Segunda Ley De Ewton

Fuerza y Aceleración

Segunda Ley del movimiento de Newton

Física IV

Fuerza y Aceleración

Segunda Ley del movimiento de Newton

Objetivo:

- Ser capaces de construir un diagrama de cuerpo libre que represente todas las fuerzas que actúan sobre un objeto que se encuentra en equilibrio traslacional.

- Entender la segunda ley de Newton y comprobarla.

Temas requeridos:

- Masa

- Fuerza

- Aceleración

- Segunda ley de Newton

Fuerza

Si utilizamos la primera ley de Newton y el concepto de sistema de referencia inercial, podemos definir una fuerza como una influencia externa o acción sobre un objeto que produce un cambio en su velocidad, es decir, una aceleración respecto a un sistema de referencia inercial (suponemos que no hay otras fuerzas que actúen sobre el cuerpo). La fuerza es una cantidad vectorial. Tiene un módulo (tamaño o intensidad de la fuerza) y una dirección.

Las fuerzas son ejercidas por unos cuerpos sobre otros y las fuerzas que se generan el estar dos cuerpos en contacto físico se llaman fuerzas de contacto. Golpear una pelota con un bate, tirar de un hilo de pescar, empujar el carrito de la compra o la fuerza de rozamiento entre las zapatillas y el suelo, son fuerzas de contacto. Observando que en cada caso hay un contacto físico entre el cuerpo que aplica la fuerza y el cuerpo sobre el cual se aplica la fuerza. Otras fuerzas actúan sin contacto directo entre los cuerpos. Estas fuerzas, conocidas como fuerzas de acción a distancia, incluyen la fuerza gravitacional, la fuerza magnética y la fuerza eléctrica.

Intuitivamente, experimentamos la fuerza como algún tipo de empuje o de jalón sobre un objeto. Cuando empuja un automóvil descompuesto o un carrito del supermercado, ejerce una fuerza sobre ellos. Cuando un motor sube un elevador, o un martillo golpea un clavo, o el viento sopla las hojas de un árbol, se está ejerciendo una fuerza. Se dice que un objeto cae por la fuerza de gravedad.

Si un objeto está en reposo, para comenzar a moverlo se requiere de la fuerza; esto es, se necesita una fuerza para acelerar un objeto desde la velocidad de un objeto que ya está en movimiento, ya sea en dirección o en magnitud, de nuevo se requiere de una fuerza. En otras palabras, para acelerar un objeto, se requiere de una fuerza.

Una forma de medir la magnitud (o intensidad) de una fuerza es utilizar una balanza de resorte. Normalmente, estas balanzas de resorte sirven para determinar el peso de un objeto. La balanza de resorte, una vez calibrada, se emplea para medir también otros tipos de fuerzas, como la fuerza necesaria para jalar.

Una fuerza que se ejerce en diferentes direcciones tiene un efecto distinto. Es evidente que la fuerza tiene tanto dirección como magnitud, y de hecho es un vector que sigue las reglas de la suma vectorial. Es posible representar cualquier fuerza sobre un diagrama mediante una flecha, tal como se hace con la velocidad. La dirección de la flecha es la dirección del empuje o el jalón, y su longitud se dibuja de modo que resulte proporcional a la magnitud de la fuerza.

COMBINACION DE DOS FUERZAS

Si dos o mas fuerzas actúan simultáneamente sobre un cuerpo, el resultado es equivalente a que una sola fuerza, igual a la suma vectorial de las fuerzas individuales, actuara en lugar de las fuerzas individuales (que las fuerzas se pueden combinar de esta forma se denomina principio de superposición). El vector suma de las fuerzas individuales se llama fuerza neta o fuerza resultante Fneta sobre el cuerpo. Es decir,

Fneta = F1 + F2 +. . .

Donde F1 , F2, … son las fuerzas individuales. La unidad del fuerza en el SI es el newton (N). el newton se define en la siguiente sección. Un newton es igual al peso de una manzana de tamaño mediano.

Masa

Los objetos se resisten intrínsecamente a ser acelerados. Imaginemos que damos una patada a una pelota de futbol o a una bola en la bolera. Ésta última se resiste mucho más a ser acelerada que la pelota de futbol, lo cual se manifiesta inmediatamente en la diferente sensación que notan los dedos de nuestros pies al dar el golpe sobre ambos objetos. Esta propiedad intrínseca de un cuerpo es la masa. Es una medida de la inercia del cuerpo.

El cuerpo elegido, como patrón internacional de masa es un cilindro de una aleación de platino-iridio que se conserva cuidadosamente en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, Francia, al que se le asigna la masa de 1 kilogramo, la unidad de masa del SI.

Una unidad patrón conveniente de masa en la física atómica y nuclear es la unidad de masa unificada (u) que se define como la doceava parte de la masa del átomo de carbono -12 ( 12C). La unidad de masa unificada está relacionada con el kilogramo por

1 u =1,660 540 x 10 -27 kg

El concepto de masa se define como una constante de proporcionalidad en la segunda ley de Newton. Para medir la masa de un cuerpo la comparamos con una masa estándar, como el kilogramo patrón guardado en Sèvres. La comparación se cumple utilizando la segunda ley de Newton.

Newton utilizo el concepto de masa como sinónimo de cantidad de materia. Esta noción intuitiva de la masa de un objeto no es muy precisa porque el concepto de “cantidad de materia” no está bien definido. Con más precisión podemos decir que masa es una medida de la inercia de un objeto. Cuanta más masa tengo un objeto, mayor será la fuerza que se requería para darle una aceleración particular; será más difícil comenzar a moverlo desde el reposo, o detenerlo cuando está en movimiento, o cambiar su velocidad hacia los lados fuera de una trayectoria en línea recta.

Con frecuencia, los términos masa y peso se confunden uno con otro, pero es importante distinguir entre ellos. La masa es una propiedad de un objeto en sí mismo (una medida de la inercia de un objeto, o su “cantidad de materia”). Por otra parte, el peso es una fuerza, el jalón de la gravedad que actúa sobre un objeto.

Aceleración.

Un objeto cuya velocidad cambia se dice que es sometido a una aceleración. Por ejemplo, un automóvil cuya velocidad aumenta desde cero hasta 80 km/h, está acelerando. La aceleración específica que tan rápido es el cambio es la velocidad de un objeto.

La aceleración promedio se define como el cambio en la velocidad dividido por el tiempo que le toma realizar este cambio:

Cambio de velocidad

Aceleración promedio

Tiempo transcurrido

En

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