Leyes de Newton
1. Sumario
- Peso y masa
- Las tres leyes de Newton
- Fricción, fuerza normal, poleas y cables
- Trabajo y potencia
- Energía potencial y cinética
2. Objetivo
Al finalizar el estudio de este capítulo, entre otras habilidades, usted será capaz de:
- Analizar las leyes que explican el movimiento de los cuerpos y las causas para la solución de problemas en la cotidianidad.
3. Introducción
A continuación, se presentan una serie de sugerencias para cumplir con las experiencias de aprendizaje, que se proponen en el programa del curso de de Física I (teoría). Si bien son aplicables al curso, no son exhaustivas, por lo cual, el estudiante puede aprovechar otros materiales recomendados en las referencias bibliográficas.
4. Guía de lectura y recursos adicionales
- Debe efectuar la lectura de las secciones del libro en las cuales se trabajen los temas contenidos en el sumario. Preste particular atención a las leyes de Newton y a los conceptos de masa, peso, fricción, fuerza normal, trabajo, potencia, energía potencial elástica, energía potencial gravitacional, energía cinética. Puede elaborar materiales de estudio como los comentados en la sección “Consideraciones metodológicas”. Asimismo, apunte las ecuaciones más importantes para la resolución de ejercicios numéricos. Además de la lectura, se le sugiere a continuación una serie de recursos de apoyo para su estudio
- Video sobre el concepto de fuerza y leyes de Newton. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=8bza_LRsPbU (Duración: 5 minutos)
- Video sobre las tres leyes de Newton. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=xO70CCH68t8 (Duración: 17 minutos)
- Video de solución de ejercicio de masas unidas con poleas mediante las leyes de Newton. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=9q79_BTOQKg (Duración: 5 minutos)
- Espacio de experimentación con fuerzas en un plano inclinado (simulación). Enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/ramp-forces-and-motion
- Video sobre trabajo y potencia. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=MZdNjS5_60I (Duración: 4 minutos)
- Video sobre trabajo y energía cinética. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=KtSjhb3EMx4 (Duración 5 minutos)
- Videos sobre conservación de la energía y aplicación. Enlace: https://www.youtube.com/watch?v=jG0zDp3rZVk y https://www.youtube.com/watch?v=5Ylxn5VWm-A (Duración: 6 y 2 minutos)
- Espacio de experimentación con energía mecánica (simulación). Enlace: https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_es.html
- Espacio de experimentación con energía potencial elástica (simulación). Enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulation/masses-and-springs
5. Esquemas y ejemplos
A continuación, se le muestra un ejemplo de esquema comparativo sobre las tres leyes de Newton.
| LEY | Otro nombre | Enunciado | Ecuación | Situaciones en que aplica |
|---|---|---|---|---|
| I Ley | Ley de la inercia | Un cuerpo conservará su estado de movimiento (en reposo o con rapidez constante) mientras no actúe sobre él una fuerza neta. | $$\Sigma F=0$$ | Cuerpos en reposo o moviéndose con rapidez constante |
| II Ley | — | La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada sobre él e inversamente proporcional a su masa. | $$\Sigma F=m\bullet a$$ | Cuerpos moviéndose aceleradamente (por ejemplo, caída libre) |
| III Ley | Ley de acción-reacción | Toda fuerza de acción provocará una fuerza de reacción de igual magnitud y dirección opuesta. | $$F_{AB}=-F_{BA}$$ | Cuerpos en contacto |
A continuación, se presentan tres ejercicios resueltos, uno sobre el tema de leyes de Newton, uno de trabajo y uno de conservación de la energía mecánica.
Ejercicio No. 1. A un bloque de 10 kg se le aplica una fuerza F de 0,25 kN, tal y como se muestra en la figura. Si el coeficiente de fricción cinético entre el bloque y el piso es de 0,18, determine a cuánto acelerará el bloque.
$$\rightarrow W=m\ g=10\ kg\ast\ 9,8\frac{m}{s^2}\ $$
$$W=98\ N$$
$$\rightarrow F_x=250\ N\ast cos30°=216,5 N$$
$$\rightarrow F_y=250\ N\ast sen30°=125 N$$
$$\rightarrow\Sigma Fy=0$$
$$N-W-F_y=0\ $$
$$N=W+F_y$$
$$N=98\ N+125\ N$$
$$N=223\ N$$
$$\rightarrow f=\mu\ N$$
$$f=0,18\ast\ 223\ N$$
$$f=40,1\ N$$
$$\rightarrow\Sigma Fx=m\ a$$
$$F_x-f=m\ a$$
$$a=\ \frac{F_x-f}{m}$$
$$a=\ \frac{216,5\ N-40,1\ N}{10\ kg}$$
$$a=17,6\ \frac{m}{s^2}$$
Para más ejercicios resueltos, puede consultar el canal en YouTube de la ECEN. Enlace: https://www.youtube.com/channel/UCZWdZ78Ue9fZroLOCrSGz5A/videos
6. Fuentes
European Space Agency. (2011). Mission 1: Newton in Space (Español). Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=xO70CCH68t8
Traful, UTEM. (2016). Aplicación de la conservación de la energía mecánica. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=5Ylxn5VWm-A
Traful, UTEM. (2016). Concepto de fuerza Leyes de Newton. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=8bza_LRsPbU
Traful, UTEM. (2016). Energía potencial y conservación de la energía. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=jG0zDp3rZVk
Traful, UTEM. (2016). Resolución de problemas usando las leyes de Newton. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=9q79_BTOQKg
Traful, UTEM. (2016). Trabajo y energía cinética. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=KtSjhb3EMx4
Traful, UTEM. (2016). Trabajo mecánico y potencia. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=MZdNjS5_60I
University of Colorado. (s.f.). Energía en la pista de patinaje [simulación interactiva]. Recuperado de: https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_es.html
University of Colorado. (s.f.). Masas y resortes [simulación interactiva]. Recuperado de: https://phet.colorado.edu/es/simulation/masses-and-springs
University of Colorado. (s.f.). Rampa: fuerzas y movimiento [simulación interactiva]. Recuperado de: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/ramp-forces-and-motion