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Leyes de Newton




Enviado por vicma2009



    1. 1ª Ley de Newton o ley de
      la inercia: (ejemplo)
    2. 2ª Ley de Newton:
      (ejemplo)
    3. Fuerza.
      Aceleración
    4. Masa Inercial
    5. Ecuaciones
    6. Fuerza Masa y
      Peso
    7. Equilibrio Dinámico
      (ejemplo)
    8. 3ª Ley de Newton:
      (ejemplo)
    9. Fuerza Normal
      (ejemplo)
    10. Fuerza de rozamiento o
      Roce: (ejemplo)
    11. Aplicaciones de las Leyes de
      Newton

    Se denomina Leyes de
    Newton a tres leyes
    concernientes al movimiento de
    los cuerpos. La formulación matemática
    fue publicada por
    Isaac Newton en 1687
    en su obra
    Philosophiae Naturalis Principia
    Mathematica
    .

    Ley de Newton o ley
    de la inercia: (ejemplo)

    Un cuerpo permanecerá en un estado de
    reposo o de movimiento uniforme, a menos de que una fuerza externa
    actúe sobre él.

    La primera ley de Newton, conocida también como
    Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa
    ningún otro, este permanecerá indefinidamente
    moviéndose en línea recta con velocidad
    constante (incluido el estado de
    reposo, que equivale a velocidad cero).

    Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir,
    depende de cual sea el observador que describa el
    movimiento.

    Así, ejemplo, para un pasajero de un tren,
    el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del
    tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el
    andén de una estación, el interventor se
    está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por
    tanto, un sistema de referencia al cual referir el
    movimiento.

    La primera ley de Newton sirve para definir un tipo
    especial de sistemas de
    referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que
    son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que
    un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se
    mueve con velocidad constante.

    En realidad, es imposible encontrar un sistema de
    referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de
    fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible
    encontrar un sistema de referencia en el que el problema que
    estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en
    un sistema inercial. En muchos casos, por ejemplo, suponer
    a un observador fijo en la Tierra es
    una buena aproximación de sistema
    inercial.

     2ª Ley de Newton:
    (ejemplo)

    Siempre que una fuerza actúe sobre un cuerpo
    produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente
    proporcional a la fuerza pero inversamente proporcional a la
    masa.

     La nos dice que
    para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista
    algo que provoque dicho cambio. Ese
    algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el
    resultado de la acción
    de unos cuerpos sobre otros.

    La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el
    concepto de
    fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo
    es proporcional a la aceleración que adquiere dicho
    cuerpo
    . La constante de proporcionalidad es la masa del
    cuerpo
    , de manera que podemos expresar la relación de
    la siguiente manera:

    F = m a

    Tanto la fuerza como la aceleración son
    magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un
    valor, una
    dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de
    Newton debe expresarse como:

    F = m a

    La unidad de fuerza en el Sistema Internacional
    es el Newton y se representa por N. Un Newton es la
    fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de
    masa
    para que adquiera una aceleración de 1
    m/s2
    , o sea,

    1 N = 1 Kg · 1
    m/s2

    La expresión de la Segunda ley de Newton que
    hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante.
    Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando
    combustible, no es válida la relación F = m
    · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que
    incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la
    masa.

    Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta
    magnitud física es la cantidad de movimiento que se
    representa por la letra p y que se define como el producto de la
    masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:

    p = m · v

    La cantidad de movimiento también se conoce como
    momento lineal. Es una magnitud vectorial y, en el
    Sistema Internacional se mide en Kg·m/s . En
    términos de esta nueva magnitud física, la Segunda
    ley de Newton se expresa de la siguiente manera:

    La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la
    variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho
    cuerpo, es decir,

    F = dp/dt

    De esta forma incluimos también el caso de
    cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la masa
    sea constante, recordando la definición de cantidad de
    movimiento y que como se deriva un producto tenemos:

    F = d(m·v)/dt = m·dv/dt +
    dm/dt ·v

    Como la masa es constante

    dm/dt = 0

    Y recordando la definición de aceleración,
    nos queda

    F = m a

    Tal y como habíamos visto
    anteriormente.

