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4.3: Leyes de Newton

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    La Primera Ley: Inercia

    La primera ley del movimiento de Newton describe la inercia. Según esta ley, un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo, y un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento, a menos que actúe sobre él por una fuerza externa neta.

    objetivos de aprendizaje

    • Definir la Primera Ley del Movimiento

    Historia

    Sir Isaac Newton era un científico inglés que estaba interesado en el movimiento de objetos bajo diversas condiciones. En 1687, publicó una obra llamada Philosophiae Naturalis Principla Mathematica, en la que describía sus tres leyes del movimiento. Newton utilizó estas leyes para explicar y explorar el movimiento de los objetos y sistemas físicos. Estas leyes forman la base de la mecánica. Las leyes describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y los movimientos experimentados por estas fuerzas. Las tres leyes son las siguientes:

    1. Si un objeto no experimenta fuerza neta, su velocidad permanecerá constante. El objeto está en reposo y la velocidad es cero o se mueve en línea recta con una velocidad constante.
    2. La aceleración de un objeto es paralela y directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el objeto, está en la dirección de la fuerza neta, y es inversamente proporcional a la masa del objeto.
    3. Cuando un primer objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce simultáneamente una fuerza sobre el primer objeto, lo que significa que la fuerza del primer objeto y la fuerza del segundo objeto son iguales en magnitud y opuestas en dirección.

    La Primera Ley del Movimiento

    Lo más probable es que hayas escuchado antes la primera ley de movimiento de Newton. Si no lo has escuchado en la forma escrita anteriormente, probablemente hayas escuchado que “un cuerpo en movimiento permanece en movimiento, y un cuerpo en reposo permanece en reposo”. Esto significa que un objeto que está en movimiento no cambiará su velocidad a menos que una fuerza desequilibrada actúe sobre él. A esto se le llama movimiento uniforme. Es más fácil explicar este concepto a través de ejemplos.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\):

    Si estás patinando sobre hielo, y te alejas del costado de la pista, según la primera ley de Newton continuarás hasta el otro lado de la pista. Pero, esto en realidad no va a suceder. Newton dice que un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento hasta que una fuerza externa actúe sobre él. En este y en la mayoría de los otros casos del mundo real, esta fuerza exterior es fricción. La fricción entre tus patines de hielo y el hielo es lo que hace que disminuyas la velocidad y eventualmente te detengas.

    Veamos otra situación. Refiérase para este ejemplo. ¿Por qué usamos cinturones de seguridad? Obviamente, están ahí para protegernos de lesiones en caso de accidente automovilístico. Si un automóvil viaja a 60 mph, el conductor también viaja a 60 mph. Cuando el automóvil se detiene repentinamente, se aplica una fuerza externa al automóvil que hace que disminuya la velocidad. Pero no hay fuerza que actúe sobre el conductor, por lo que el conductor continúa viajando a 60 mph. El cinturón de seguridad está ahí para contrarrestar esto y actuar como esa fuerza externa para frenar al conductor junto con el automóvil, evitando que se lastime.

    imagen

    La primera ley de Newton: la primera ley de Newton vigente sobre el conductor de un automóvil

    Inercia

    En ocasiones esta primera ley del movimiento es referida como la ley de la inercia. La inercia es la propiedad de un cuerpo para permanecer en reposo o permanecer en movimiento a velocidad constante. Algunos objetos tienen más inercia que otros porque la inercia de un objeto es equivalente a su masa. Por ello es más difícil cambiar la dirección de una roca que de una pelota de béisbol.

    Doc Physics — Newton: La primera ley de Newton es enormemente contradictoria. Sin embargo, es posible que lo hayas aprendido en la escuela secundaria. Vamos a verlo por la conclusión alucinante que realmente es.

    La Segunda Ley: Fuerza y Aceleración

    La segunda ley establece que la fuerza neta sobre un objeto es igual a la tasa de cambio, o derivada, de su impulso lineal.

    objetivos de aprendizaje

    • Definir la Segunda Ley del Movimiento

    El científico inglés Sir Isaac Newton examinó el movimiento de objetos y sistemas físicos bajo diversas condiciones. En 1687, publicó sus tres leyes del movimiento en Philosophiae Naturalis Principla Mathematica. Las leyes forman la base de la mecánica: describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento experimentado por estas fuerzas. Estas tres leyes establecen:

    1. Si un objeto no experimenta fuerza neta, su velocidad permanecerá constante. El objeto está en reposo y la velocidad es cero, o bien se mueve en línea recta con una velocidad constante.
    2. La aceleración de un objeto es paralela y directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el objeto, está en la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa del objeto.
    3. Cuando un primer objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce simultáneamente una fuerza sobre el primer objeto, lo que significa que la fuerza del primer objeto y la fuerza del segundo objeto son iguales en magnitud y opuestas en dirección.

