Leyes de Newton

Dinámica de los cuerpos

La dinámica es una rama de la MECÁNICA que se encarga de estudiar la causa que produce el movimiento, así como la masa del cuerpo que se mueve. Sabemos  que los cuerpos caen debido a la fuerza que la tierra ejerce  sobre ellos, ésta fuerza ejercida por la tierra  se llama FUERZA GRAVITACIONAL Fg y es la que constituye el PESO del cuerpo, por lo tanto podemos afirmar que:

                                   Peso  =  Fuerza gravitacional (Fg)

  

Si se suspende un cuerpo de un resorte se observa que éste se deforma debido al PESO del cuerpo, por lo tanto podemos decir que la causa que produce el movimiento en los dos ejemplos anteriores es la presencia de una FUERZA y el efecto es la caída del cuerpo o la deformación del resorte.  En conclusión, la causa que produce el movimiento  de un cuerpo o la deformación de un resorte es la presencia de una FUERZA.

Veamos una explicación  del vector FUERZA

Leyes de NEWTON

Sabemos que la dinámica es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen, como asimismo los efectos que esos movimientos pueden producir. Newton pidió  que le aceptaran cinco leyes o principios.  Esos cinco principios son:

·           Principio de INERCIA.

·           Ley de la FUERZA.

·           Ley de ACCIÓN  y REACCIÓN.

·           Principio o ley de la  independencia de  las fuerzas.

·           Principio de GRAVITACIÓN UNIVERSAL.

Analizando cada una de las leyes de Newton, TENEMOS:

Ley de la inercia:   Todo     cuerpo    permanece   en estado de reposo (V = 0) o de movimiento  rectilíneo con velocidad constante mientras no actúe sobre  él una FUERZA que modifique su estado de reposo o de movimiento. Ejemplo

  Cuando se frena un bus en marcha, los  pasajeros se van hacia adelante, querían conservar su estado de movimiento.

    Al ponerse  en  marcha  un   bus que  estaba en   reposo, los pasajeros se van hacia  atrás o hacen  presión  en el espaldar del asiento, debido a que querían permanecer en estado de reposo.

     Hemos hablado de INERCIA, pero ¿Qué es la inercia?

INERCIA:  La inercia es la oposición que presenta un cuerpo al cambio de estado, ya sea reposo o movimiento. La ley de la INERCIA fue descubierta por LEONARDO da VINCI, quien la mantuvo en secreto, más tarde GALILEO llegó a la misma conclusión, y finalmente ISAAC NEWTON le dio la forma con que hoy la conocemos.

Ley de la fuerza: La     fuerza o segunda ley   es    la     condición necesaria para variar el movimiento de un cuerpo, pero ya vimos  que para  cambiar  o   producir el movimiento de un cuerpo es necesario la existencia  de una  aceleración,  por  lo tanto podemos decir que   la fuerza  resultante que actúa  sobre un  cuerpo   es igual al  producto de   la  masa  del  cuerpo,  por  la aceleración producida por dicha fuerza, es decir:

De la fórmula anterior podemos observar que la aceleración a es directamente proporcional a la fuerza F   e inversamente proporcional a su masa.

La fuerza y la aceleración tienen la misma dirección y el mismo sentido, por lo tanto:

  Fuerza, ¿ Qué es?   Animación 1ra ley   Animación 2da ley    Fuerzas de contacto  Fuerza normal N

Hemos hablado de MASA, pero ¿Qué es la MASA?

MASA:   Para determinar la masa de un cuerpo es necesario medir la fuerza que se necesita para acelerar el cuerpo, por lo tanto podemos decir que MASA es la razón existente entre la fuerza neta que se ejerce en un objeto y su aceleración, es decir:

En el  siguiente video animado encontraras el concepto de masa y su diferencia con el peso    Masa

Existen muchas  unidades de  fuerza, se obtienen aplicando la fórmula  F = m  a  así:

1 )   En el sistema CGS          :   La  unidad  de  fuerza  es  la  DINA y  se define como la  fuerza  que  aplicada a la masa de 1 gramo,  hace  que  ésta  se acelere 1 Cm / Seg ².

