Leyes del movimiento

DINÁMICA: LEYES DE NEWTON DEL MOVIMIENTO

Hemos visto cómo describir el movimiento en términos de velocidad y aceleración. Ahora trataremos el problema de por qué los objetos se mueven como lo hacen: ¿Qué hace que un objeto en reposo empiece a moverse? ¿Qué ocasiona que un cuerpo acelere o desacelere? ¿Qué está implícito cuando un objeto se mueve en una trayectoria curva? Podemos responder que en cada caso se requiere una fuerza. Veremos la relación entre fuerza y movimiento, que llamaremos dinámica.

Un poco de historia: da click en la siguiente imagen

Isaac Newton fue un científico inglés que escribió “Los principios matemáticos de la filosofía natural” ("Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"). En este libro, entre otros temas, enunció sus leyes del movimiento. Este artículo (tomado de https://leoberrios.files.wordpress.com/2011/10/leyes-de-newton.pdf) pretende que estas famosas leyes te resulten más asequibles para tu comprensión

El movimiento es el desplazamiento de los cuerpos dentro de un espacio con referencia a otro cuerpo. El movimiento es relativo ya que depende del punto de vista del observador. 

La fuerza es la acción de un cuerpo sobre otro que causa el movimiento. La masa es la magnitud que indica la cantidad de materia de la que está formado el cuerpo en movimiento.

FUERZA

Intuitivamente, experimentamos una fuerza como cualquier empuje o jalón sobre un objeto. Cuando usted empuja un automóvil averiado o un carrito de supermercado, está ejerciendo una fuerza sobre él. Cuando un motor levanta un elevador, cuando un martillo golpea un clavo, o cuando el viento sopla sobre las hojas de un árbol, se está ejerciendo una fuerza. Por lo general llamamos a éstas fuerzas de contacto, porque la fuerza se ejerce cuando un objeto entra en contacto con otro. Por otro lado, decimos que un objeto cae debido a la fuerza de la gravedad.

Si un objeto está en reposo, para empezar a moverlo se requiere una fuerza, es decir, para acelerarlo desde una velocidad cero hasta una velocidad diferente de cero. Para el caso de un objeto que ya está en movimiento, si se quiere cambiar su velocidad, ya sea en dirección o en magnitud, se requiere también aplicar una fuerza. En otras palabras, para acelerar un objeto se requiere siempre una fuerza.

PRIMERA LEY DEL MOVIMIENTO: Todo cuerpo continúa en su estado de reposo, o con velocidad uniforme en línea recta, a menos que actúe sobre él una fuerza neta.

Según la PRIMERA LEY DE NEWTON, si no existen fuerzas externas que actúen sobre un cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta.

El movimiento termina cuando fuerzas externas de fricción actúan sobre la superficie del cuerpo hasta que se detiene. Por esta razón el movimiento de un objeto que resbala por una superficie de hielo dura más tiempo que por una superficie de cemento, simplemente porque el hielo presenta menor fricción que el cemento. Galileo expuso que si no existe fricción, el cuerpo continuará moviéndose a velocidad constante, ya que ninguna fuerza afectará el movimiento. 

Cuando se presenta un cambio en el movimiento de un cuerpo, éste presenta un nivel de resistencia denominado INERCIA. Si has ido en un vehículo que ha frenado de improviso y tú has debido detenerte con tus propias manos, has experimentado lo que es la inercia. 

Por tanto, a la primera ley de Newton también se le conoce como ley de la inercia. 
 

MASA

Newton usó el término masa como sinónimo de cantidad de materia. Esta noción intuitiva de la masa de un objeto no es muy precisa porque el concepto “cantidad de materia” no está muy bien definido. Con mayor precisión, podemos decir que la masa es una medida de la inercia de un objeto. Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será la fuerza necesaria para darle una aceleración específica. A mayor masa, es más difícil empezar a mover un cuerpo desde el reposo, o detenerlo si ya se está moviendo, o cambiar su velocidad lateralmente a partir de una trayectoria en línea recta. Un camión tiene mucho más inercia que una pelota de béisbol que se mueve con la misma rapidez y se requiere una fuerza mucho mayor para cambiar la velocidad del camión a la misma razón que la de la pelota. Por lo tanto, decimos que el camión tiene una masa mucho mayor.

SEGUNDA LEY DEL MOVIMIENTO: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, y es inversamente proporcional a su masa. La dirección de la aceleración es en la dirección de la fuerza neta que actúa sobre el objeto.

Como ecuación, la segunda ley de Newton puede escribirse así:

La segunda ley de Newton relaciona la descripción del movimiento (la aceleración) con la causa del mismo (la fuerza). Se trata de una de las relaciones más fundamentales de la física. De la segunda ley de Newton podemos definir más precisamente la fuerza como una acción capaz de acelerar un objeto.

Recuerda que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales por lo que tienen un valor, una dirección y un sentido. Si la masa de los cuerpos es constante, la fórmula que expresa la segunda ley de Newton es: fuerza=masa x aceleracion (F=m.a)

En cambio cuando la masa del cuerpo aumenta, la aceleración disminuye. Entonces, debes establecer la cantidad de movimiento (p) que equivale al producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Es decir: p = m . v

TERCERA LEY DEL MOVIMIENTO: Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo ejerce una fuerza de igual magnitud, en la misma dirección, pero en sentido opuesto sobre el primero.

En ocasiones esta ley se parafrasea como “para toda acción existe una reacción igual y opuesta”. Esto es perfectamente válido. No obstante, para evitar confusiones, es muy importante recordar que la fuerza de “acción” y la fuerza de “reacción” actúan sobre objetos diferentes.
La TERCERA LEY DE NEWTON postula que la fuerza que impulsa un cuerpo genera una fuerza igual que va en sentido contrario. Es decir, si un cuerpo ejerce fuerza en otro cuerpo, el segundo cuerpo produce una fuerza sobre el primero con igual magnitud y en dirección contraria. La fuerza siempre se produce en pares iguales y opuestos. Por esta razón, a la tercera ley de Newton también se le conoce como ley de acción y reacción.

 

 

FUERZA DE GRAVEDAD (PESO) Y FUERZA NORMAL

La fuerza de gravedad sobre un objeto suele escribirse como F=m.g La dirección de esta fuerza es hacia el centro de la Tierra. La magnitud de la fuerza de gravedad sobre un objeto, mg, comúnmente se llama el peso del objeto.

La fuerza de gravedad actúa sobre un objeto mientras está cayendo. Cuando un objeto está en reposo sobre la Tierra, la fuerza gravitacional sobre él no desaparece, lo cual sabemos al pesarlo en una báscula. La misma fuerza, continúa actuando. ¿Por qué entonces el objeto no se mueve? De la segunda ley de Newton, la fuerza neta sobre un objeto que permanece en reposo es cero. Debe haber otra fuerza sobre el objeto que equilibre la fuerza gravitacional. Para un objeto que descansa sobre una mesa, ésta ejerce una fuerza vertical hacia arriba sobre el objeto. Cuando una fuerza de contacto actúa perpendicularmente a la superficie común de contacto, se le llama fuerza normal (“normal” significa perpendicular).

 

EJEMPLO: Da click en la siguiente imagen para ver como se resuelve un ejercicio usando las leyes de Newton