Aplicaciones de las leyes de Newton (página 2)

Enviado por Omar Alejandro Hern�ndez Banda

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Isaac Newton logro
concretar las ideas de Galileo acerca del movimiento, ya
que antes de galileo la mayoría de los filósofos pensaban que para mantener a un
cuerpo en movimiento necesitaban de cierta influencia o "fuerza", ellos
pensaban que un cuerpo se mantenía en estado natural
cuando este se encontraba en reposo. Un ejemplo claro delo que
creían es que si un cuerpo se mueve en línea recta
a velocidad
constante tenía que haber un agente externo que lo
empujara de forma continuaba; de lo contrario, de una forma
"natural", como ellos creían, dejaría de
moverse.

Para entender de una mejor forma tomemos un
bloque cualquiera sobe un plano horizontal rígido. Si
hiciéramos que el bloque se deslice a lo largo de este
plano, notaremos que poco apoco ira más despacio hasta
detenerse totalmente. Este ejemplo se ha tomado para basar la
idea de que el movimiento se detiene cuando la fuerza externa, es
decir, lo que haya empujado al bloque, se retiraba.

Si hacemos lo mismo pero ahora usando un bloque
mas liso y un plano más liso aplicando lubricante,
observaremos que la velocidad disminuye más lentamente que
antes. Ahora usemos bloques y superficies mas lisos y mejores
lubricantes veremos que el bloque disminuye su velocidad en una
cantidad más y más notable y que viaja más
lejos cada vez antes de llegar al reposo. Con esto podremos
contra argumentar la idea de que al detenerse el bloque es porque
se retiraba la fuerza.

Es difícil poder dar
ejemplos en donde no actúe ninguna fuerza sobre el cuerpo,
ya que la fuerza de gravedad siempre actuara sobre el cuerpo
cerca de la tierra o en
la tierra y
también actuaran fuerzas resistivas tales como la
fricción o la resistencia del
aire, estas se
opondrán al movimiento en el suelo o en el
aire.

Usualmente nos referimos a todas las fuerzas que
actúan sobre un cuerpo como la fuerza "neta" o total. Un
ejemplo seria que al empujar un bloque con nuestra mano, este al
deslizarse puede ejercer una fuerza que contrarreste a la fuerza
de fricción que actúa sobre el bloque, y una fuerza
hacia arriba del plano horizontal contrarrestaría a la
fuerza de gravedad. La fuerza neta o total sobre el bloque puede
entonces ser cero, y el bloque puede moverse a velocidad
constante.

Este principio lo tomo Isaac Newton
como la primera de sus tres leyes del
movimiento.

Primera ley de
Newton o Ley de Inercia

Esta ley fue publicada
por primera vez en 1686 en la obra: "Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica" o también llamada "Principia". Y
nos dice lo siguiente:

Considere un cuerpo sobre el cual no actúe
alguna fuerza neta. Si el cuerpo está en reposo,
permanecerá en reposo. Si el cuerpo está
moviéndose a velocidad constante, continuara
haciéndolo así.

Es decir, si un cuerpo está en reposo, o
si se mueve en línea recta y con velocidad constante, es
porque sobre el no está actuando fuerza alguna, es decir
que las fuerzas que actúan se anulan unas a otras o sea se
hacen cero. De lo contrario si ves un cuerpo que se acelera, se
frena o que su trayectoria no es recta, puedes asegurar que sobre
el actúa una fuerza neta.

Hacen falta fuerzas para cambiar el estado
natural de un cuerpo, que es el de reposo o el de movimiento
uniforme rectilíneo. Por esta razón a esta primera
ley se le conoce también como "ley de inercia". La inercia
es la tendencia de un cuerpo a seguir como está. Si vas en
un camión y este se detiene, tú tiendes a irte para
adelante, a seguir el movimiento que llevas, no hay una fuerza
que te empuje al frente, si no que el camión frenó
y tú seguiste el movimiento.

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De la misma manera, cuando el camión
acelera tú te vas hacia atrás, si el camión
da vuelta a la izquierda tu cuerpo se mueve a la derecha y si da
vuelta a la derecha tu cuerpo se mueve a la izquierda siguiendo
el movimiento siguiendo la inercia.

Segunda ley de
Isaac Newton

Esta ley define la reacción cuantitativa
entre la fuerza proveniente de interacciones, y los cambios de
movimientos de todo cuerpo.

Isaac Newton tenía en mente una frase que
relaciono con esta ley, "el cambio de
movimiento es proporcional a la fuerza neta y se efectúa
en la dirección en la se imprime dicha
fuerza".

Además de que decía de que
teníamos que tomar en cuenta dos cosas que son muy
importantes dentro de estas las cuales son: * la primera, a mayor
fuerza sobre un cuerpo, mayor será el cambio de su estado
de movimiento, si una fuerza cualquiera genera en el momento de
una partícula, una fuerza, el doble o el triple,
ocasionara el doble o el triple del cambio originado por la
primera fuerza. *La segunda: el cambio ocurre en la
dirección de la fuerza.

