Estudia el movimiento de los objetos y de su respuesta a
las fuerzas. Las descripciones del movimiento comienzan con una definición
cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la
aceleración, la masa y la fuerza.
Isaac Newton demostró que la velocidad de los objetos que
caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para
objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia del
aire (rozamiento). Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa,
y relacionarlas con la aceleración.
UNIDADES DE FUERZA
Newton (unidad)
En física, un newton
o neutonio o neutón (símbolo: N) es la unidad de fuerza en el Sistema
Internacional de Unidades, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su trabajo y su extraordinaria aportación a la Física
Las leyes del movimiento de Newton
Primera ley de Newton (equilibrio)
Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo
uniforme (M.R.U. = velocidad constante) si la
fuerza resultante es nula (ver condición de equilibrio).
El que la fuerza ejercida sobre un objeto sea cero no
significa necesariamente que su velocidad sea cero. Si no está sometido a
ninguna fuerza (incluido el rozamiento), un objeto en movimiento seguirá
desplazándose a velocidad constante.
Para que haya equilibrio, las componentes horizontales de
las fuerzas que actúan sobre un objeto deben cancelarse mutuamente, y lo mismo
debe ocurrir con las componentes verticales. Esta condición es necesaria para
el equilibrio, pero no es suficiente.
1.
Condición de equilibrio en el plano: la
sumatoria de todas las fuerzas aplicadas y no aplicadas debe ser nula y, la
sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a cualquier punto
debe ser nula.
2.
Condición de equilibrio en el espacio: la sumatoria de todas las fuerzas aplicadas y no aplicadas debe
ser nula y, la sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a
los tres ejes de referencia debe ser nula.
Segunda ley de Newton (masa)
Para entender cómo y por qué se aceleran los objetos, hay
que definir la fuerza y la masa. Una fuerza neta ejercida
sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La
aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la
misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa
m del objeto. La masa es la medida de la cantidad de
sustancia de un cuerpo y es universal.
Cuando a un cuerpo de masa m se
le aplica una fuerza F se produce una aceleración a.
F = m.a
Unidades: En el Sistema Internacional de unidades (SI),
la aceleración a se mide en metros por segundo cuadrado, la masa m se mide en kilogramos, y la fuerza F
en newtons.
Tercera ley de Newton (acción y reacción)
Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza (acción o
reacción), este devuelve una fuerza de igual magnitud, igual
dirección y de sentido contrario (reacción o acción).
La tercera ley de Newton también implica la conservación
del momento lineal, el producto de la masa por la velocidad. En un sistema
aislado, sobre el que no actúan fuerzas externas, el momento debe ser
constante. En el ejemplo del adulto y el niño en la pista de patinaje, sus
velocidades iniciales son cero, por lo que el momento inicial del sistema es
cero. Durante la interacción operan fuerzas internas entre el adulto y el niño,
pero la suma de las fuerzas externas es cero.
Plano inclinado:
Fuerza normal al plano e igual pero de sentido contrario
a la componente normal al plano, de la fuerza peso.
N = cos α.m.g
FUERZA NORMAL (O N)
Se define como la
fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre la misma. Ésta
es de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, a la fuerza ejercida por
el cuerpo sobre la superficie.
Fuerza de rozamiento
Fuerza aplicada y contraria al movimiento y que depende
de la calidad de la superficie del cuerpo y de la superficie sobre la cual se
desliza.
Fr = μ.N
μ :Coeficiente de rozamiento.
Fuerza de rozamiento estática: fuerza mínima a vencer
para poner en movimiento un cuerpo.
Fuerza de rozamiento cinética: fuerza retardadora que
comienza junto con el movimiento de un cuerpo.
En el caso de deslizamiento en seco, cuando no existe
lubricación, la fuerza de rozamiento es casi independiente de la velocidad. La
fuerza de rozamiento tampoco depende del área aparente de contacto entre un
objeto y la superficie sobre la cual se desliza. El área real de contacto (la
superficie en la que las rugosidades microscópicas del objeto y de la
superficie de deslizamiento se tocan realmente) es relativamente pequeña.
Tensión de una Cuerda:
La tensión (T) es la fuerza con que una
cuerda o cable tenso tira de cualquier cuerpo unido a sus extremos.
Cada tensión sigue la dirección del cable y el mismo sentido de la fuerza que
lo tensa en el extremo contrario.
Por simplicidad, se suele suponer que las cuerdas
tienen masa despreciable y son inextensibles (no se pueden deformar), esto
implica que el valor de la tensión es idéntica en todos los puntos de
la cuerda y por tanto, las tensiones que se ejercen sobre los cuerpos
de ambos extremos de la cuerda son del mismo valor y dirección aunque de
sentido contrario.
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE:
Un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo
aislado debe mostrar todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo.
Es fundamental que el diagrama de cuerpo libre esté correcto antes de aplicar
la Segunda ley de Newton, Fext
= maEn estos diagramas, se escoge un objeto o cuerpo y se aisla, reemplazando las cuerdas, superficies u otros elementos por fuerzas representadas por flechas que indican sus respectivas direcciones. Por supuesto, también debe representarse la fuerza de gravedad y las fuerzas de friccion. Si intervienen varios cuerpos, se hace un diagrama de cada uno de ellos, por separado.
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