ley de Newton. La aceleración es el cambio en la velocidad, y entre mayor sea la fuerza mayor será la aceleración. La unidad para medir la fuerza se da en Newton, en honor a este científico. Veamos cómo se obtiene la unidad Newton.

Si te das cuenta son las mismas unidades que establecimos para el peso de los cuerpos, esto es porque el peso en sí, es también una fuerza.

La segunda Ley de Newton nos permite conocer que tanto cambiará el movimiento de un cuerpo, ya que relaciona a la fuerza como una interacción entre los cuerpos y a la masa y la aceleración que son propiedades del mismo cuerpo.

A partir de la ecuación de la segunda ley de Newton podemos despejar las variables m y a,

y tenemos ecuaciones para calcular la aceleración de un cuerpo así como la masa del cuerpo.


Esquema de 2da ley de Newton

Las fuerzas pueden ejercer presión sobre un objeto e incluso deformarlo. Cuando la fuerza

neta provoca movimiento, el objeto sobre el cual se aplica la fuerza sufre un cambio de velocidad que va en proporción a la fuerza aplicada (a mayor fuerza, mayor aceleración).

Un objeto con mayor masa requiere mayor fuerza para alcanzar mayor aceleración.

La segunda Ley de Newton o principio fundamental de

la dinámica, nos dice que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la cantidad de fuerza neta que actúa sobre el e inversamente proporcional a su masa.

La segunda ley se puede expresar con la siguiente

fórmula: F= m a, o en sus respectivos despejes:

La unidad de fuerza en el sistema internacional es el newton y se representa con N. Un

newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1m/s

2, o sea 1N= 1kg x 1 m/s

2 Practica lo que has aprendido a través de la resolución de los siguientes problemas. 1. ¿Qué fuerza se requiere para que un cuerpo de 10 Kg se acelera a 2 m/s2? 2. Si un cuerpo tiene una masa 10 Kg y recibe una fuerza de 3N. ¿Cuál sería su aceleración? 3. Con una fuerza de 200 N un móvil adquiere una aceleración de 2 m/s2. ¿Cuál será la masa del

objeto? 4. La masa de un carrito de supermercado es de 8kg. Si se desea que el carrito alcance una

aceleración de 15 m/s2. ¿Cuál es el valor de la fuerza que se debe aplicar?

5. La masa de un balón de futbol es de 0.35 kg, y este recibe una patada con una fuerza de 7 N. Cual será la aceleración del Balón?

6. Si un carrito de 20kg es impulsado por una fuerza de 400N ¿Cuál es el valor de la aceleración? 7. Si un balón de 500g se le aplica una fuerza de 15N ¿Cuál es el valor de la aceleración que

adquiere? 8. Una pelota de 0.4kg es golpeada con una fuerza de 4.5N ¿Cuál es el valor de la aceleración? 9. Un carrito de 2 gr tiene una aceleración de 1 m/s

2 ¿Cuál es el valor de la fuerza aplicad?

10. Una pelota de 100g tiene una aceleración de 200m/s2 ¿Cuál es el valor de la fuerza aplicada?

11. Si un cuerpo tiene una aceleración de 1000 cm/ss, cuando se le aplica una fuerza de 100 N

¿Cuánto vale su masa?

F

a m

Fuerza neta aplicada

Aceleración

Fuerza neta aplicada (F) aplicada sobre una masa

(m) producirá una aceleración (a) en dicha masa


PROBLEMAS DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON

A + B = C

+ + -

D + E = F

= = =

G - H = I

A) Soluciona el crucigrama resolviendo los problemas que se te piden. Utiliza solo una casilla para cada número. A).- Calcula la fuerza que le produce a una bola de 15 Kg, una aceleración de 3 m/s

2

Datos Fórmula Operaciones Resultado B).- ¿Cuál es el valor de la fuerza que provoca sobre una caja de 7 Kg, una aceleración de 5 m/s

2?

