Semana del 7 al 11 enero 2019. Primera Ley de Newton

BLOQUE TEMÁTICO:	Bloque II. Leyes del movimiento
TEMA:	La explicación del movimiento en el entorno
SUBTEMAS:	• Primera ley de Newton: el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa.
APRENDIZAJES ESPERADOS	• Interpreta y aplica las Leyes de Newton como un conjunto de  reglas para describir y predecir los efectos de las fuerzas en experimentos y/o situaciones cotidianas

Biografía de Isaac Newton

Si puedes realizar este experimento de la primera ley de Newton. Preséntalo en clase para que te ganes participaciones.

 CONTENIDO

La primera Ley de Newton: el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa.

Segunda Ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad de fuerza.

Tercera Ley de Newton: la acción y la reacción . Magnitud y sentido de las fuerzas.

1. La primera Ley de Newton: el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. La inercia y su relación con la masa

Galileo Galilei fue el primer científico que descubrió completa y correctamente la caída libre de los cuerpos, así como otros movimientos.

Newton estableció lo que se conoce como las leyes de Newton y que forman la base de mecánica clásica. Estas leyes describen y predicen el movimiento de los cuerpos que nos rodean, así como el movimiento de los planetas y de los satélites en el Sistema Solar, el vuelo de los aviones, etc.

Primera Ley de Newton o ley de la Inercia:

Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo con velocidad constante, mientras no actúe sobre él una fuerza que modifique dicho estado.

Inercia. Es la propiedad de los cuerpos en permanecer en estado de reposo o de movimiento.

La inercia de un cuerpo está relacionada con la cantidad de materia que posee.

Masa. Es la cantidad de medida de la inercia de un cuerpo. Es una característica de éste, ya que no se altera si cambia su temperatura, forma o estado. Es una magnitud escalar que se puede medir en una balanza. La unidad de masa es el kilogramo (Kg).

Segunda Ley de Newton: relación fuerza, masa y aceleración. El newton como unidad de fuerza

En la vida cotidiana  también observamos que una fuerza F1 aplicada a un cuerpo origina una aceleración a1. Al duplicar la fuerza aplicada al cuerpo (2F1), se duplica la aceleración; es decir, 2a1; si se triplica la fuerza (3F1), de igual modo se triplicará la aceleración 3a1. 

Es por eso que la segunda Ley de Newton se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

F = m a

Donde:

F = fuerza (N).

m= masa (Kg).

a = aceleración (m/s²).

Si la masa de un cuerpo es constante, la aceleración que experimentará es directamente proporcional a la fuerza que le sea aplicada.

De esta misma ecuación se deduce, que para una fuerza constante, la aceleración que experimente un cuerpo dependerá de su masa, es decir, a mayor masa menor aceleración y viceversa.

De la segunda ley de Newton se concluye que un cuerpo se acelera en la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre él. Aplicada en sentido del movimiento del cuerpo, una fuerza aumentará la velocidad del cuerpo; aplicada en el sentido contrario, disminuirá la velocidad del cuerpo y aplicada en el ángulo recto (mida 90°) causará la desviación del objeto de su movimiento inicial.

Al considerar la segunda Ley de Newton destacan tres palabras importantes:

Resultante: Son la suma de los vectores y la aceleración del cuerpo se debe entonces a la fuerza resultante o fuerza neta aplicada.

Externo: El cuerpo es el sistema y el resto es el entorno. La aceleración de un cuerpo depende solamente de las fuerzas externas que actúan sobre él.

Sobre: Señala que la aceleración de un cuerpo se debe a las fuerzas ejercidas sobre él  y no a las fuerzas ejercidas por él.

Recordando:

                        a= Vf - Vi

                           t

Tercera Ley de Newton:

A toda fuerza de acción le corresponde una reacción de igual magnitud y dirección, pero dirigida en sentido contrario.

Importancia y limitaciones de las leyes del movimiento de Newton:

• Primera es la idea natural de un cuerpo; así un cuerpo se encuentra en su estado natural cuando se halla en reposo o cuando se mueve a velocidad constante.

Todo cambio en la velocidad  de un cuerpo no es natural requiere una fuerza externa.

• Establece lo que hará un cuerpo siempre y cuando conozcamos sus condiciones iniciales, su masa y la fuerza neta que actúa sobre él.

Sin embargo, estas son inadecuadas a los fenómenos atómicos que ocurren a velocidades cercanas a la de la luz 3x10⁸ m/s.

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 Ejemplo de la primera Ley de Newton

En el siguiente video, podemos ver que los objetos en la estación espacial internacional permanecen en reposo o continúan con velocidad constante relativa a la estación espacial hasta que son sujetos a alguna fuerza.

[Espera, ¿no hay gravedad en la estación espacial?]

La idea de que los objetos solo cambian su velocidad debido a una fuerza, está englobada en la primera ley de Newton.

Primera ley de Newton: un objeto en reposo permanece en reposo o, si está en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él.

Observa el uso repetido del verbo "permanece". Podemos pensar esta ley como la que preserva el estado actual del movimiento. La primera ley de movimiento de Newton establece que debe haber una causa —que es una fuerza externa neta— para que haya un cambio en la velocidad, sea en magnitud o en dirección. Un objeto deslizándose a lo largo de una mesa o del piso pierde rapidez debido a la fuerza neta de fricción que actúa sobre él. Pero en una mesa de hockey de aire, donde el aire mantiene el disco separado de la mesa, el disco continúa moviéndose aproximadamente a velocidad constante hasta que una fuerza actúa sobre él, como cuando golpea algún lado de la mesa.

Pregunta reto

Un elevador está siendo jalado hacia arriba a una velocidad constante por un cable, como se muestra en el siguiente diagrama. Mientras el elevador se mueve hacia arriba con una velocidad constante, ¿cómo se compara la magnitud de la fuerza hacia arriba ejercida por el cable $\redD{F_c}$ con la magnitud de la fuerza hacia abajo $\greenD{F_g}$ sobre el elevador debida a la gravedad?

a. $\redD{F_c}$ es mayor que $\greenD{F_g}$.
b. $\redD{F_c}$ es igual que $\greenD{F_g}$.
c. $\redD{F_c}$ es menor que $\greenD{F_g}$.
d. $\redD{F_c}$ podría ser mayor o menor que $\greenD{F_g}$, dependiendo de la masa del elevador.