Son tres principios a partir de los cuales se
explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en
particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.
Constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de
la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto
sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en
observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a
partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en
sus predicciones y la validez de esas predicciones fue verificada en todos y
cada uno de los casos durante más de dos siglos.
Primera Ley o Ley de Inercia
“Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o
de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él”.
Esta ley rebate la idea aristotélica de que un
cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza.
Newton expone que Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento
uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas
impresas 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).
Ejemplo:
Ejercicio:
Una bicicleta con ruedas de 75 cm de diámetro viaja a una velocidad de
12 m/s. ¿Cuál es la velocidad angular de las ruedas de esta bicicleta?
a. 8rad/s
b. 16rad/s
c.
32rad/s
d. 64rad/seg
Solución:
La velocidad tangencial de una
partícula está dada por v = wR, por lo tanto w = v/R =2v/D
w= 2(12)/0.75
w= 32rad/s
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica
“La fuerza que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional a su aceleración”.
Newton expone que el cambio de movimiento es
proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo
largo de la cual aquella fuerza se imprime. Esta ley 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:
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 masapara que adquiera una aceleración de 1 m/s2, así:
Ejemplo:
Una caja pequeña que tiene poca masa, necesitará menor cantidad de fuerza para moverla, que cuando se trata de una caja grande que tiene mayor cantidad de masa pues necesitará mayor cantidad de fuerza para moverla.
Ejercicio:
Un estudiante hala una caja de madera sobre una superficie horizontal con velocidad constante por medio de una fuerza P. ¿Cuál de las siguientes opciones es correcta?
b. P > f y N = w
c. P = f y N > w
d. P = f y N = w
e. P < f y N = w
Por realizar el movimiento con velocidad constante, la fuerza neta es cero, de manera que las ecuaciones estarán dadas por:
Tercera ley o Principio de acción-reacción
“Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro,
éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto”.
Esta ley expone que con toda acción ocurre siempre una reacción igual y
contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y
dirigidas en sentido opuesto.
Asi, completamente original de Newton (pues las dos
primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens),
hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que
por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual
intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la
produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta,
siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido.
Tal como
se expones 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 esencialmente que “si un cuerpo A ejerce una
acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido
contrario”.
Ejemplo:
Si tenemos dos
grupos de personas A y B tirando de una cuerda
hacia sus respectivos lados, el grupo A ejercerá una fuerza sobre el
grupo B y el grupo B ejercerá otra fuerza sobre el grupo A.
Ejercicio:
Una mujer sostiene un objeto en
una de sus manos. Aplicando la tercera Ley de Newton del movimiento, la fuerza
de reacción al peso de la bola es:
a. La fuerza normal que el piso ejerce sobre los pies de la mujer.
b. La fuerza normal que la mano de la mujer ejerce sobre el objeto.
c. La fuerza normal que el objeto ejerce sobre la mano de la mujer.
d. La fuerza gravitacional que el
objeto ejerce sobre la tierra.
Solución:
Las fuerzas
de acción y reacción se genera entre el mismo par de cuerpos, esto es, el peso
de la bola es la fuerza de caracter gravitacional que genera la tierra sobre la
bola, por lo tanto la reacción debe ser la fuerza gravitacional que genera la
bola sobre la tierra, además tiene la misma magnitud y actuan en dirección
opuesta.
TALLER DE APLICACIÓN
·
Qué aceleración experimenta
un cuerpo de 8 k de masa si sobre el actúa
una fuerza resultante de 24 (N)
a=F/M a=? F= 24N m= 8kg
a= 24/8N
a=( 24 kg.m/seg2) / 8kg
a= 3m/seg2
· · Qué aceleración experimenta un cuerpo de 10 K de masa si sobre él actúan una fuerza de 30 (N)
a= F/m a= ? F=30 N + m= 10kg
a=30N/10Kg
a=(30kg.m/seg2) /10kg
a= 3m/ seg2
· Al aplicar una fuerza de 96
(N) sobre un cuerpo se acelera a razón de 12m/
¿Cuál es la masa?
m=F/9 m=? F=96(N) a= 12m/seg2
m=( 96N/(12m/seg2))/ 12m/seg2
m= 8kg
· Que fuerza debe ejercer sobre un cuerpo de 12 k.
de masa, para que se acelere a razón de 3,5m/seg2
F=? m= 12kg a= 3,5m/seg2
F=m.a
F=12kg. 3,5m/seg2
F=42N
No hay comentarios:
Publicar un comentario