Considera una superficie sin fricción. Datos Fórmula Operaciones Resultado C).- Si al aplicar una fuerza de 40 N sobre una patineta le provoca una aceleración de 4 m/s

2 ¿Qué

fuerza le provocará una aceleración de 8 m/s2?

Datos Fórmula Operaciones Resultado D).- Una bola de boliche se encuentra en reposo, al ser empujada con una fuerza de 60 N, adquiere una aceleración 2 m/s

2 ¿Cuál es el valor de la masa de la bola?

Datos Fórmula Operaciones Resultado E).- Calcula la masa de un objeto que al aplicarle una fuerza de 300 N, se acelera a 10 m/s

2

Datos Fórmula Operaciones Resultado F).- Calcula la aceleración de un proyectil de 100 Kg en reposo, cuando se le aplica una fuerza de 6000 N. Datos Fórmula Operaciones Resultado G).- Calcula la aceleración que adquiere un objeto de 10 Kg, cuando se le aplica una fuerza de 700 N Datos Fórmula Operaciones Resultado H).- Calcula la aceleración que adquiere un cajón de 5 Kg, al aplicarle una fuerza de 225 N Datos Fórmula Operaciones Resultado I).- Un tambo de 10 Kg en reposo, adquirió una rapidez de 25 m/s al aplicarle una fuerza constante durante 10 s ¿Cuál es la magnitud de la fuerza aplicada? Datos Fórmula Operaciones Resultado


MODELOS MATEMÁTICOS 2DA LEY DE NEWTON

En esta actividad obtendremos relaciones equivalentes a la segunda ley de Newton. Imagina un bloque sobre el que actúa una fuerza F, como lo muestra el diagrama siguiente (no hay fricción entre la mesa y el bloque).

¿Qué efecto tendrá la fuerza? (escoge una de las opciones siguientes). a) El bloque no se moverá. b) El bloque se moverá si la magnitud de la fuerza es lo suficientemente grande. c) El bloque se moverá con velocidad constante. d) El bloque se acelerará. Supongamos que realizamos un experimento con el bloque de arriba, variando la fuerza aplicada y observando su movimiento. El bloque siempre se acelerará. Las aceleraciones producidas por varias fuerzas están dadas en la tabla siguiente Describe qué relación observas entre la fuerza aplicada y la aceleración producida. ¿Cuál será la aceleración producida si la fuerza aplicada es de 200 newtons?___________________________ ¿Cuál será la aceleración producida si la fuerza aplicada es de 10 newtons?____________________________ ¿Cuál es el valor de la masa del bloque con la que se hizo este experimento?___________________________ kg. Supón ahora que se realiza el experimento anterior pero con otro bloque distinto, variando la fuerza aplicada y observando su movimiento. Los valores de la aceleración producida por varias fuerzas están dados en la tabla siguiente. Describe qué relación observas entre la fuerza aplicada y la aceleración producida. _________________________________________________ ¿Cuál será la aceleración producida si la fuerza aplicada es de 200 newtons? ________________________________________________________________ ¿Cuál será la aceleración producida si la fuerza aplicada es de 10 newtons? ______________________________________________________________ Compara las aceleraciones producidas de este experimento con el anterior. ¿Son mayores o menores? _______________ De acuerdo con esto, ¿es mayor o menor la masa del bloque utilizado en este experimento con respecto al anterior? _________________


¿Cuál es el valor de la masa del bloque de este experimento? __________________ kg. Dos formas equivalentes de escribir la segunda ley de Newton son las siguientes:

En cada uno de los dos experimentos de arriba.

1. Usa la primera forma para obtener la masa del bloque que se usó en ese experimento. 2. Usa la segunda forma y la masa obtenida para verificar los valores de la aceleración

dados en las tablas para cada una de las 6 fuerzas aplicadas. Describe con tus propias palabras lo que significa la segunda ley de Newton. En esta actividad profundizaremos sobre el significado de la F en la segunda ley de Newton: F = m a. ¿Qué significa la m en esta fórmula? ________________________________________________ ¿Qué significa la a en esta fórmula? ________________________________________________ ¿Qué significa la F en esta fórmula? ________________________________________________ La segunda ley de Newton puede expresarse de manera más completa como: Fuerza neta aplicada = masa aceleración

Para entender esta forma de la segunda ley, pensemos en la siguiente situación. Sobre un bloque de masa m actúan dos fuerzas, una hacia la derecha Fd y otra hacia la izquierda Fi , como lo muestra el diagrama siguiente.

