GUIA 21. Leyes de Newton

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Los principios de Newton En este captulo estudiaremos los principios de Newton y los efectos que producen las fuerzas en el movimiento. Los principios propuestos por este importante cientfico ingls son tres: El de inercia, el de masa y el de accin y reaccin. En el estudio de las fuerzas y sus efectos, la masa (m) es una nocin fundamental para dar cuenta de las leyes que rigen los movimientos. Recuerda que la masa puede ser expresada en kilogramos (kg) o gramos (g), y no es lo mismo que el peso, que tal como veremos es una fuerza, la fuerza de gravedad (Fg).

Inercia Respecto del principio de inercia lo ms importante es reconocer que si la fuerza total que acta sobre un cuerpo es cero, entonces dicho cuerpo est detenido o bien posee un movimiento uniforme y rectilneo; es decir, contrariamente a las nociones tradicionales, no es necesaria la accin permanente de una fuerza para que un cuerpo se est moviendo. Muchos hechos cotidianos son consecuencia de esta ley. Por ejemplo, cuando estamos viajando en un automvil y este cambia su velocidad, frenando, acelerando o virando, nuestro cuerpo intenta seguir viajando con la velocidad que tenamos y en la misma direccin y sentido. El viajero del vehculo, cuando este frena, siente como si algo lo empujara hacia delante; cuando el auto acelera, como si algo lo empujara hacia atrs y, cuando el auto dobla a la derecha, como si algo lo empujara hacia la izquierda. Evidentemente, en ninguno de estos casos hay algo que lo empuje, son sensaciones producto de la tendencia de nuestro cuerpo de seguir movindose del modo como vena hacindolo.

Experimentando con la inercia Coloca un lpiz o una goma de borrar (o ambos) sobre una hoja de papel. Toma la hoja y deslzala lentamente sobre la mesa. La goma y el lpiz se movern con ella. Tira ahora la hoja lo ms rpidamente que puedas, qu ocurre? La goma y/o el lpiz se quedarn prcticamente en el mismo lugar. Del mismo modo algunos magos sacan el mantel de una mesa sin que se muevan las copas, platos y jarrones. El truco es aplicar el principio de inercia. Para dejar sorprendido a los espectadores, la situacin debe cumplir dos condiciones: la masa de los objetos que estn sobre el mantel no puede ser muy pequea, y el roce entre los objetos y el mantel no debe ser muy grande.

Aceleracin y masa

En el segundo principio de Newton, tambin conocido como el principio de masa, lo importante es advertir que cuando sobre un cuerpo acta una fuerza neta (F) diferente de cero, entonces el cuerpo experimenta una aceleracin (a) cuyo valor est dado por:

a=F

m

Donde m es la masa del cuerpo y F es la fuerza neta que acta sobre l. De la anterior expresin tenemos que:

F =m.a (1)

es decir,la aceleracin que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que acta sobre l e inversamente proporcional a su masa. Dicho de otro modo, mientras mayor sea la fuerza sobre un cuerpo, mayor aceleracin experimentar y, por otra parte, una misma fuerza producir mayor aceleracin, mientras menor sea la masa del cuerpo sobre el que acta.

La expresin matemtica de este principio (1) define el concepto de fuerza e incluye al principio de inercia. En efecto, si F = 0, necesariamente a = 0; es decir, no hay aceleracin y, por lo tanto, o est en reposo, o bien se mueve con velocidad constante.

De la expresin (1) vemos que la unidad de fuerza debe ser igual al producto entre una unidad de masa y una de aceleracin. En el Sistema Intencional (S.I) de unidades las fuerzas se miden, entonces, en kgm/s2, unidad que se denomina newton.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que las fuerzas poseen una direccin y sentido en el espacio, las cuales dependen de la aceleracin. Por ejemplo, un automvil viaja en la direccin norte-sur, con el sentido hacia el norte, como se indica en la figura:

Si el vehculo tiene aceleracin positiva, es decir, est aumentando su velocidad, entonces la fuerza que acta sobre l est tambin dirigida hacia el norte. Pero si su aceleracin es negativa, es decir est, reduciendo su velocidad (o va frenando), entonces la fuerza que acta sobre l est actuando hacia el sur.

Accin y Reaccin En el tercer principio el de accin y reaccin es importante darse cuenta de varios aspectos. Primero, que la fuerza que acta sobre un cuerpo necesariamente la est aplicando otro cuerpo; es decir, que las fuerzas se originan cuando los objetos interactan entre s. Si designamos por A y

B a un par de cuerpos que interactan, entonces si es la fuera que A le aplica a B, entonces

B aplica simultneamente a A la fuerza , de igual magnitud, en la misma direccin que

, pero en sentido opuesto. Matemticamente podemos escribir: . Por ltimo, no hay que olvidar que las fuerzas que constituyen un par del tipo accin y reaccin, a pesar de las caractersticas antes sealadas, no se anulan entre s, pues actan sobre cuerpos distintos. Estos tres principios de Newton tienen muchas consecuencias y explican varios hechos que debes comprender. Podemos diferenciar las fuerzas segn el tipo de interaccin en que se originan. Hay varias muy importantes en fsica: las elctricas, las magnticas, las nucleares, etc. A continuacin nos referiremos a dos: la fuerza de gravedad (o peso) y a la fuerza de roce.