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Leyes del movimiento de Newton

Ejemplos de la ubicación de las fuerzas que intervienen en un sistema aislado.

Ejemplos de problemas a resolver con las Leyes de Newton.

Tomados de los textos de Física Universitaria 1 de

Serway-Jewett, Bauer-Westfall, Tipler-Mosca.

October 4, 2012 Physics for Scientists&Engineers 1 1


Sir Isaac Newton

Born Jan 4, 1643, Woolsthorpe, Lincolnshire, England June 5, 1661: Entered Trinity College, Cambridge April 1665: Bachelor’s Degree Summer 1665 to 1667: University is closed due to plague; Newton returns home and makes

his major advances in math, physics, astronomy 1666: Universal law of gravitaton 1669: Newton is appointed Lucasian Chair at Cambridge 1670: Particle theory of light 1671: Publication of Calculus (later independently invented by German Leibniz) 1687: Publication of Principia (Newton’s 3 Laws of Motion) 1689: Election to Parliament 1696: Warden of the Royal Mint 1699: Master of the Royal Mint (becomes very rich!) 1703: Elected President of Royal Society 1705: Knighted by Queen Anne March 31, 1727: Died in London

October 4, 2012 Physics for Scientists&Engineers 1 3 Sir Isaac Newton’s burial site in Westminster Abbey


Fuerzas de

contacto y

fuerzas de

“acción a distancia”

(con intervención

de un campo)


Computadora Notebook

Hand exerts a force on computer: N (normal force) • This force points in opposite direction to weight, and has

same magnitude

gN F

Otro ejemplos de fuerzas



Cuerdas y poleas

The force is transmitted exactly in the direction of the rope

Force inside the rope is called “tension”


Cuerdas y poleas

Tension is the same everywhere inside the rope

Ropes can be redirected via pulleys => direction of force changes, but not absolute magnitude


DOS POLEAS

Mass m hung from a system of two pulleys


Ejemplo de anillos olímpicos

Gymnast of mass 55 kg hangs from still rings.

Question 1: What is the tension in each rope?


Answer: no forces in x-direction; in y-direction:

Fy,i T1 T2

i

mg 0

Both ropes support the gymnast equally

T1 T2 T

T T mg 0

T 1

2mg

1

2(55 kg) (9.81 m/s2 )

270 N

Ejemplo de anillos olímpicos


Plano inclinado

Typical situation: an object slides down a plane that is at some angle relative to the horizontal

Example: Snowboarding


N

Fg

Plano inclinado


N

Fg

mgcos

mgsin

x

y

• Step 2: Pick a convenient coordinate system

• For inclined-plane problems, it is almost always advisable to select the x-

axis along the plane (positive to the right, y-axis

perpendicular to it, of course)

• Note: normal force has only a component in y direction

• Decompose weight force into components

Plano inclinado


Otro ejemplo de movimiento y fuerzas en plano inclinado

Ejemplo para clase

Descarga de un camión: Se desea descargar una caja enorme y frágil desde un camión usando una rampa. Si la velocidad vertical con la que la caja llega al final de la rampa es superior a 2.5 m/s ( la velocidad que adquiere un objeto si se cae desde una altura de 30.5 cm), se daña.

¿Cuál es el mayor ángulo posible al que se debe instalar la rampa para tener una descarga segura?

La rampa debe superar 1 m de altura, inclinada un ángulo y está formada por rodillos que no ejercen rozamiento.



Ejemplo con plano inclinado

Ejemplo de fuerzas de tensión



Tarea para practicar. No se entrega

Tercera Ley de Newton


El caballo de esta figura rechaza tirar

del carro porque razona: “de acuerdo

con la 3era. Ley de Newton, cualquiera

que sea la fuerza que ejerza sobre el

carro, éste ejercerá una fuerza igual y

de sentido contrario sobre mi, por lo

que la fuerza neta será cero y no habrá

ninguna opción para acelerarlo”

¿Por qué es incorrecto éste argumento?

Otros ejemplos de fuerzas pares

(3era. ley de Newton)


El hombre empuja contra el piso; el piso empuja contra el hombre

El automóvil empuja contra el piso;

el piso empuja contra el automóvil

La hélice empuja contra el agua;

el agua empuja contra la hélice

El cohete empuja contra los gases de escape; los gases de escape empujan contra el cohete


Paul, de masa mP se cae por el borde

de un glaciar. Afortunadamente está

atado mediante una larga cuerda a

Steve, de masa mS, que lleva un piolet.

Antes de que Steve clave su piolet para

detener el movimiento, se desliza sin

rozamiento por la superficie

del hielo, atado a Paul por una

cuerda. Se supone que tampoco

existe rozamiento entre la cuerda

y el acantillado.

A partir de los balances de fuerzas (2da. Ley de Newton)

para cada escalador, encuentre las ecuaciones que

permiten determinar la aceleración y la tensión de la cuerda.


Un astronauta que construye una estación espacial empuja

un bloque de masa m1 con una fuerza FA. Este bloque está

en contacto directo con un segundo bloque de masa m2.

a) ¿Cuál es la aceleración de las cajas?

b) ¿Cuál es el módulo de la fuerza ejercida por una caja

sobre la otra?

El fin de semana se publicará la SERIE2 de Problemas, con ejercicios adicionales para que Ud. practique.

Queda como tarea adicional buscar en un texto de Física 1 Universitaria los conceptos de Fricción y Fuerza de resistencia o Fuerza de arrastre (no se entrega), para discutir problemas sobre Aplicaciones de las leyes de Newton.

Repase también movimiento circular. BUEN FIN DE SEMANA!


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