Supongamos como ejemplo que el bloque tiene una masa de 100 kilogramos y que las

magnitudes de las fuerzas son: Fd = 300 N y Fi = 200 N. ¿Qué pasará? ¿Con qué aceleración se moverá la masa? En este caso, la masa se moverá hacia la derecha ya que la fuerza más grande de las dos es _______________________________________________________________________________ La fuerza neta será de F = Fd – Fi = 300 – 200 = _______________________________ N. Así, la aceleración de la masa será de ________________ m/s2 (sugerencia: a = F/m). Supongamos ahora que el bloque tiene una masa de 200 kilogramos y que las magnitudes de las fuerzas son: Fd = 100 N y Fi = 700 N. ¿Qué pasará? ¿Con qué aceleración se moverá la masa? En este caso, la masa se moverá hacia la ___________________________________________ya que _______________________________________________________________________ La fuerza neta será de F = Fd – Fi = _____________ – _____________ = _____________ N. Así, la aceleración de la masa será de ________________________________________ m/s2.


Supongamos ahora que el bloque tiene una masa de 1 000 kilogramos y que las magnitudes de las fuerzas son: Fd = 500 N y Fi = 500 N. ¿Qué pasará? ¿Con qué aceleración se moverá la masa? En este caso, la masa se moverá hacia la ___________________ ya que ________________ _______________________________________________________________________________

La fuerza neta será de F = Fd – Fi = ______________ – _____________ = _____________ N. Así, la aceleración de la masa será de ________________________________________ m/s2.

Los tres casos anteriores están resumidos en las primeras tres filas de la tabla siguiente. En esta misma tabla se dan otros cuatro casos que tú tienes que analizar para completar los datos que falten:

¿A qué conclusiones puedes llegar del trabajo de esta actividad?


Tercera Ley de Newton “A toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud y dirección pero de sentido contrario.”

Como ya revisamos las fuerzas son interacciones que se dan entre dos

cuerpos, lo que significa que la acción de una fuerza sobre un cuerpo no puede darse sin que haya otro cuerpo que la produzca.

Un ejemplo, es cuando se realiza un salto de un trampolín, el clavadista

ejerce una fuerza contra el trampolín y éste a su vez ejerce una fuerza en contra del mismo clavadista. Newton comprendió que en la interacción entre dos cuerpos siempre las fuerzas aparecen en pares, es decir una fuerza de acción y otra de reacción de igual magnitud y sentido

contrario, así formulo su tercera Ley.

En ocasiones resulta un poco difícil reconocer cual es la acción y cual la reacción, pero no debemos de perder de vista que se requieren dos objetos para que esto ocurra, ya que si tomáramos solo un objeto entonces las fuerzas se anularían. Veamos varios ejemplos:

1. Cuando dos personas tiran de una cuerda en sentido contrario con la misma fuerza, aquí podríamos pensar que es acción -reacción, pero no es así ya que las fuerzas actúan solo en la cuerda y por lo tanto se anulan. Eso trae por consecuencia que se establezca un equilibrio, como resultado las dos personas siguen tirando, sin lograr mover la cuerda. 2. Un cohete espacial se eleva gracias a la fuerza que ejercen los gases de combustión que salen por la

parte de abajo, esta sería la fuerza de acción, mientras que la de reacción seria el impulso por parte del mismo cohete para elevarse en dirección contraria a la fuerza de acción. 3. Cuando se trata de remar, la acción la ejerce el remo y la reacción la ejerce el agua. 4. Cuando caminas, tu pie ejerce una fuerza de acción sobre el piso, y el piso (la tierra) ejerce una fuerza de reacción en contra de tu pie.

