El científico inglés Sir Isaac Newton (1642-1727) publicó en 1687 su famosa obra “Principios matemáticos de filosofía natural”, también conocida como Principia. En esta obra, Newton estableció tres leyes fundamentales que describen las relaciones entre las fuerzas y sus efectos dinámicos, conocidas como las leyes de la dinámica. Estas leyes se basaron en los estudios previos realizados por Galileo y Descartes.
La segunda ley de Newton, también conocida como el principio fundamental, es una de las leyes fundamentales que rigen el movimiento de los objetos. Esta ley establece que la aceleración experimentada por un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada sobre él e inversamente proporcional a su masa. En otras palabras, cuanto mayor sea la fuerza aplicada sobre un objeto y menor sea su masa, mayor será la aceleración resultante.
Además, esta ley nos permite entender cómo actúan las fuerzas en sistemas más complejos. Por ejemplo, si varias fuerzas actúan simultáneamente sobre un objeto, podemos sumar algebraicamente todas estas fuerzas para obtener una única “fuerza resultante”. Luego podemos utilizar esta nueva magnitud junto con el valor de masa del objeto para determinar su aceleración.
La segunda ley de Newton, también conocida como principio fundamental, establece que las fuerzas que actúan sobre un objeto determinan su aceleración. En otras palabras, cuanto mayor sea la fuerza aplicada a un cuerpo, mayor será la aceleración que experimente. Este principio es ampliamente reconocido y utilizado en el campo de la física para comprender cómo los objetos se mueven y responden a las fuerzas externas.
En esta sección nos adentraremos en el análisis de la segunda ley de Newton y descubriremos que la versión anterior, aunque útil, no es su forma general. Abordaremos los siguientes puntos:
La Fuerza Segunda Ley de Newton se refiere a la relación entre la fuerza aplicada sobre un objeto y su aceleración resultante. Esta ley establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.
Para comprender mejor esta ley, podemos generalizarla mediante una definición diferencial. Además, también podemos particularizarla en el caso específico en el que la masa del objeto permanece constante.
Contents
Concepto
Imaginemos dos objetos, A y B, que tienen la misma masa y se desplazan a la misma velocidad sobre dos superficies horizontales diferentes. Después de un tiempo, el objeto A se detiene primero y luego le sigue el objeto B. A pesar de que ambos objetos tenían la misma cantidad de movimiento inicial, el objeto A lo pierde antes que el objeto B. Por lo tanto, podemos concluir que la fuerza o interacción entre los objetos y el suelo es mayor en el caso del objeto A en comparación con el objeto B.
En el experimento, observamos que al lanzar una bola sobre una superficie rugosa como la hierba, ésta se detiene antes en comparación con cuando la lanzamos sobre una superficie lisa como el hielo. Esto nos lleva a suponer que la interacción entre la pelota y la superficie, que es responsable de reducir su cantidad de movimiento, es mayor en el caso de la hierba.
Si afirmamos que la fuerza es la medida de la interacción, podemos llegar a comprender mejor lo que establece la segunda ley de Newton.
La visión de Newton sobre la segunda ley
A pesar de esto, la definición clara y precisa de fuerza se establece a través de la segunda ley de Newton. Esta ley establece que cuando un cuerpo tiene una masa y experimenta una aceleración, el producto entre su masa y su aceleración es proporcional a la magnitud de la fuerza que actúa sobre él.
– La definición explícita de fuerza se basa en la segunda ley de Newton.
– Según esta ley, el producto entre la masa y la aceleración del cuerpo es proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada.
1. La definición explícita se encuentra enunciada por medio de las leyes físicas.
2. La segunda ley de Newton permite entender cómo se relacionan masa, aceleración y fuerza.
3. El producto entre masa y aceleración determina cuánto vale una fuerza aplicada sobre un objeto.
4. Cuanto mayor sea este producto, mayor será también la magnitud o intensidad con que actúa dicha fuerza sobre el cuerpo.
5. De esta manera, podemos comprender mejor cómo interactúan los objetos en nuestro entorno físico.
Definición
La segunda ley de Newton, también conocida como principio fundamental, establece que la velocidad con la que cambia el momento lineal es igual a la suma de las fuerzas que actúan sobre un objeto.
La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en un determinado intervalo de tiempo se representa como ∑ F →. Esta cantidad se mide en newtons, la unidad del Sistema Internacional (S.I.). Por otro lado, ∆ p → representa el cambio en el momento lineal del cuerpo durante ese mismo intervalo de tiempo. Se puede calcular restando el valor final del momento al valor inicial: ∆ p → = p → f – p → i. Cabe recordar que el momento lineal (p) es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad (v): p → = m · v →. La unidad de medida para ∆ p → es kg·m/s, también perteneciente al S.I. Además, Δt simboliza el intervalo de tiempo considerado y se expresa en segundos según el S.I..