                                                                     Cm

DINA    = 1 Gr  ---------------

                       Seg ²

2 )   En el sistema MKS          :   La  unidad  de  fuerza  es  el    NEWTON y  se   define como la  fuerza  que  aplicada  a la masa de 1 Kg,  hace  que  ésta    se acelere 1 m / Seg ².

                                                                       m

NEWTON = 1 Kg  ---------------

                             Seg ²

Ley de acción - reacción:   En la ley de acción-reacción hay una relación entre dos  fuerzas, ésta ley nos dice:     ¨ A cada acción (fuerza) corresponde una reacción ( fuerza)  de  igual  valor, pero de   sentido  contrario ¨, en   otras     palabras  cuando  dos   cuerpos interactúan entre sí, la fuerza que cada uno ejerce sobre el otro son de igual magnitud, pero de sentido contrario.  Ejemplo

Para que se cumpla la TERCERA  ley de NEWTON, debemos tener en cuenta:

-    La Fa y  Fr son perpendiculares al plano de sustentación.

-    Para que se cumpla la 3ra ley de NEWTON los cuerpos deben de estar en contacto.

-    Cuando un cuerpo se encuentra  sobre una superficie horizontal, su PESO hace las veces de fuerza de acción.

-    La fuerza de reacción también se llama fuerza NORMAL.

-       La  Fa  y  Fr  tienen la misma magnitud, pero sus sentidos son contrarios.

Primeras tres leyes de Newton   Mecánica Newtoniana   Física de las bicicletas

Hemos hablado del PESO de un cuerpo, pero ¿Qué es el PESO?

PESO (W):   El peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional (Fg)  con la que la tierra lo atrae hacia su centro. Ejemplo.  

 

Veamos algunos videos del concepto de peso y la fuerza gravitacional del sol y la luna

Video uno

Video dos

Video tres

Video cuatro

Animación 3ra ley  Leyes de Newton en dos minutos  Peso y masa. ¿Es lo mismo?  Sistemas de fuerza

   

Las unidades del peso son las mismas unidades de fuerza, debido a que el peso  es una  fuerza y por lo tanto es una magnitud vectorial.

El peso de un cuerpo siempre está dirigido verticalmente hacia abajo, no importa la posición del cuerpo y la superficie de sustentación.

Entre los factores que afectan al peso (w) de un cuerpo están la altitud y la longitud, debido a que el PESO W depende de la gravedad g.

Como conclusión podemos decir:

-      El peso es la fuerza gravitacional de un objeto.

-      El peso de un objeto es proporcional a su masa.

-      El peso está dirigido verticalmente hacia abajo.

-      El peso depende de la gravedad g

Dinámica de los cuerpos: Vector fuerza   Animaciones educaplus  Lugares donde la gravedad no funciona ¿ Existen?

EJEMPLOS

     ¿Qué fuerza horizontal constante es necesario aplicar a un cuerpo de 20 Kg de masa para que adquiera una  aceleración de 3m/Seg²?    ¿Cuál es su W? Si el cuerpo se mueve durante 2 segundos, ¿Qué distancia recorrerá? ¿Cuál es su velocidad a los 2 segundos?

Leyes de Newton: resumen    Problema I    Problema II  Problema III

Ley de la independencia de las fuerzas: Si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, cada una de ellas produce la misma aceleración como si actuara sola, independiente de las demás.

                                                                                                          

 

Por la segunda ley de Newton aplicada sobre cada fuerza tenemos qué:

F1 =   ma1   y   F2 =  ma2     Sumando   F1  +   F2    tenemos

    F1        =     ma1         +

    F2        =    ma2

____________________

F1  +  F2   =  m (a1  +  a2)      De donde tenemos por vectores:

F   =   m a   

Animación sobre fuerzas   ¿La gravedad existe?

Secuencia didáctica. Leyes de Newton