    La primera ley del movimiento define solo el estado natural del movimiento del cuerpo (es decir, cuando la fuerza neta es cero). No nos permite cuantificar la fuerza y aceleración de un cuerpo. La aceleración es la velocidad de cambio en la velocidad; es causada únicamente por una fuerza externa que actúa sobre ella. La segunda ley del movimiento establece que la fuerza neta sobre un objeto es igual a la velocidad de cambio de su momento lineal.

    Momentum lineal

    El momento lineal de un objeto es una cantidad vectorial que tiene tanto magnitud como dirección. Es el producto de la masa y velocidad de una partícula en un momento dado:

    \[\mathrm{p=mv}\]

    dónde,\(\mathrm{p=momentum, m=mass,}\) y\(\mathrm{v=velocity}\). A partir de esta ecuación, vemos que los objetos con más masa tendrán más impulso.

    La Segunda Ley del Movimiento

    Imagínese dos bolas de diferente masa, viajando en la misma dirección a la misma velocidad. Si ambos chocan con una pared al mismo tiempo, la bola más pesada ejercerá una fuerza mayor sobre la pared. Este concepto, ilustrado a continuación, explica la segunda ley de Newton, que enfatiza la importancia de la fuerza y el movimiento, solo sobre la velocidad. Afirma: la fuerza neta sobre un objeto es igual a la tasa de cambio de su impulso lineal. A partir del cálculo sabemos que la tasa de cambio es la misma que una derivada. Cuando tenemos el impulso lineal de un objeto obtenemos:

    imagen

    Fuerza y masa: Esta animación demuestra la conexión entre fuerza y masa.

    \[\begin{align} \mathrm{F \; } & \mathrm{=\dfrac{dp}{dt}} \\ \mathrm{F \;} & \mathrm{=\dfrac{d(m⋅v)}{dt}} \end{align}\]

    dónde,\(\mathrm{F = Force}\) y\(\mathrm{t = time}\). A partir de esto podemos simplificar aún más la ecuación:

    \[\begin{align} \mathrm{F \;} & \mathrm{=m\dfrac{d(v)}{dt}} \\ \mathrm{F \;} & \mathrm{=m⋅a} \end{align}\]

    donde, a=aceleracióna=aceleración. Como señalamos anteriormente, la aceleración es la tasa de cambio de velocidad, o velocidad dividida por el tiempo.

    Las tres leyes de la mecánica de Newton — Segunda ley — Parte 1: Aquí veremos cuántas personas pueden confundir tu comprensión de la segunda ley del movimiento de Newton a través de la supervisión, lenguaje descuidado o intenciones crueles.

    Las Tres Leyes de la Mecánica de Newton — Segunda Ley — Segunda Parte: Se investiga el equilibrio y la primera ley de Newton es vista como un caso especial de la segunda ley de Newton!

    La Tercera Ley: Simetría en las Fuerzas

    La tercera ley del movimiento establece que por cada acción, hay una reacción igual y opuesta.

    objetivos de aprendizaje

    • Definir la Tercera Ley del Movimiento

    Sir Isaac Newton era un científico de Inglaterra que estaba interesado en el movimiento de objetos bajo diversas condiciones. En 1687, publicó una obra llamada Philosophiae Naturalis Principla Mathematica, que contenía sus tres leyes del movimiento. Newton utilizó estas leyes para explicar y explorar el movimiento de los objetos y sistemas físicos. Estas leyes forman las bases de la mecánica. Las leyes describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, y el movimiento es una experiencia debido a estas fuerzas. Las tres leyes de Newton son:

    1. Si un objeto no experimenta fuerza neta, su velocidad permanecerá constante. El objeto está en reposo y la velocidad es cero o se mueve en línea recta con una velocidad constante.
    2. La aceleración de un objeto es paralela y directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el objeto, está en la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa del objeto.
    3. Cuando un primer objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce simultáneamente una fuerza sobre el primer objeto, lo que significa que la fuerza del primer objeto y la fuerza del segundo objeto son iguales en magnitud y opuestas en dirección.

