Primera ley del movimiento (ley de inercia)
Un cuerpo en reposo continúa en reposo, y un cuerpo en movimiento continua en movimiento a velocidad uniforme y en linea recta, a menos que sobre ellos actúe una fuerza externa que lo modifique.
Para entender mejor esta primera ley del movimiento señalemos que cuando un cuerpo esta en movimiento dos factores hacen que resista un cambio: uno es su velocidad; el otro, su masa. sabemos que es difícil detener el movimiento de una bala a causa de su velocidad. También nos es difícil detener el movimiento de un automóvil que se desplace lentamente, a causa de su masa. Los dos factores de masa y velocidad de un cuerpo, cuando se multiplican entre sí nos dan los que se denomina el momento del cuerpo.
La masa de un cuerpo es siempre constante. Por tanto, para alterar el movimiento es necesario alterar la velocidad; para alterar la velocidad ()ya sea el índice de rapidez, la dirección, o ambos), y así producir una aceleración, se requiere una fuerza. Esto es lo que Newton quiso decir al expresar que un cuerpo en movimiento se desplazará en línea recta con rapidez uniforme a menos que sobre él actúe una fuerza externa.
Pero, se podría decir, un automóvil puede viajar a velocidad uniforme en línea recta soló porque le aplicamos una fuerza: la suministrada por el motor. ¿Por qué no podría el automóvil viajar a velocidad uniforme en línea recta sin que se le aplique fuerza alguna, si la primera ley de Newton es valida?.
Cuando un automóvil se desplaza, es retenido por las fuerzas de fricción del camino y de resistencia del aire. |
El enunciado fundamental que podemos extraer de la ley de Newton es que la . Esta expresión es una ecuación vectorial, ya que tanto la fuerza como la aceleración llevan dirección y sentido.
De la ecuación podemos deducir que si actúan
fuerzas sobre los cuerpos, el cambio que se provoca en sus aceleración es proporcional a la fuerza aplicada y dicho cambio de produce en la dirección sobre la que se aplican dichas fuerzas.
Segunda ley del movimiento (ley fundamental de la dinámica)
La razón de cambio de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada y se produce en dirección en que actúa la fuerza.
Esta ley se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza neta aplicada sobre el mismo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo (que puede ser o no ser constante). Entender la fuerza como causa del cambio de movimiento y la proporcionalidad entre la fuerza impresa y el cambio de la velocidad de un cuerpo es la esencia de esta ley.
Si la masa del cuerpo es constante podemos establecer la siguiente relación, que constituye la ecuación fundamental de la dinámica:
En la cual m es la masa del cuerpo la cual debe ser constante para que pueda expresarse de tal forma. La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, también llamada fuerza resultante, es el vector suma de todas las fuerzas que sobre él actúan.
Entonces:- La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada, y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.
- Al actuar varias fuerzas esta ecuación se refiere a la fuerza resultante, suma vectorial de todas ellas.
- Al ser una ecuación vectorial, después se debe cumplir componente por componente.
- En ocasiones sera útil recordar el concepto de componentes intrínsecas: si la trayectoria no es rectilínea es por que hay una aceleración normal, luego habrá también una fuerza normal (en dirección perpendicular a la trayectoria); si el módulo de la velocidad varía es porque hay una aceleración en la dirección de la velocidad (en la misma dirección de la trayectoria).
- La fuerza y la aceleración son vectores paralelos, pero esto no significa que el vector velocidad sea paralelo a la fuerza. Es decir, la trayectoria no tiene por qué ser tangente a la fuerza aplicada (sólo ocurre si al menos, la dirección de la velocidad es constante).
- Esta ecuación debe cumplirse para todos los cuerpo. Cuando analicemos un problema para varios cuerpos y diferentes fuerzas aplicadas sobre ellos, debemos entonces tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre cada uno de ellos y el principio de superposición de fuerzas. Aplicaremos la segunda ley de Newton para cada uno de ellos, teniendo en cuenta las interacciones mutuas y obteniendo la fuerza resultante sobre cada uno de ellos.
La fuerza modificara este movimiento, cambiando la velocidad en modulo o dirección. Las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Por lo tanto existe una relación causa-efecto entre la fuerza aplicada y la aceleración que este cuerpo experimenta.
Des esta ecuación se obtiene la unidad de medida de la fuerza en el sistema internaciónal de unidades, en Newton.
Si la masa no es constante Cuando la masa de los cuerpos varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es valida la relación y hay que hacer genérica la ley para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa. Para ella primera hay que definir una magnitud física nueva, 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:
Una forma más general sería:
Pero esta sería la expresión clásica de la segunda ley de Newton.
Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción
Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, este ejercerá una fuerza de igual magnitud y dirección en sentido opuesto del primero. Con frecuencia se enuncia así : A cada acción siempre se opone una reacción igual pero en sentido contrario.
Esta tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que lo produjo. De otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y dirección, pero con sentido opuesto. El principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo,
produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Un buen ejemplo sería: Cuando una persona rema en un bote empuja el agua con el remo en un sentido y el agua responde empujando el bote en sentido opuesto.
Al disparar una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola (retroceso, que sufren las armas de fuego al ser disparadas), la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala.
Esta tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que lo produjo. De otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y dirección, pero con sentido opuesto. El principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo,
produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Un buen ejemplo sería: Cuando una persona rema en un bote empuja el agua con el remo en un sentido y el agua responde empujando el bote en sentido opuesto.
Al disparar una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola (retroceso, que sufren las armas de fuego al ser disparadas), la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala.
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