Newton en su tiempo revoluciono las ideas que se tenían en el conocimiento del movimiento de las cosas, sus tres leyes son un conjunto de reglas que nos ayudan a interpretar y predecir los efectos de las fuerzas en todas las actividades de nuestra vida.


La fuerza que ejerce la bala sobre la pistola y la que ejerce la pistola sobre la bala provocando el disparo de esta.

La fuerza que ejerce el avión sobre el aire, provoca que el aire reaccione sobre el avión provocando el desplazamiento de este.

La fuerza del misil hacia el aire y la del aire sobre el misil provoca el movimiento del misil.

La fuerza que la mano ejerce sobre la mesa y la que esta ejerce de vuelta no da como resultado el movimiento debido a que las fuerzas son muy leves como para provocarlo.

La fuerza que ejerce el remo sobre el muelle no es suficiente como para moverlo pero la fuerza de reacción del muelle si es suficiente como para mover al remo hacia atrás, llevando al hombre hacia atrás, por lo que el bote es arrastrado hacia atrás.

Al patear una pelota, el pie ejerce una fuerza sobre ésta; pero, al mismo tiempo, puede sentirse una fuerza en dirección contraria ejercida por la pelota sobre el pie.

Si una persona empuja a una pared la pared. La persona ejerce una fuerza sobre la pared y la pared otra fuerza sobre la persona.

Cuando una persona camina empuja hacia atrás el suelo, la reacción del suelo es empujarlo hacia adelante, por lo que se origina un movimiento de la persona hacia adelante. Lo mismo sucede con un auto en movimiento, las ruedas empujan el camino y este la empuja hacia adelante.

Un objeto colgando de una cuerda ejerce una fuerza sobre la cuerda hacia abajo, pero la cuerda ejerce una fuerza sobre este objeto hacia arriba, dando como resultado que el objeto siga colgando y no caiga.


Repaso Además de cambiar de forma los objetos, las fuerzas pueden ...... ___frenar o dismuir la velocidad de un cuerpo que está en movimiento. ___poner en movimiento un cuerpo que está parado. ___aumentar la velocidad de un cuerpo que ya se está moviendo. ___cambiar la dirección en la que se mueve el cuerpo. 1 Newton es ___la fuerza que aplicada sobre un cuerpo de masa 1 g produce una aceleración de 1 m/s

2

___la fuerza que aplicada sobre un cuerpo de masa 1 kg produce una aceleración de 1 m/s2

___la fuerza que aplicada sobre un cuerpo de masa 1 kg produce una aceleración de 1 cm/s2

___la fuerza que aplicada sobre un cuerpo de masa 1 g produce una aceleración de 1 mm/s2

Completa la primera ley de Newton: compensan cuerpo fuerzas recta reposo uniforme

Si sobre un no actúan , o las que actúan se unas con otras, el cuerpo

está en o se mueve en línea con velocidad . Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o las resultante de las fuerzas que actúan es cero... ___el cuerpo no se mueve. ___el cuerpo se mueve con un movimiento rectilíneo uniforme. ___el cuerpo se mueve con un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. ___el cuerpo se mueve con un movimiento rectilíneo uniformemente retardado. Relaciona en la formula F = m.a cada letra con la magnitud F= m= a= La igualdad F = m.a es la expresión matemática de..... ___la segunda ley de Newton. ___la primera ley de Newton. ___la tercera ley de Newton. ___la cuarta ley de Newton La parte de la física que estudia el movimiento y las causas que lo producen es la.... cinética. Cinemática. dinámica. estática. Si un cuerpo está en reposo..... ___sobre él no actúa ninguna fuerza. ___la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula. ___sólo actúa una fuerza sobre él. ___sólo actúan dos fuerzas sobre él que se contrarrestan. Isaac Newton nació en el año........ 1.642 1.462 1.264 1.962 La primera ley de Newton se conoce también como .... ___principio de energía ___principio gravitatorio universal ___principio de conservación de la masa ___principio de inercia

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