Tercera Ley del Movimiento de Newton

Tercera Ley del Movimiento de Newton
¿De dónde provienen de las fuerzas? Las observaciones indican que
una fuerza que se ejerce sobre un cuerpo siempre sera aplicada por
otro cuerpo. Un martillo golpea un clavo y una persona empuja un
carrito de supermercado. Newton se dio cuenta de que las fuerzas no
provienen de un solo lado. Cuando el martillo ejerce una fuerza sobre
el clavo, el clavo también ejerce una fuerza sobre el martill, después
de todo, el martillo se queda en reposo después de la interacción. Esto
conduce a la tercera ley del movimiento de Newton, que dice que
cada vez que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el
segundo objeto ejerce también una fuerza sobre el primer objeto, igual
en magnitud y opuesta en dirección.
Un punto importante que hay que recorder es que las dos fuerzas
provienen de diferentes objetos, nunca de uno solo. Es frecuente el
caso de que uno de los objetos se mueve como resultado de la fuerza
aplicada, pero el movimiento del otro objeto en la dirección opuesta no
es aparente. Considere la situación en la que un patinador de hielo
está de pie en el borde de la pista de patinaje y se aferra a la baranda.
Si el patinador ejerce una fuerza sobre el riel, el riel se mantiene en su
lugar con gran fricción y, por lo tanto, no se moverá de una forma
notable. El patinador, por otro lado, tiene poca fricción con el hielo, y
por lo tanto se acelerará en la dirección opuesta de su punto original.
Este es el proceso que la gente utiliza para saltar en el aire. Los pies
de la persona ejercen una fuerza sobre el suelo y el suelo ejerce una
fuerza igual y opuesta en los pies de la persona. La fuerza que se
encuentra en los pies es suficiente como para elevar a la persona por
encima del piso. En cambio, la fuerza sobre el suelo tiene poco efecto,
porque el suelo es muy grande. Una de las aceleraciones es visible,
pero la otra no es visible.
Un caso en el que el movimiento de reacción, causado por la fuerza de
reacción, es visible, es cuando una persona lanza un objeto pesado
fuera de un pequeño bote, como una canoa. El objeto se acelera en
una dirección y el barco se acelera en la dirección opuesta. En este
caso, tanto el movimiento del objeto es visible y el movimiento de la
embarcación en la dirección opuesta también es visible.
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Ecuaciones claves
Marco Teórico
La tercera ley de Newton establece que para cada fuerza existe una
fuerza de reacción igual pero opuesta. Para distinguir estas dos fuerzas
se deben seguir estas tres reglas: (1) Deben tener el mismo tipo de
fuerza. (2) Deben ser dos objetos diferentes. (3) Ambas son iguales en
magnitud y con sentido opuesto. Ejemplo: Se coloca un bloque en una
mesa. La gravedad de la Tierra sobre el bloque y la fuerza de la tabla
sobre bloque son iguales y opuestas. Pero estos no son fuerzas de
la tercera ley, ya que ambos son el mismo objeto y las fuerzas son
de diferentes tipos. Para que estas fuerzas pertenezcan a la tercera ley
deben ser del siguiente modo: (1) La gravedad de la Tierra sobre el
bloque / la gravedad del bloque sobre la tierra, y (2) Que la mesa
empuje al bloque / que el bloque empuje la mesa.
Ejemplo 1
Pregunta : Tom y Mary están de pie sobre sus patinetas de manera
idéntica. Tom y Mary se empujan el uno del otro y se desplazan en
direcciones opuestas.
a) Si Tom
más lejos?
y Mary
tienen masas idénticas, quién avanzará
b) Si Tom tiene una masa mayor que la de María, quién avanzará más
lejos?
c) En el caso de que Tom y Mary tuvieran masas idénticas y Tom
empuja a Mary el doble de fuerte, quién avanzaría más lejos?
Solución
a) Ninguno de los dos. Tanto Tom y María viajan a la misma distancia.
La fuerza aplicada a cada persona es la misma (la tercera ley de
Newton). Así que:
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Ambas personas se desplazarán a la misma distancia, porque la
aceleración controla hasta qué punto alguien va a viajar y Tom y Mary
tienen igual aceleración.
b) Mary irá más lejos. Una vez más, la misma fuerza se aplica tanto a
Mary como a Tom.
Debido a que Tom posee mayor masa, su aceleración debe ser más
pequeña (la aceleración y la masa son inversamente proporcional). Por
el contrario, como la aceleración de María es mayor, ella viajará más
lejos.
c) Ninguno. La tercera Ley de Newton dice que por cada acción hay
una reacción igual y opuesta. Por lo tanto, si Tom empuja el doble de
duro que Maria, Maria se desplazará con la misma fuerza. Ambos
avanzarán la misma distancia.
Ejercicios
Usted está de pie sobre una báscula de baño. ¿Se puede reducir su
peso tirando de sus zapatos hacia arriba? (Pruebe.)
1)Un Bug VW choca de frente con un camión. Cada vehículo iba a 50
MPH.
a)¿Cuál vehículo experimenta la mayor fuerza?
b)¿Cuál experimenta la mayor aceleración? Explique brevemente.
2)Analice la siguiente situación: un niño grande empuja a un niño
pequeño dentro de un vagón. Se puede observas que hay varias
fuerzas actuando. Ahora bien, pensemos en lo que sucede en el
momento en el que el vagón empieza a moverse.
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a)Primero, dibuje el diagrama de cuerpo libre del niño grande. Incluya
todas las fuerzas que se pueda imaginar, incluyendo fricción. Luego
haga lo mismo con el niño pequeño.
b)Identifique todos los pares de fuerza según la tercera ley de Newton.
Indique que fuerza ajena actua sobre ambos cuerpos.
c)Explique que condiciones se necesitarían para que ambos cuerpos se
muevan hacia delante.
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