leyes de newton, parte 1
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COMPILADO POR: Dra. ZULLY CARVACHE FRANCO, MSc.
La dinámica estudia las causas y los cambios del movimiento de los cuerpos, a diferencia de la cinemática que estudia el movimiento de los cuerpos sin preocuparse de lo que induce a este movimiento.
El estudio de la dinámica es muy importante para conocer el mundo que nos rodea, y sus aplicaciones van desde determinar la fuerza necesaria para mover un automóvil hasta predecir el movimiento de los planetas y galaxias (de hecho, Newton ideó las leyes porque estaba estudiando los principios que regían los movimientos de los planetas).
Muchos de los primeros científicos se ocuparon del estudio del movimiento. Fue el científico inglés Isaac Newton (1642-1727) quien resumió las diversas relaciones y principios de esos primeros estudiosos en tres afirmaciones o leyes que se conocen como leyes del movimiento de Newton.
El descubrimiento de las leyes
¿Qué habría ocurrido si Newton hubiera vivido en la costa?
Una fuerza es algo que puede cambiar el estado de movimiento de un cuerpo (su velocidad).
Para producir un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo, debe haber una fuerza neta, no equilibrada, diferente de cero
Inercia es la tendencia de los cuerpos a mantener un estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante).
La masa es una medida cuantitativa de la inercia.
INERCIA
Experimento de Galileo
Primera ley de Newton (principio de la inercia)
En ausencia de la aplicación de una fuerza no equilibrada (Fneta = 0), un cuerpo en reposo permanece en reposo, y un cuerpo en movimiento permanece en movimiento con velocidad constante (rapidez y dirección constantes).De acuerdo con la primera ley, concluimos que un cuerpo aislado está en reposo o en movimiento con velocidad constante.
Fuerzas equilibradas
Objetos en reposo(v = 0 m/s)
Permanece en reposo
Objetos en movimiento(v ≠ 0 m/s)
Permanece en movimientocon la misma
velocidad
El significado de Fuerza• Cada vez que existe una interacción entre dos objetos, hay
una fuerza actuando sobre cada uno de ellos.
• Cuando la interacción cesa, los objetos dejan de experimentar la fuerza.
• La fuerza existe sólo como el resultado de una interacción.
Por simplicidad, todas las fuerzas (interacciones) entre objetos pueden ser colocadas en dos categorías:
• fuerzas de contacto, y • fuerzas resultantes de una interacción a distancia
Fuerza de contacto: Son tipos de fuerzas en las que los cuerpos que interactúan están físicamente en contacto.
Ejemplos de fuerzas de contacto incluyen la fuerza de fricción, fuerzas de tensión, fuerza normal, fuerza de resistencia del aire y fuerzas aplicadas.
Fuerzas de acción a distancia: Son tipos de fuerzas en las que los cuerpos que interactúan no se encuentran en contacto físico, pero son capaces de empujarse o atraerse a pesar de su separación física.
Ejemplos de fuerzas de interacción a distancia incluyen la fuerza gravitacional, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética.
Segunda ley de Newton (principio de la fuerza)
La aceleración de un objeto producida por una fuerza neta es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza neta, tiene la misma dirección de la fuerza neta, y es inversamente proporcional a la masa del objeto.
¿Cuál de estos dos objetos alcanzará más rápido la velocidad de 1 metro por segundo?
En términos de una ecuación, la fuerza neta es igual al producto de la masa del objeto y su aceleración:
amF
La FUERZA NETA y no ninguna fuerza individual, es la que se relaciona con la aceleración.
La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas.
La fuerza es una cantidad que es medida usando una unidad conocida como el newton.
Un newton es la cantidad de fuerza requerida para lograr que una masa de 1.0 kg adquiera una aceleración de 1.0 m/s2.
Un newton es abreviado por “N”.
211
s
mkgN
La segunda ley de Newton nos da una relación entre el peso y la masa de un cuerpo:
mgW
¿Cuál de los siguientes cuerpos tiene un peso aproximado de 1 N?
a) Una mosca
b) Una manzana
c) Una silla
d) Un auto
e) Un avión
El peso es la fuerza de atracción gravitacional que un cuerpo celeste ejerce sobre un objeto.