    Otra consecuencia de expresar la
    Segunda ley de Newton
    usando la
    cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de
    conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza
    total que actua sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton
    nos dice que:

    0 = dp/dt

    Es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento
    con respecto al tiempo es
    cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser
    constante en el tiempo (la derivada de una constante es
    cero
    ). Esto es el Principio de conservación de la
    cantidad de movimiento: si la fuerza total que actúa
    sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo
    permanece constante en el tiempo
    .

    Fuerza

    Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de
    reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir una
    deformación.

    Aceleración

    Se define la aceleración como la relación
    entre la variación o cambio de velocidad de un
    móvil y el tiempo transcurrido en dicho cambio:
    a=v-vo/t

    Donde "a" es la aceleración, "v" la velocidad
    final, "vo" la velocidad inicial y "t" el tiempo.

    Masa
    Inercial

    La masa inercial es una medida de la inercia de un
    objeto, que es la resistencia que
    ofrece a cambiar su estado de movimiento cuando se le aplica una
    fuerza. Un objeto con una masa inercial pequeña puede
    cambiar su movimiento con facilidad, mientras que un objeto con
    una masa inercial grande lo hace con dificultad.

    La masa inercial viene determinada por la Segunda y
    Tercera
    Ley de Newton. Dado un objeto con una masa
    inercial conocida, se puede obtener la masa inercial de cualquier
    otro haciendo que ejerzan una fuerza entre sí. Conforme a
    la Tercera Ley de Newton, la fuerza experimentada por cada uno
    será de igual magnitud y sentido opuesto. Esto permite
    estudiar qué resistencia presenta cada objeto a fuerzas
    aplicadas de forma similar.

    Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales
    mA (conocida) y mB (que se
    desea determinar), en la hipótesis que las masas son constantes y
    que ambos cuerpos están aislados de otras influencias
    físicas, de forma que la única fuerza presente
    sobre A es la que ejerce B, denominada FAB, y la
    única fuerza presente sobre B es la que ejerce A,
    denominada FBA, de acuerdo con la Segunda Ley de
    Newton:

    FAB =
    mAaA

    FBA =
    mBaB.

    Donde aA y aB son las
    aceleraciones de A y B, respectivamente. Es necesario que estas
    aceleraciones no sean nulas, es decir, que las fuerzas entre los
    dos objetos no sean iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por
    ejemplo, hacer colisionar los dos cuerpos y efectuar las
    mediciones durante el choque.

    La Tercera Ley de Newton afirma que las dos fuerzas son
    iguales y opuestas:

    FAB = −
    FBA.

    Sustituyendo en las ecuaciones
    anteriores, se obtiene la masa de B como

    .

    Así, el medir aA y aB
    permite determinar mA en términos
    mB, que era lo buscado. Obsérvese que el
    requisito que aB sea distinto de cero hace que esta
    ecuación quede bien definida.

    En el razonamiento anterior se ha supuesto que las masas
    de A y B son constantes. Se trata de una suposición
    fundamental, conocida como la conservación de la masa, y
    se basa en la hipótesis de que
    la materia no
    puede ser creada ni destruida, sólo transformada (dividida
    o recombinada). Es a veces útil, sin embargo, considerar
    la variación de la masa del cuerpo en el tiempo: por
    ejemplo la masa de un cohete decrece durante su
    lanzamiento.

    Esta aproximación se hace ignorando la materia
    que entra y sale del sistema. En el caso del cohete, esta materia
    se corresponde con el combustible que es expulsado; si
    tuviéramos que medir la masa conjunta del cohete y del
    combustible, comprobaríamos que es constante.