    Tercera Ley del Movimiento de Newton

    La tercera ley de Newton básicamente establece que por cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Si el objeto A ejerce una fuerza sobre el objeto B, debido a la ley de simetría, el objeto B ejercerá sobre el objeto A una fuerza igual a la fuerza actuada sobre él:

    \[\mathrm{FA=−FB}\]

    En este ejemplo, F A es la acción y F B es la reacción. Usted sin duda ha sido testigo de esta ley de movimiento. Por ejemplo, tomar una nadadora que usa sus pies para empujar fuera de la pared con el fin de ganar velocidad. Cuanta más fuerza ejerce sobre la pared, más fuerte empuja. Esto se debe a que el muro ejerce sobre ella la misma fuerza que ella le fuerza. Ella empuja el muro en dirección detrás de ella, por lo tanto, el muro ejercerá sobre ella una fuerza que está en la dirección que tiene delante de ella y la impulsará hacia adelante.

    imagen

    Tercera Ley del Movimiento de Newton: Cuando un nadador empuja de la pared, el nadador está usando la tercera ley del movimiento.

    Tomemos como otro ejemplo, el concepto de empuje. Cuando un cohete se lanza al espacio exterior, expulsa gas hacia atrás a gran velocidad. El cohete ejerce una gran fuerza de retroceso sobre el gas, y el gas ejerce una fuerza de reacción igual y opuesta hacia adelante sobre el cohete, lo que hace que se lance. Esta fuerza se llama empuje. El empuje también se utiliza en automóviles y aviones.

    Tercera Ley de Newton: La afirmación más fundamental de la realidad física básica es también la que más a menudo se malentiende. Como tu mamá si tiene claro el Third de Newton. Entonces pregúntale por qué las cosas pueden moverse si cada fuerza tiene una fuerza opuesta emparejada todo el tiempo, para siempre.

    Puntos Clave

    • Las tres leyes de la física de Newton son la base de la mecánica.
    • La primera ley establece que un cuerpo en reposo permanecerá en reposo hasta que una fuerza externa neta actúe sobre él y que un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a una velocidad constante hasta que actúe sobre él por una fuerza externa neta.
    • La fuerza externa neta es la suma de todo el forzamiento que actúa sobre un objeto.
    • El hecho de que haya fuerzas que actúen sobre un objeto no significa necesariamente que haya una fuerza externa neta; fuerzas que son iguales en magnitud pero que actúan en direcciones opuestas pueden anularse entre sí.
    • La fricción es la fuerza entre un objeto en movimiento y la superficie sobre la que se mueve. La fricción es la fuerza externa que actúa sobre los objetos y hace que disminuyan la velocidad cuando ninguna otra fuerza externa actúa sobre ellos.
    • La inercia es la tendencia de un cuerpo en movimiento a permanecer en movimiento. La inercia depende de la masa, razón por la cual es más difícil cambiar la dirección de un cuerpo pesado en movimiento que cambiar la dirección de un objeto más ligero en movimiento.
    • Las tres leyes del movimiento de Newton explican la relación entre las fuerzas que actúan sobre un objeto y el movimiento que experimentan debido a estas fuerzas. Estas leyes actúan como base para la mecánica.
    • La segunda ley explica la relación entre fuerza y movimiento, a diferencia de velocidad y movimiento. Utiliza el concepto de impulso lineal para hacer esto.
    • El momento lineal\(\mathrm{p}\), es el producto de la masa\(\mathrm{m}\) y la velocidad\(\mathrm{v: p=mv}\).
    • La segunda ley establece que la fuerza neta es igual a la derivada, o tasa de cambio de su impulso lineal.
    • Al simplificar esta relación y recordar que la aceleración es la velocidad de cambio de velocidad, podemos ver que la segunda ley del movimiento es de donde proviene la relación entre fuerza y aceleración.
    • Si un objeto A ejerce una fuerza sobre el objeto B, el objeto B ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el objeto A.
    • La tercera ley de Newton se puede ver en muchas circunstancias cotidianas. Cuando caminas, la fuerza que usas para empujar del suelo hacia atrás te hace avanzar.
    • El empuje es una aplicación de la tercera ley del movimiento. Un helicóptero utiliza el empuje para empujar el aire debajo de la hélice hacia abajo y, por lo tanto, levantar del suelo.

    Términos Clave

    • inercia: Propiedad de un cuerpo que resiste cualquier cambio a su movimiento uniforme; equivalente a su masa.
    • fricción: Fuerza que resiste el movimiento relativo o tendencia a dicho movimiento de dos cuerpos en contacto.
    • movimiento uniforme: Movimiento a velocidad constante (con aceleración cero). Tenga en cuenta que un objeto en movimiento no cambiará su velocidad a menos que una fuerza desequilibrada actúe sobre él.
    • fuerza neta: La combinación de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.
    • momentum: (de un cuerpo en movimiento) producto de su masa y velocidad.
    • aceleración: La cantidad en la que aumenta una velocidad o velocidad (y así una cantidad escalar o una cantidad vectorial).
    • simetría: Correspondencia exacta a ambos lados de una línea divisoria, plano, centro o eje.
    • empuje: La fuerza generada por la propulsión, como en un motor a reacción.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

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