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Segunda Ley del Movimiento de Newton (Ley de la fuerza)

En un comienzo, Newton definió la masa como la cantidad de materia de un cuerpo. Sin embargo, con el tiempo, esto quedó mejor explicado como la medida de la inercia de un cuerpo; es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su estado.

Es importante tener claro que, a mayor masa, mayor inercia. Esto no tiene nada que ver con el peso, por el contrario, el peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo y es igual al producto de su masa y la aceleración de gravedad.

El peso variará dependiendo del lugar donde se encuentre, mientras que la masa será siempre constante, aunque cambie su forma.

La masa de un cuerpo es una magnitud escalar y una propiedad intrínseca de cada cuerpo, que no depende del medio ni de ningún agente externo, ni de ninguna fuerza aplicada. La unidad de la masa es el kilogramo (Kg) en el sistema MKS y el gramo (gr) en el sistema CGS. Características de la masa

Segunda ley de Newton
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

Todos los días se ven cuerpos que no permanecen en un estado constante de movimiento: las cosas inicialmente en reposo pueden estar más tarde en movimiento; los objetos en movimiento se pueden detener. La mayor parte del movimiento que se observa es movimiento acelerado y es el resultado de una o más fuerzas aplicadas. La segunda ley de Newton establece la relación de la aceleración con la fuerza y la inercia.

La Segunda Ley de Newton en forma resumida es:

segundaleynewton1

En notación simbólica, es simplemente:

segundaleynewton2

Esto significa que si F aumenta, a aumenta; pero si m aumenta, a decrece.

Un cuerpo se acelera en la dirección de la fuerza que actúa sobre él. Aplicada en la dirección del movimiento del cuerpo, una fuerza incrementará la rapidez del cuerpo. Aplicada en dirección opuesta, reducirá la rapidez del cuerpo. Aplicada en forma perpendicular (a un ángulo recto), desviará al cuerpo. Cualquier otra dirección de aplicación dará por resultado una combinación de desviación y cambio de rapidez.

La aceleración de un cuerpo tiene siempre la dirección de la fuerza neta

Una fuerza, en el sentido más simple, es un empuje o una tracción. Su fuente u origen puede ser gravitacional, eléctrico, magnético o simplemente esfuerzo muscular. En la segunda ley, Newton da una idea más precisa de fuerza relacionada con la aceleración que produce. Establece en efecto que fuerza es cualquier cosa que pueda acelerar un cuerpo.

Además, dice que una mayor fuerza produce mayor aceleración. Para un cuerpo dado, el doble de la fuerza da por resultado el doble de la aceleración; el triple de la fuerza, el triple de aceleración, y así sucesivamente. La aceleración es directamente proporcional a la fuerza.

La masa del cuerpo tiene el efecto opuesto. A mayor masa del cuerpo, menor aceleración. Para la misma fuerza, el doble de la masa da por resultado la mitad de su aceleración; el triple de la masa, un tercio de la aceleración. Incrementando la masa decrece la aceleración. La aceleración de un cuerpo depende entonces tanto de la magnitud de la fuerza neta como de la masa del cuerpo.

Fuerza Neta
La segunda ley de Newton relaciona la aceleración de un cuerpo con la fuerza neta y se considera cuando se ejerce más de una fuerza sobre un cuerpo.

Cuando se aplica fuerza a un objeto en la misma dirección o en direcciones opuestas, se encuentra que la aceleración del objeto es proporcional a la suma algebraica de las fuerzas. Si las fuerzas están en la misma dirección, simplemente se suman, si están en direcciones opuestas se restan.

Es la fuerza neta la que acelera las cosas. Si dos o más fuerzas tiran a cierto ángulo entre sí, de tal manera que no estén en la misma dirección ni en direcciones opuestas, se suman geométricamente.

Fricción o Roce
Siempre que se aplica una fuerza a un objeto, la fuerza neta es por lo general menor que la fuerza aplicada. Esto se debe a la fricción. La fricción es el resultado del contacto mutuo de las irregularidades en las superficies de objetos deslizantes. Las irregularidades restringen el movimiento. Incluso las superficies que parecen ser muy lisas presentan áreas irregulares cuando se les observa al microscopio. Los átomos se "enganchan" entre sí en muchos puntos de contacto.

Conforme se inicia el deslizamiento, los átomos se desprenden de una superficie y quedan adheridos a la otra. La dirección de la fuerza de fricción siempre es opuesta a la del movimiento. Así, pues para que un objeto se mueva velocidad constante, se debe aplicar una fuerza igual a la de fricción que se opone. Las dos fuerzas se cancelarán exactamente la una a la otra. Se dice que la fuerza neta es cero; en consecuencia, la aceleración es cero. ¿Qué significa aceleración cero? Que el objeto conservará la velocidad si es que la tiene, sin incrementarla ni reducirla ni cambiar de dirección. Resulta interesante el hecho de que la fuerza de fricción es apreciablemente mayor para un objeto que está a punto de iniciar su deslizamiento que cuando se está deslizando.

Leyes de Newton y caída de los cuerpos
Galileo no dijo por qué caen los cuerpos con la misma aceleración. La segunda ley de Newton explica esto. Un cuerpo que cae se acelera hacia la Tierra a causa de la Fuerza gravitacional de atracción entre ambos. La fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo se denomina peso del cuerpo. Cuando ésta es la única fuerza que actúa sobre un cuerpo se dice que el cuerpo se encuentra en un estado de caída libre.

Un cuerpo pesado es atraído hacia la Tierra con más fuerza que un cuerpo ligero. El ladrillo doble de la figura es atraído con el doble de fuerza gravitacional que uno sencillo ¿Por qué entonces, como supuso Aristóteles no cae el ladrillo doble con el doble de rapidez? La respuesta es que la aceleración de un cuerpo depende no sólo de la fuerza sino también de la masa. Mientras que la fuerza tiende a acelerar las cosas, la masa tiende a oponerse a la aceleración. Así, la acción del doble de fuerza sobre el doble de inercia produce la misma aceleración que el efecto de la mitad de la fuerza sobre la mitad de la inercia. Ambas masas se aceleran lo mismo. La aceleración debida a la gravedad es g.

La razón constante de peso sobre masa para objetos en caída libre es similar a la razón constante de circunferencia sobre diámetro para los círculos, cuyo valor es p.

La razón de peso sobre la masa es la misma tanto para los cuerpos pesados como para los ligeros, del mismo modo que la razón de circunferencia sobre diámetro es la misma tanto para los círculos grandes como para los pequeños.

Ya se han considerado los objetos que caen en el vacío, pero ¿qué hay de los casos prácticos de objetos que caen a través del aire? ¿Cómo se aplican las leyes de Newton a los objetos que caen a través del aire? La respuesta es que estas leyes tienen aplicación para todos los cuerpos que caen, sea en caída libre o en presencia de fuerzas resistivas. Las aceleraciones, sin embargo, son muy distintas para ambos casos.

Lo importante que se debe tener presente es la idea de fuerza neta. En el vacío o en casos en los que se puede despreciar la resistencia del aire, la fuerza neta es el peso, pues es la única fuerza que actúa sobre el objeto que cae. No obstante, cuando el efecto de la resistencia del aire es considerable la fuerza neta es la diferencia entre el peso y la fuerza de la resistencia del aire (R).

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