Artículo sobre la ley del movimiento de Newton
1. Definición de fuerza
La fuerza es aquello que provoca la aceleración de los objetos. En otras palabras, la fuerza es lo que mueve, detiene o cambia la dirección del movimiento de un objeto. La fuerza es una magnitud vectorial y, por lo tanto, tiene magnitud y dirección. Su símbolo es F (Fuerza). F es un símbolo general de fuerza. Existen varios tipos de fuerzas y no todas se representan con el símbolo F. La unidad del Sistema Internacional es kg m/s² o Newton.
2. Definición de fuerza neta
La fuerza resultante (ΣF) es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. La fuerza es una magnitud vectorial, por lo que la fuerza total se calcula mediante la regla de suma vectorial.
La fuerza total es de 10 Newtons y la dirección de la fuerza total es hacia la derecha.
La fuerza total es de 8 Newtons y la dirección de la fuerza total es hacia la derecha.
La fuerza total = 0
La fuerza total = 0
3. Leyes del movimiento de Newton
Las leyes del movimiento de Newton son las leyes de la física sobre el movimiento de un objeto propuestas por el físico inglés Isaac Newton.
3.1 Primera Ley de Newton
La primera ley de Newton establece que todo objeto que está en reposo permanece en reposo, o que todo objeto que se mueve en línea recta a velocidad constante
un objeto seguirá moviéndose en línea recta a velocidad constante si la fuerza total que actúa sobre él es cero.
ΣF = 0
Esta ecuación es una expresión matemática derivada de la primera ley de Newton.
Observa cualquier objeto a tu alrededor, como una mesa, una piedra o cualquier otro objeto. Una mesa en reposo permanecerá en reposo si no se mueve o no se le aplica una fuerza externa, como un empujón o un tirón. ¿Acaso no hay ninguna fuerza que actúe sobre mesas, rocas u objetos en reposo? Hay una fuerza que actúa sobre el objeto, pero la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él, o la fuerza total, es cero. Las fuerzas que actúan sobre los objetos que permanecen en la superficie de planetas como la Tierra son la gravedad (w) y la fuerza normal (N). La dirección de la fuerza de gravedad es perpendicular al centro de la Tierra, y la dirección de la fuerza normal es perpendicular hacia arriba. La magnitud de estas dos fuerzas es la misma, pero tienen direcciones opuestas, por lo que la fuerza total es igual a cero.
¿Qué ocurre con los objetos que se mueven en línea recta a velocidad constante? Para aclarar este problema, supongamos que empujamos un objeto, por ejemplo, una pieza de metal, sobre el suelo. Tras ser empujada, el metal disminuye su velocidad y se detiene debido a la fricción. Para que las piezas de metal se muevan más lejos o durante más tiempo, es necesario alisar tanto la superficie del suelo como la de la placa metálica. Si la superficie del suelo es lisa y no hay fricción, la placa metálica seguirá moviéndose sin detenerse. ¿Acaso no actúa ninguna fuerza sobre la placa metálica que se mueve sobre la superficie de un suelo perfectamente liso? Existen fuerzas que actúan sobre las placas metálicas: la fuerza de gravedad y la fuerza normal. Ambas fuerzas actúan en dirección vertical y no afectan al movimiento de las placas metálicas en dirección horizontal si el suelo es liso.
La segunda ley de Newton establece que si la fuerza total que actúa sobre un objeto es distinta de cero, dicho objeto acelerará. La magnitud de la aceleración es proporcional a la magnitud de la fuerza total e inversamente proporcional a la masa del objeto. La dirección de la aceleración coincide con la dirección de la fuerza total.
ΣF = ma
ΣF = fuerza total (kg m/s2), m = masa (kg), a = aceleración (m/s2)
La ecuación 1.2 es una formulación matemática derivada de la segunda ley de Newton.
Si la aceleración es igual a cero (a = 0), la ecuación 1.2 se transforma en la ecuación 1.1. Por lo tanto, la primera ley de Newton es un caso particular de la segunda ley de Newton. Según la ecuación 1.2, se concluye que a mayor fuerza, mayor aceleración; y, a la inversa, a mayor masa, menor aceleración. La relación entre fuerza, masa y aceleración se comprende mejor tras realizar un experimento al respecto.