Newton demostró que hay una
relación directa entre la fuerza aplicada y la
aceleración resultante, además probo que la
aceleración disminuye con la inercia ola masa ,Si tenemos
un cuerpo de masa conocida y sabemos la fuerza neta que
actúa sobre el podremos saber con facilidad la
aceleración.

Newton se dio cuenta que la aceleración de
los cuerpos era n la clave, por lo cual decidió formular
la siguiente ecuación:

EF= m.a esta es la ecuación "EF" es la
suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, "m"
es la masa del cuerpo y "a" es la aceleración que tiene
dicho cuerpo. Donde la aceleración es una magnitud que es
directamente proporcional a la suma de "EF", 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

A la gran conclusión que llego newton es
que el efecto que una fuerza tenga sobre un cuerpo depende de su
masa; a mayor masa menor aceleración y a menor masa mayor
será la aceleración resultante.

Para poder empezar a tener una aplicación
de esta ley, debemos de tener muy en cuenta los siguientes
conceptos, ya que estos nos ayudaran a poder resolver los
problemas
planteados dentro de las tres leyes de
newton,

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.

En la siguiente imagen mostramos
uno de los experimentos que
realiza newton para poder demostrar lo que quiere decir con las
tres grandes leyes que presento, así como también
muestra la
definición de cada una y su explicación.

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Para que nos quede más claro lo que es la
segunda ley y que es lo que tiende a lograr daremos un
ejemplo:

Se patea una pelota con una fuerza de 1,2
N y adquiere una aceleración de 3 m/s2,
¿cuál es la masa de la pelota?

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Datos:

F = 1,2 N

a = 3 m/s2

m = 0.4 kg

Como sabemos la segunda ley de Newton es una de
las leyes básicas de la mecánica se utiliza en el análisis de los movimientos próximos
a la superficie de la tierra y también en el estudio de
los cuerpos celestes.

Tercera ley de
Newton

Esta ley nos habla de cómo
interactúan los cuerpos. Por ejemplo cuando nosotros
presionamos con el dedo un bloque en el suelo, el bloque oprime
simultáneamente el dedo en la dirección contraria.
A este hecho se le denomina interacción;
entonces, las fuerzas que aparecen durante la interacción sobre cada uno de los cuerpos
son las acciones mutuas entre ellos.(Hecht: 2007.)

En general, si un cuerpo actúa sobre otro,
este último actúa sobre el primero de una manera
definida que se puede expresar:

"cuando dos cuerpos ejercen fuerzas mutuas entre
sí, las dos fuerzas son siempre de igual magnitud y de
dirección opuesta. Es decir, que las acciones
mutuas entre dos cuerpos son siempre iguales entre si y dirigidas
en sentidos contrarios".

Por lo tanto, no puede existir una sola fuerza
aislada.

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Observe que las fuerzas de acción
y de reacción no se anulan. Son iguales en magnitud y
opuestas en dirección, pero actúan sobre cuerpos
diferentes. Para que dos fuerzas se anulen deben actuar sobre el
mismo objeto. Se puede decir que las fuerzas de acción
crean las fuerzas de reacción.

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Un claro ejemplo seria un hombre al
subir escaleras. Normalmente ponemos el pie y después nos
impulsamos para subir el otro pie y así sucesivamente,
mientras esto pasa al ejercer una fuerza al peldaño, el
peldaño ejerce la misma fuerza pero hacia arriba, esto
quiere decir que son iguales en magnitud pero opuestas en
dirección, a esto se refiere la ley de
interacción.

Conclusión

"Las tres leyes del movimiento de Newton" se
enuncian abajo en palabras modernas: como hemos visto todas
necesitan un poco de explicación.

1.- En ausencia de fuerzas, un objeto ("cuerpo")
en descanso seguirá en descanso, y un cuerpo
moviéndose a una velocidad constante en línea
recta, lo continuará haciendo indefinidamente.

2.- Cuando se aplica una fuerza a un objeto, se
acelera. La aceleración es en dirección a la fuerza
y proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a
la masa que se mueve: a = k(F/m)donde k es algún
número, dependiendo de las unidades en que se midan F, m y
a. Con unidades correctas (volveremos a ver esto), k = 1 dando a
= F/m ó en la forma en que se encuentra normalmente en los
libros de
texto F = m a
De forma más precisa, deberíamos escribir F
= ma siendo F y a vectores en la misma
dirección. No obstante, cuando se sobreentiende una
dirección única, se puede usar la forma simple.

3.- "La ley de la reacción" enunciada
algunas veces como que "para cada acción existe una
reacción igual y opuesta". En términos más
explícitos:

"Las fuerzas son siempre producidas en pares, con
direcciones opuestas y magnitudes iguales. Si el cuerpo nº 1
actúa con una fuerza F sobre el cuerpo nº 2, entonces
el cuerpo nº 2 actúa sobre el cuerpo nº 1 con
una fuerza de igual intensidad y dirección opuesta."