Segunda Ley de Newton

Published On Dec-12-2017

Transcripción

Analicemos ahora la Segunda Ley del Newton. Dicha ley define matemáticamente la fuerza, de una manera concisa y sencilla. Conocer esta ley nos permite realizar cálculos con cualquier objeto en movimiento que involucre aceleración, fuerza y masa.

Consideremos el siguiente ejemplo. Un trineo cargado con leña reposa sobre la nieve.

Figura 3.7: Representación gráfica del problema

La gravedad de la Tierra hace que el trineo experimente una fuerza hacia abajo (G). Esto hace que el trineo no flote en el aire. Asimismo, una fuerza (N) con igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto a la fuerza rotulada como G, se opone a esta última. Así, el trineo se mantiene sobre el suelo y no se hunde en él.

A este conjunto de objetos y fuerzas, denominaremos “sistema”. Cualquier fuerza adicional a esta, será una fuerza ajena al sistema.

Consideremos ahora el siguiente escenario: una persona empuja el trineo desde atrás, moviéndolo hacia adelante. La fuerza F aplicada por el sujeto es una fuerza ajena al sistema. Al mismo tiempo, se presenta una fuerza (F_r) que representa la fricción que se opone al movimiento del trineo. Al incluir fuerzas externas, se suele ignorar la acción de las fuerzas internas del sistema. Esto responde a motivos de simplicidad, pues las fuerzas internas no afectarán el desplazamiento del objeto.

Volviendo al ejemplo, al aplicar una fuerza externa, también se genera una aceleración (a). En este punto, el trineo se mueve hacia adelante.

Figura 3.8: Fuerza externa actuando sobre el sistema

Como podremos imaginar, cuanto mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la aceleración que experimenta el objeto. De una manera similar, cuanto mayor sea la masa del objeto, menor será la aceleración, si mantenemos la fuerza constante.

Por medio de experimentos se ha determinado que dichas relaciones son lineales. Asimismo, se ha podido comprobar que la aceleración depende únicamente de estos dos factores: la fuerza aplicada y la masa del objeto. Al expresar esto en una fórmula, obtenemos la Segunda Ley de Newton.

Figura 3.9: Relación entre aceleración, fuerza y masa

Esta fórmula se suele presentar de una manera más sencilla: la masa pasa a multiplicarse por la aceleración.

Figura 3.10: Segunda Ley de Newton

¿En qué unidad se mide la fuerza? Observemos de nuevo la Segunda Ley de Newton (Figura 3.10). La masa se mide en kilogramos, mientras que la aceleración se mide en metros sobre segundo al cuadrado. Por lo tanto, al multiplicarlas obtenemos kilogramos por metro sobre segundo al cuadrado.

Figura 3.11: La unidad Newton

A esta unidad se le conoce como Newton. Un Newton equivale a la fuerza necesaria para acelerar un kilogramo a un ritmo de un metro por segundo al cuadrado.

A modo de referencia, la aceleración causada por el campo gravitacional de la Tierra es de 9.81 metros sobre segundo al cuadrado, mientras que la de la Luna es de 1.67.

Figura 3.12: Aceleración gravitacional de la Tierra y la Luna

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