Problema de ejemplo 1:
Determina la magnitud y la dirección de la aceleración de los objetos basándote en la figura anterior…
La Solución:
ΣF = ma
4 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/s2
La magnitud de la aceleración = 4 m/s2, la dirección de la aceleración hacia la derecha.
Problema de ejemplo 2:
Determina la magnitud y la dirección de la aceleración basándote en la figura anterior…
La Solución:
ΣF = ma
4 kg m/s2 – 1 kg m/s2 = (1 kg) a
3 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s2 : 1 kg
a = 3 m/ s²
La magnitud de la aceleración = 3 m/s2, la dirección de la aceleración hacia la derecha.
3.2.1 Peso (w)
El peso es la fuerza de gravedad que actúa sobre un objeto con masa.
ΣF = ma
w = mg
La ecuación 1.3 es la ecuación para calcular el peso de un objeto.
w = peso (kg m/s2), m = masa (kg), g = aceleración de la gravedad (m/s²)2). La magnitud de la aceleración gravitatoria (g) en la superficie terrestre es de 9.8 m/s2Para simplificar los cálculos, g se redondea a 10 m/s.2.
3.2.2 Fuerza normal (N)
La fuerza normal es la fuerza que actúa sobre dos objetos que se tocan entre sí, en la que la dirección de la fuerza normal es perpendicular a la superficie del plano de contacto.
Observa los objetos que aún se encuentran sobre la superficie de la mesa. La fuerza de la gravedad o el peso también actúan sobre el objeto. Los objetos no caen libremente como la fruta que cae de un árbol, debido a la presencia de una fuerza normal. El peso (w) y la fuerza normal (N) son iguales pero tienen direcciones opuestas, por lo que la fuerza total sobre el objeto es cero.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Tercera Ley de Newton
La tercera ley de Newton establece que si un objeto ejerce una fuerza sobre otro, entonces simultáneamente el objeto 2 ejerce una fuerza sobre el objeto 1. Ambas fuerzas son iguales, pero sus direcciones son opuestas. Una fuerza se denomina acción y la otra, reacción.
F acción = – F reacción
La ecuación 1.3 es una expresión matemática derivada de la tercera ley de Newton. El signo negativo en la ecuación 1.3 indica la dirección de la fuerza.
Experimenta para comprender mejor la tercera ley de Newton. Si tienes una patineta, empuja la pared mientras estás de pie sobre ella. Después de empujar la pared, la patineta se mueve hacia atrás. La dirección de tu fuerza es hacia adelante, mientras que la dirección de la patineta es hacia atrás.
Esto indica que la pared también ejerce una fuerza sobre ti. Cuando empujas la pared, al mismo tiempo, la pared también te empuja a ti. Tu fuerza actúa sobre la pared, mientras que la fuerza que ejerce la pared actúa sobre ti. Ambas fuerzas son iguales, pero en direcciones opuestas. Puedes llamar a una fuerza acción y a la otra reacción.
Otro experimento que se puede realizar consiste en inflar un globo de goma y, una vez que se haya expandido al llenarse de aire, soltarlo. Tras ser soltado, el globo "vuela". La dirección del movimiento del globo es opuesta a la dirección en la que sale el aire. ¿Cómo se explica esto?
Cuando se suelta la boca del globo, este expulsa el aire. Al mismo tiempo, el aire también empuja el globo. La fuerza del aire hace que el globo vuele. La fuerza que actúa sobre el globo hace que este vuele, y la fuerza del aire actúa sobre él. Ambas fuerzas son iguales, pero en direcciones opuestas.
Observe la figura 2 y compárela con la figura 3. La fuerza normal que actúa sobre un objeto (N) es la fuerza ejercida por una superficie plana, como la de una mesa. Al mismo tiempo, los objetos también ejercen una fuerza sobre la superficie de la mesa (N'). Ambas fuerzas normales (N y N') tienen la misma magnitud, pero actúan en direcciones opuestas y sobre objetos diferentes. A diferencia de w y N, que tienen la misma magnitud y actúan sobre el mismo objeto. Por lo tanto, N y N' son fuerzas de acción y reacción.