    Ecuaciones

    Ecuación, igualdad en la
    que intervienen una o más letras, llamadas
    incógnitas. Es decir, es una igualdad entre expresiones
    algebraicas.

    Las expresiones que están a ambos lados del signo
    igual son los miembros de la ecuación: primer miembro el
    de la izquierda, segundo miembro el de la derecha.

    Se llama solución de una ecuación a un
    valor de la incógnita, o a un conjunto de valores de las
    incógnitas, para los cuales se verifica la igualdad. Una
    ecuación puede tener una, ninguna o varias soluciones.

    Fuerza Masa
    y Peso

    El peso y la masa de los cuerpos son
    conceptos diferentes aunque estrechamente
    relacionados.

    • La masa es un propiedad
      de la materia , es constante para cada cuerpo
    • El peso de la fuerza con que un cuerpo es
      atraído por la Tierra

    Bien, masa es la medida de cuánta materia
    hay en un objeto; el peso es una medida de qué
    tanta fuerza ejerce la gravedad sobre ese objeto. Su
    propia masa es la misma no importa si está en la
    tierra, en la
    luna, o flotando en el espacio–porque la cantidad de materia de
    que usted está hecho no cambia. Pero su peso
    depende de cuánta fuerza gravitatoria esté
    actuando sobre usted en ese momento; usted pesaría menos
    en la luna que en la tierra, y en el espacio interestelar, usted
    pesaría prácticamente nada.

    Equilibrio
    Dinámico (ejemplo)

    Equilibrio aparente, es decir en el que los
    constituyentes evolucionan; pero donde sus evoluciones se
    compensan.

    Los equilibrios naturales son en general equilibrios
    dinámicos.

    Para entender el concepto de equilibrio
    dinámico, citemos un ejemplo:

    Supongamos que tomamos el porcentaje de personas entre
    30 y 40 años que se encuentran casadas. Digamos, el 68%,
    por poner un número.

    Si al otro año, tomamos la misma medición, descubriremos que el porcentaje
    no ha variado significativamente. Sin embargo, las personas
    involucradas no son las mismas. Es decir, se mantiene un
    equilibrio del conjunto, mientras cambian los componentes, o su
    situación.

    Cuando alguna causa externa intervenga, por ejemplo, la
    sanción de una ley de divorcio, se
    redefinirán las condiciones, estableciendo un nuevo estado
    de equilibrio.

    3ª Ley de
    Newton: (ejemplo)

    A toda acción corresponde una reacción
    en igual magnitud y dirección pero de sentido
    opuesto.

    Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de
    Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos
    cuerpos sobre otros.

    La tercera ley, también conocida como Principio
    de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A
    ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza
    sobre A otra acción igual y de sentido
    contrario.

    Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas
    ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia
    arriba, empujamos el suelo para
    impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace
    saltar hacia arriba.

    Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien,
    nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se
    debe a la reacción que la otra persona hace
    sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a
    nosotros.

    Hay que destacar que, aunque los pares de acción
    y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no
    se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos
    distintos.

    Fuerza
    Normal (ejemplo)

    Cuando un cuerpo está apoyado sobre una
    superficie ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es
    perpendicular a la de la superficie. De acuerdo con la

    Tercera ley de Newton
    , la superficie debe
    ejercer sobre el cuerpo una fuerza de la misma magnitud y
    dirección, pero de sentido contrario. Esta fuerza es la
    que denominamos Normal y la representamos con
    N.

    En la figura de la izquierda se muestra hacia
    donde está dirigida la fuerza normal en los dos ejemplos
    que aparecían en la figura anterior para el peso. Como ya
    hemos dicho, siempre es perpendicular a la superficie de
    contacto y está dirigida hacia arriba, es decir, hacia
    fuera de la superficie de contacto.