Esta ley, conocida como la Segunda Ley de Newton, establece una relación matemática entre las fuerzas y los efectos que generan. Es un principio fundamental en la resolución de problemas relacionados con la dinámica.
Cuando empujas un objeto, como una caja, ejerciendo una fuerza constante sobre él, su momento lineal aumenta. Este aumento se representa mediante una flecha naranja. Es importante tener en cuenta que si la masa del objeto se mantiene constante, el incremento en el momento lineal resultará en un aumento de su velocidad, ya que v = m·v.
Definición diferencial
En la fórmula anterior, estamos asumiendo que la fuerza total se mantiene constante durante el intervalo de tiempo Δt. Sin embargo, en casos donde esto no sucede, esta fórmula nos dará un promedio de la fuerza total. Por lo general, las fuerzas no son constantes a lo largo de todo el intervalo de tiempo, por lo tanto es útil tener una ecuación que nos permita determinar la fuerza en un momento específico del tiempo.
Podemos determinar la fuerza total en un instante específico al calcular la fuerza entre dos instantes de tiempo muy cercanos, donde el intervalo tiende a cero. Este proceso es similar al que seguimos para obtener la velocidad o aceleración instantáneas.
Es importante tener en cuenta que la segunda ley de Newton es aplicable únicamente en sistemas de referencia inerciales. Sin embargo, cuando nos encontramos en sistemas de referencia no inerciales, es necesario considerar las fuerzas ficticias o fuerzas inerciales.
Masa Inalterada
Cuando un objeto interactúa con otro y su masa no cambia, se aplica la conocida ecuación que aprendimos en el nivel anterior: F = m · a. Ahora vamos a analizar esto más detalladamente.
La Fuerza Segunda Ley de Newton establece que la suma de todas las fuerzas aplicadas sobre un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración. En otras palabras, si se aplica una fuerza neta sobre un objeto, este experimentará una aceleración proporcional a dicha fuerza y inversamente proporcional a su masa. Esta relación matemática nos permite entender cómo los objetos se mueven y cambian su velocidad en respuesta a las fuerzas que actúan sobre ellos.
La ecuación fundamental de la dinámica de traslación es conocida como la expresión anterior.
La segunda ley de Newton nos dice que cuando aplicamos una fuerza a un objeto, este experimentará una aceleración. Esto significa que su estado de reposo o movimiento cambiará. En otras palabras, si la fuerza resultante sobre un cuerpo no es cero, este se moverá o cambiará su velocidad.
En la segunda ley de Newton, se utiliza el símbolo ∑ F → para representar la fuerza total que actúa sobre un cuerpo. Esta fuerza se mide en newtons en el Sistema Internacional (S.I.). La letra m representa la masa del cuerpo, que se considera constante y se mide en kilogramos (kg) en el S.I. Por último, la letra a → representa la aceleración del cuerpo, medida en metros por segundo al cuadrado (m/s^2) en el S.I.
En ciertas ocasiones, puede ser útil descomponer la expresión anterior en las componentes cartesianas (o en cualquier otro sistema de coordenadas).
La segunda ley de Newton establece que la suma de todas las fuerzas en la dirección x es igual a la masa multiplicada por la aceleración en esa misma dirección. Lo mismo ocurre para las direcciones y y z. En otras palabras, podemos decir que cuando se aplica una fuerza sobre un objeto, este experimentará una aceleración proporcional a su masa.
En ocasiones, también se pueden observar efectos en las partes internas del sistema. Esto implica que existen componentes intrínsecas que influyen en la fuerza total experimentada por el objeto.
Por otro lado, Newton llegó a esta conclusión tras realizar una serie de experimentos en los que pudo comprobar que:
Cuando se aplica una fuerza a objetos de diferentes masas, se obtienen aceleraciones distintas. La magnitud de la fuerza está directamente relacionada con la aceleración que experimenta el objeto, y esta relación depende de la masa del objeto en cuestión.
La segunda ley de Newton establece que la fuerza resultante aplicada a un cuerpo y la aceleración resultante en él tienen la misma dirección y sentido. Sin embargo, se diferencian en una constante de proporcionalidad: la masa del cuerpo. Por lo tanto, si el vector fuerza resultante es el doble del vector aceleración, podemos determinar que la masa de la caja es de 2 kg.
