Semana del 13 al 17 Noviembre 2017

Lección 2: Segunda ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad de fuerza

Aun sin medir con precisión la intensidad de la fuerza que tus músculos pueden desarrollar, la experiencia te dice que la misma fuerza de un empujón puede tirar un librero pequeño

de 50 kg y apenas mover uno grande de 150 kg. Es decir, la fuerza de un mismo empujón puede provocar un cambio distinto en el estado de movimiento de cada mueble. En el caso del mueble grande, el efecto es prácticamente nulo; en cambio, el mueble pequeño puede ser hasta derribado. Ello debido a  que los dos muebles tienen distinta masa. Si en lugar de aplicar la misma fuerza a dos muebles diferentes, se le aplican dos fuerzas distintas a un solo mueble (el librero de menor tamaño, por ejemplo), la fuerza mayor cambiará más su estado de movimiento que la fuerza pequeña.

Por la ley de la inercia, un objeto que está en reposo o que se está moviendo tiende a permanecer en ese estado. Pero entonces, ¿qué lo hace cambiar su estado de movimiento? La respuesta radica en la acción de una fuerza neta. Como ya se ha señalado, la física requiere mediciones y relaciones entre las cantidades involucradas en un fenómeno. En este caso, el efecto de una fuerza que actúa sobre un objeto consiste en llevarlo de una velocidad cero (estado de reposo) a una velocidad final en cierto tiempo, es decir, provocar su aceleración.

Si aumentamos esta fuerza, aumentará la aceleración producida. Además, la misma fuerza aplicada a dos objetos originalmente en reposo, de  masa, producirá velocidades finales diferentes en el mismo periodo, es decir, aceleraciones distintas.

Considera esta información.  misma fuerza aplicada a dos objetos de diferente masa durante el mismo intervalo provoca una aceleración distinta. A mayor masa, menor aceleración. Dos fuerzas

distintas aplicadas en diferentes momentos a un mismo objeto durante el mismo intervalo, provocan distintas aceleraciones. A mayor fuerza, mayor aceleración.

Estos resultados, es decir, que la aceleración que una fuerza dada produce sobre un cuerpo de cierta masa es directamente proporcional a la fuerza aplicada, e inversamente proporcional a la masa del cuerpo en cuestión, se resumen en la llamada segunda ley de Newton, que podemos enunciar como sigue: si una fuerza resultante actúa sobre un cuerpo de masa dada, el efecto que producirá es el de acelerar el cuerpo en la misma dirección que 

la fuerza. La magnitud de la aceleración del cuerpo será directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. Si se escogen las 

unidades adecuadas, esto se puede expresar matemáticamente como

a =F/m 

o despejando la fuerza

F =m*a

En el bloque anterior se dijo que la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades es el newton (N), pero no se definió. Ahora se puede hacer a partir de la segunda ley de Newton como

1 N=(1 kg)*(1m/s2)

Ya estás listo para  problemas que ejemplifican esta ley del movimiento. Si conoces  masa de un objeto, por ejemplo, 10 kg y la aceleración producida, que es de 5 m/s2, sabrás que la fuerza neta que actuó debe de ser

F= m+a =(10kg)*(5 m/s2)= 50N

Sin embargo, es muy importante tener en cuenta que la fuerza en la segunda ley de Newton es la resultante de las fuerzas que actúan sobre el objeto. Considera otro problema. Se coloca una caja con una masa de 5 kg sobre una mesa rugosa, como lo indica la figura. Si se le aplica una fuerza de 50 N hacia la izquierda, la 

caja no se moverá. Si se le aplica una fuerza cada vez mayor hasta que su valor sea de 75N, la caja empezará a moverse. Esto significa que la fuerza de fricción que se oponía al movimiento

era precisamente de 75N y estaba  hacia la derecha. En este caso, la fuerza de fricción por sí sola no provoca cambios de movimiento. 

Ahora imagina que se aplican 100N. ¿Cuál será la aceleración producida? Lo primero es calcular la fuerza resultante. Para ello, 

debemos restarle la fuerza de fricción a la fuerza aplicada, quedando 25 N hacia la izquierda. 

De la segunda ley de Newton se concluye que la aceleración de la caja es igual a

La primera ley de Newton establece que se requiere una fuerza para cambiar el estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme de un objeto. También permite definir la inercia, la cual es una medida de la resistencia que presentan los cuerpos a los cambios en su estado de movimiento. Igualmente, al discutir la primera ley de Newton se explicó la relación entre inercia y masa. En el caso de la segunda ley de Newton se ha establecido una relación causal entre la fuerza y su efecto sobre el objeto (la aceleración), y una manera de cuantificar este efecto al considerar» la masa del objeto.

En resumen, la segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto es producida por una fuerza neta y es proporcional a la magnitud de la fuerza y en su misma dirección, y es inversamente proporcional a la masa del objeto. Ahora ya te debe quedar claro por qué un mismo empujón causa un efecto diferente en un objeto menos masivo que en uno de mayor masa.

• Segunda ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA VER VIDEO La segunda ley del movimiento de Newton dice 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.6 Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.