    Fuerza de
    rozamiento o Roce: (ejemplo)

    El rozamiento, generalmente, actúa como una
    fuerza aplicada en sentido opuesto a la velocidad de un objeto.
    En el caso de deslizamiento en seco, cuando no existe
    lubricación, la fuerza de rozamiento es casi independiente
    de la velocidad. La fuerza de rozamiento tampoco depende del
    área aparente de contacto entre un objeto y la superficie
    sobre la cual se desliza.

    El área real de contacto —esto es, la
    superficie en la que las rugosidades microscópicas del
    objeto y de la superficie de deslizamiento se tocan
    realmente— es relativamente pequeña. Cuando un
    objeto se mueve por encima de la superficie de deslizamiento, las
    minúsculas rugosidades del objeto y la superficie chocan
    entre sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan
    moviendo.

    El área real de contacto depende de la fuerza
    perpendicular entre el objeto y la superficie de deslizamiento.
    Frecuentemente, esta fuerza no es sino el peso del objeto que se
    desliza. Si se empuja el objeto formando un ángulo con la
    horizontal, la componente vertical de la fuerza dirigida hacia
    abajo se sumará al peso del objeto. La fuerza de
    rozamiento es proporcional a la fuerza perpendicular
    total.

    Cuando hay rozamiento, la segunda ley de Newton puede
    ampliarse a

    Sin embargo, cuando un objeto se desplaza a
    través de un fluido, el valor del rozamiento depende de la
    velocidad. En la mayoría de los objetos de tamaño
    humano que se mueven en agua o
    aire (a
    velocidades menores que la del sonido), la
    fricción es proporcional al cuadrado de la velocidad. En
    ese caso, la segunda ley de Newton se convierte en

    La constante de proporcionalidad k es
    característica de los dos materiales en
    cuestión y depende del área de contacto entre ambas
    superficies, y de la forma más o menos aerodinámica
    del objeto en movimiento.

    La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando
    hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando
    se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por
    ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar
    sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por
    ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por
    ejemplo, un suelo rugoso.

    La experiencia nos muestra que:

    La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del
    tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos,
    pero sí depende de cual sea la naturaleza de
    esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la formen
    y si es más o menos rugosa.

    La magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos
    en contacto es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es
    decir:

    Fr = m·N

    Donde m es lo que conocemos como coeficiente de
    rozamiento.

    Hay dos coeficientes de rozamiento: el estático,
    me, y el cinético, mc, siendo el primero mayor que el
    segundo:

    me > mc

    Aplicaciones de
    las Leyes de Newton

    Cuando aplicamos las leyes de Newton a un cuerpo,
    sólo estamos interesados en aquellas fuerzas externas que
    actúan sobre el cuerpo.

    Cuando una caja está en reposo sobre una mesa,
    las fuerzas que actúan sobre el aparato son la fuerza
    normal, n, y la fuerza de gravedad,
    w, como se ilustran. La reacción a
    n es la fuerza ejercida por la caja sobre la
    mesa, n'. La reacción a
    w es la fuerza ejercida por la caja sobre la
    Tierra, w'.

    En otro ejemplo se tiene una caja que se jala hacia la
    derecha sobre una superificie sin fricción, como se
    muestra en la figura de la izquierda.

             

    En la figura de la derecha se tiene el diagrama de
    cuerpo libre que representa a las fuerzas externas que
    actúan sobre la caja.

    Cuando un objeto empuja hacia abajo sobre otro objeto
    con una fuerza F, la fuerza normal
    n es mayor que la fuerza de la gravedad. Esto
    es, n = w + F.

    En otro ejemplo se tiene un peso w suspendido del techo
    por una cuerda de masa despreciable. Las fuerzas que
    actúan sobre el peso son la gravedad, w,
    y la fuerza ejercida por la cadena, T. Las
    fuerzas que actúan sobre la cuerda son la fuerza ejercida
    por el peso, T', y la fuerza ejercida por el
    techo, T''.

      
       

     

     

    Vicmary Saa Portillo

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