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Lección 6: Segunda Ley de Newton

Ejercicio # 5

Ya estudiamos que la primera ley de Newton o Ley de la Inercia se refiere a los objetos en re-poso o en movimiento rectilíneo uniforme cuan-do no actúa sobre ellos alguna fuerza, o bien, cuando las fuerzas están equilibradas (fuerza neta igual a cero). También vimos que cuando varias fuerzas interactúan sobre un cuerpo y és-tas se equilibran, la suma de ellas es cero (porque las fuerzas positivas y negativas se cancelan). En tanto que si dichas fuerzas se desequilibran, su suma da un valor distinto de cero, el cual es el valor de la fuerza resultante. Y es esta fuerza a la que se refiere la segunda ley de Newton.

La segunda ley de Newton describe el movi-miento de los objetos cuando las fuerzas aplica-das sobre un cuerpo se desequilibran. Relaciona la fuerza neta y la aceleración.

La Segunda Ley del movimiento de Newton o Ley de la Fuerza establece:

La aceleración de un objeto al cual se le apli-ca una fuerza es directamente proporcional a dicha fuerza, e inversamente proporcional a la masa del objeto; la aceleración ocurre en la dirección de la fuerza.

Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total, y tendrá la misma dirección y sen-tido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto. Expresemos esto en una ecuación:

F = ma

Donde F es la fuerza aplicada, m es la masa y a la aceleración

De la ecuación anterior podemos obtener las fórmulas de la aceleración y de la masa.

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C

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C

Define:

1) Masa2) Inercia

Responde:

3) Explica qué quiere decir la definición “Masa es la medida de inercia de un cuerpo”4) ¿De qué formas se puede determinar la masa de un objeto?5) ¿Qué diferencias existen entre masa y peso?

Investiga y responde en tu cuaderno:

6) ¿Qué es peso?7) ¿En qué consiste un dinamómetro?8) ¿Cómo funciona el dinamómetro?9) ¿Puede un dinamómetro medir el peso si no hay gravedad? ¿Por qué?10) En las instrucciones que aparecen en las cajas que contienen harina preparada para hacer pasteles indica que si se está a cierta altura sobre el nivel del mar, debe aplicarse más polvo de hornear. ¿Por qué crees que debe hacerse así? Averígualo.

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¿Qué quiere decir que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza resultante? Mientras mayor sea la fuerza aplica-da a un objeto, más rápido va a acelerarse.

EJEMPLO: El motor de un automóvil de 2,000 kg de masa ejerce 4,000 N de fuerza cuando el pedal del acelerador está hasta la mitad. ¿Cuál es el valor de la aceleración?

Como la fuerza es mayor, el valor de la acele-ración es mayor.

¿Qué significa que la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a la masa del obje-to? Si la misma fuerza se aplica a dos objetos con masas diferentes, entonces el objeto con la masa más pequeña se acelerará más rápidamente que el objeto con la masa más grande. En otras pala-bras, mientras más masa tenga un objeto, menos se va a acelerar con la misma fuerza. Por esta razón, un camión acelera más despacio cuando está más cargado que cuando lleva poca carga; la inercia de la masa adisional es la que opone resistencia a la aceleración del camión.

Por ejemplo, consideremos un automóvil con una carga liviana cuya masa es de 1500kg. El motor puede ejercer 6000N de fuerza, permitien-do que el automóvil acelere a 4m/s2. Si el au-tomóvil empieza a jalar (tirar de) otro carro de 1500kg, el carro acelerará pero a 2m/s2.

Bloque Fuerza Resultante

aceleración

A FR = 5+ (-5) = 0hay equilibrio

B FR = 5+ (-5) + (-5)= -5 N

hay desequilibrio

C FR = 5+ 5+ 5 + (-5)= 10 N

hay desequilibrio

Esto nos indica que podemos calcular de dos maneras distintas el valor de la fuerza resultante (FR) que produce la aceleración (a):

Sumando todas las fuerzas F1 + F2 +F3... = F• RMultiplicando la masa (m) por la aceleración • (a) FR = ma.

La figura muestra tres bloques a los cuales se les aplican varias fuerzas, calculemos la fuerza resultante y la aceleración de cada uno de ellos. Considera cada fuerza con un valor de 5N y la masa de cada bloque de 2kg.

desequILIbrIo de Fuerzas

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a = Fm

a = Fm

a = Fm

a =

a =

4,000 N2,000 kg

a = =002kg

a = =2.5m/s25N2kg

a = =5m/s210N2kg

5,000 N2,000 kg

m = Fa

= 2m/s2

= 2.5m/s2

El automóvil se acelerará a 2 m/s2.

Pero si se oprime el pedal del acelerador de ma-nera que se obtenga una fuerza neta de 5,000N, ¿cuál sería el valor de la aceleración?

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Ejercicio # 6

Define:

1) La Segunda Ley de Newton

Indica si la afirmación es verdadera o falsa y justifica tu respuesta.

2) Si un cuerpo no tiene aceleración es debido a que no está sometido a fuerza alguna. 3) El cambio de velocidad de un cuerpo sólo queda determinado por la fuerza externa que actúa sobre él.

Responde:

4) ¿Qué es una fuerza resultante?5) ¿Cuáles son las dos formas de calcular la fuerza resultante?6) ¿Qué significa que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa?7) ¿Cuál es la diferencia entre inercia, masa y peso?8) ¿Qué es el desequilibrio de fuerzas? ¿Qué produce?

Lección 7: Unidades de Medición de las FuerzasEn el Sistema Internacional la unidad de me-

dida de fuerza es el Newton (N).

Un newton es aproximadamente la fuerza que ejerce la gravedad sobre una manzana me-diana de aproximadamente 3.6 onzas.

Un Newton es la fuerza necesaria para imprimir-le a 1 kilogramo de masa una aceleración de 1m/s2.

Una libra es la fuerza necesaria para imprimirle a 1 slug de masa una aceleración de 1ft/s2.

En el Sistema Inglés la unidad de medida de fuerza es la libra (lb).

Como el valor de una fuerza es obtenido al multiplicar la masa del cuerpo por su acelera-ción, las dimensionales de fuerza son:

Sistema Unidad de Unidad de Unidad de Fuerza Masa aceleración

SI N = kg ∙ m/s2

Inglés lb = slug ∙ ft/s2

Los factores de conversión entre estos dos sistemas son:

1 lb = 4.448 N 1 slug = 14.59 kg

EJEMPLO 1: Calcular el valor que deberá tener una fuerza aplicada a un cuerpo de masa 700g, para que alcance una aceleración de 0.5 m/s2.

Como las dimensionales de fuerza en el Sis-tema Internacional son kilogramos por metros sobre segundos al cuadrado, y la medida de la masa nos es dada en gramos, primero debemos convertir los gramos a kilogramos.

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