La masa de un objeto se refiere a la cantidad de materia contenida por el objeto.
La masa de un objeto (medida en kg) será la misma sin importar el lugar en que se encuentra el objeto en el universo. La masa no se altera por la localización del cuerpo, la atracción de la gravedad, rapidez o la existencia de otras fuerzas.
Por otro lado, el peso de un objeto (medido en newtons) varía de acuerdo a la posición del objeto en el universo. El peso depende del planeta que ejerce la atracción y de la distancia a la que se encuentra el objeto del planeta. El peso, que es equivalente a la fuerza de gravedad, depende del valor de la aceleración de la gravedad.
masa vs. peso
Frecuentemente podemos usar mal las unidades del SI para masa y peso en la vida cotidiana.
El peso de un cuerpo es una fuerza que actúa sobre el cuerpo TODO el tiempo, esté o no en caída libre.
Un tractor tira de un remolque cargado sobre un camino plano, con una fuerza constante de 440 N. Si la masa total del remolque y su contenido es de 275 kg, ¿qué aceleración tiene el remolque? (Desprecie todas las fuerzas de fricción)
Dos bloques con masas m1 = 2.5 kg y m2 = 3.5 kg descansan en una superficie sin fricción y están conectadas por un hilo ligero. Se aplica una fuerza horizontal F = 12.0 N a m1, como se indica en la figura. (a) ¿Qué magnitud tiene la aceleración de las masas? (b) ¿Qué magnitud tiene la fuerza (T) en el hilo?
Un bloque con masa de 0.50 kg viaja con una rapidez de 2.0 m/s en la dirección x sobre una superficie plana sin fricción. Al pasar por el origen, el bloque experimenta durante 1.5 s una fuerza constante de 3.0 N que forma un ángulo de 60º con respecto al eje x. ¿Qué velocidad tiene el bloque al término de este lapso?
Tercera ley de Newton (principio de acción y reacción)
Las fuerzas ocurren siempre en pares o que no puede existir una fuerza aislada individual.
La fuerza de acción es igual en magnitud a la fuerza de reacción y opuesta en dirección. Estas fuerzas siempre actúan sobre cuerpos diferentes.
Para cada fuerza (acción), hay una fuerza igual y opuesta (reacción).
mgN ¿La fuerza normal y el peso constituyen un par acción-reacción?
La fuerza normal ( N ) es la fuerza de soporte ejercida sobre un objeto, el cual está en contacto con otro objeto estable.
La fuerza normal y el peso NO constituyen un par acción-reacción.
yFmgN
yFmgN
cosmgN
Al terminar de dibujar un diagrama de cuerpo libre, deberemos poder contestar, para cada fuerza, la pregunta: “¿qué otro cuerpo la está aplicando?
Un automóvil que viaja a 72.0 km/h por un camino recto y plano se detiene uniformemente en una distancia de 40.0 m. Si el coche pesa 8.80 103 N, ¿qué fuerza de frenado se aplicó?
Diagramas del cuerpo libre (DCL) Los diagramas del cuerpo libre son gráficos utilizados para mostrar las magnitudes relativas y direcciones de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en una determinada situación.
La magnitud relativa de la flecha en un DCL refleja la magnitud de la fuerza.
La dirección de la flecha nos indica la dirección en que está actuando la fuerza.
Cada fuerza dibujada en el DCL debe ir acompañada de una letra (as) que indiquen el tipo de fuerza.
Es costumbre cuando se realiza un DCL, dibujar el objeto como una caja y ubicar en el centro de esta todas las fuerzas que actúan.
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
Una fuerza de 10.0 N se aplica con un ángulo de 30º respecto a la horizontal, a un bloque de 1.25 kg que descansa en una superficie sin fricción, como se ilustra en la figura. (a) ¿Qué magnitud tiene la aceleración que se imprime al bloque? (b) ¿Qué magnitud tiene la fuerza normal?
Una persona (peso total = 600 N) se encuentra dentro de un ascensor que desciende con una aceleración de 2.0 m/s2. Determine el valor de la lectura de la báscula sobre la que se encuentra.