Colegio Fiscal Mixto Dr. José Vicente Trujillo
Las Leyes de Newton (Ejercicios y Aplicaciones)
Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de
Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor
parte de los problemas planteados por la mecánica, en particular,
aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los
conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el
universo. En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos:
Primera ley de Newton (ley de inercia): Todos los cuerpos se mantienen firmes y
constantes en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo
que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas.
Segunda ley de Newton: el cambio de movimiento proporcional a la fuerza, y se
hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza.
Tercera ley de Newton (ley de la acción y reacción): Esta ley afirma que cuando
uno objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto ejerce también una fuerza sobre el
primero.
Durante siglos el problema del movimiento y sus causas fue un tema central de
la filosofía natural, un primer apelativo de lo que ahora llamamos física.
(Resnick: 2000.)
Fue hasta tiempos de Galileo e Isaac Newton que el progreso fue extraordinario
debido a que se formularon tres leyes importantes por Isaac Newton conocidas
también como leyes del movimiento de Newton las cuales son: Ley de inercia, ley
de fuerza y ley de acción y reacción.
Caída de los cuerpos
En las proximidades de la superficie terrestre, la ley de Newton de la
Gravitación Universal se reduce a
siendo
Una cantidad independiente de la masa del cuerpo.
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Si suponemos que no hay otra fuerza actuando sobre la partícula, la
aplicación de la segunda ley de Newton nos da
esto es que, como ya descubrió Galileo
En ausencia de rozamiento, todos los cuerpos caen con la misma
aceleración.
Esto es, la percepción cotidiana, formulada por Aristóteles, de que los
cuerpos pesados caen más rápidamente que los ligeros no se debe a la
diferencia en sus pesos, sino a las diferentes fuerzas de rozamiento que
actúan sobre ellos.
1.1 Movimiento sin rozamiento
En ausencia de rozamiento, el movimiento de un cuerpo sometido
exclusivamente a la acción de sus peso es uno parabólico, ya que la
integración de las ecuaciones de movimiento es inmediata. De la
aceleración
resulta la velocidad
y de aquí la posición
Separando en componentes quedan las ecuaciones horarias
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Vemos que la coordenada vertical sigue un movimiento uniformemente
acelerado, mientras que las horizontales varían uniformemente.
1.2 Movimiento con rozamiento
Cuando tenemos en cuenta el rozamiento con el aire el problema se
complica bastante. En el caso realista de un objeto que se mueve por el
aire, la fuerza de rozamiento sería cuadrática
siendo
la velocidad del aire que rodea a la partícula (el viento). Esto
convierte la ecuación de movimiento en una ecuación diferencial
APLICACIONES DE LAS LEYES DE NEWTON
3.1-Aplicación de la primera ley de Newton o Ley de la inercia.
La primera ley de Newton la podríamos ejemplificar a través de un
simple ejemplo presente en nuestra vida cotidiana.
Por ejemplo una persona situada en la parte posterior de un vehículo
que recorre a una velocidad promedio de 60kms/hr. Este vehículo al
momento de virar hacia un lado, producirá que el sujeto ubicado en la
parte posterior tienda a seguir en línea recta, por lo que se moverá a
través del asiento de un lado hacia otro (como lo que nosotros conocemos
la mantequilla) se moverá de un lado hacia otro siguiendo su línea
anterior de movimiento, pero el roce de la superficie del asiento
producirá que su movimiento no se prolongue exageradamente.
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3.2-Segunda ley de Newton en Aplicación:
Un ejemplo cotidiano de lo que se conoce como segunda ley de Newton
puede ser algo tan simple como que dos sujetos, Ay B en el cual A tiene
mayor fuerza que B, y estos empujan una mesa, empujando el sujeto A
hacia el Este y el sujeto B hacia el Norte. Al sumar las fuerzas
obtendremos una resultante igual al movimiento y aceleración de la
mesa. Por lo tanto la mesa se moverá en dirección Noreste pero con mayor
inclinación hacia el Este ya que el sujeto A ejerce mayor fuerza que el
sujeto B,.
3.3- Tercera Ley de Newton en su Aplicación:
Un ejemplo para este caso puede ser un hombre que empuja una mesa. En
este caso el hombre ejerce una fuerza f1 y la mesa en este caso reacciona
y empuja a la persona con una fuerza f2. Para hacer más fácil entender
este ejemplo, imagine que el sujeto y la mesa tienen la misma masa y
están sobre una superficie lisa sin fricción, en este caso observaríamos
que tanto la mesa como la persona se pondrían en un movimiento igual
pero en sentido contrario
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