En la segunda ley de Newton, se especifica cuánta inercia tiene un cuerpo a través de su masa. La masa es una medida que indica la cantidad de resistencia al cambio en el movimiento que posee un objeto.
Podemos notar que la segunda ley de Newton incluye a la primera ley como un caso especial. De hecho, cuando…
La segunda ley de Newton nos dice que si no hay una fuerza neta actuando sobre un objeto, este mantendrá su velocidad constante. Esto se conoce como el principio de conservación del momento lineal.
La segunda ley de Newton nos brinda una relación entre las fuerzas y la aceleración, pero no especifica qué factores influyen en estas fuerzas. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria depende de las masas y distancias involucradas, mientras que la fuerza elástica está determinada por las características de un resorte y su elongación. En el próximo apartado exploraremos algunas de estas causas y sus aplicaciones correspondientes.
Si tenemos la ecuación de trayectoria de un cuerpo, que es r → = t 2 i → – 5 t j → – 2 t 2 · k → , y sabemos que su masa es de 4 kg, podemos determinar la fuerza que lo está impulsando.
¿Qué dice la segunda ley de Newton con ejemplos?
La segunda ley del movimiento de Newton nos dice cómo se relacionan la fuerza, la masa y la aceleración de un objeto. Si aplicamos una fuerza grande sobre un objeto pequeño, este experimentará una aceleración grande. Por ejemplo, si empujamos con mucha fuerza a una pelota pequeña, esta se moverá rápidamente en la dirección en que aplicamos la fuerza.
Por otro lado, si aplicamos una fuerza pequeña sobre un objeto enorme, como empujar suavemente un auto pesado, el resultado será muy poca aceleración. Esto significa que el auto no se moverá mucho o incluso puede que ni siquiera se mueva.
Es importante destacar que tanto la fuerza como la aceleración actúan en la misma dirección. Esto quiere decir que si empujamos hacia adelante a un objeto, este también se moverá hacia adelante. De igual manera, si tiramos hacia atrás a un objeto, este retrocederá en esa dirección. La relación entre estas dos magnitudes es fundamental para entender cómo los objetos responden ante las diferentes acciones físicas que les afectan.
Ley de Newton: La Fuerza Segunda Ley
La segunda ley de Newton nos ayuda a establecer la unidad de fuerza en el Sistema Internacional, conocida como newton. Esta ley es fundamental para comprender cómo los objetos se mueven cuando se les aplica una fuerza.
La Fuerza Segunda Ley de Newton establece que un newton es la fuerza necesaria para acelerar un objeto de 1 kg a una velocidad de 1 m/s^2. En Chile, se abrevia como N.
Definición de fuerza
En física, la fuerza es una medida de la intensidad con la que dos objetos intercambian impulso. Es una magnitud vectorial, lo que significa que tiene dirección y magnitud. La fuerza puede hacer que un objeto se mueva o cambie su velocidad o dirección.
La segunda ley de Newton establece cómo se relaciona la fuerza con el movimiento de un objeto. Según esta ley, cuando se aplica una fuerza a un cuerpo, este experimentará una aceleración proporcional a dicha fuerza e inversamente proporcional a su masa. Esto significa que cuanto mayor sea la fuerza aplicada sobre un objeto, más rápido cambiará su velocidad.
Para entenderlo mejor, podemos imaginar empujar un carro vacío y luego empujar otro carro lleno de cosas pesadas. El segundo carro será más difícil de mover porque tiene más masa y requerirá una mayor cantidad de fuerza para lograr el mismo cambio en su movimiento.
Tipos de fuerza
La Fuerza Segunda Ley de Newton se puede clasificar en diferentes tipos. Por un lado, tenemos la fuerza estática, que es aquella que actúa sobre un objeto en reposo y no logra moverlo. Por otro lado, encontramos la fuerza dinámica, que es aquella que produce el movimiento de un objeto.
Además, existe la fuerza máxima, que representa el valor máximo alcanzado por una fuerza determinada. También está presente la fuerza explosiva, que se refiere a una gran cantidad de energía liberada repentinamente.
Por otro lado, encontramos la fuerza de resistencia, que es aquella oposición al movimiento ejercida por un medio o superficie sobre un objeto en movimiento. Esta puede ser causada por factores como el rozamiento o el arrastre del aire.
Finalmente, podemos hablar de las categorías de fuerzas absolutas y relativas. Las primeras son independientes del punto de referencia elegido para medirlas y siempre tienen el mismo valor numérico. En cambio, las segundas dependen del punto desde donde se mide y pueden variar su magnitud según este punto.
P.S.: La comprensión y aplicación adecuada de los conceptos relacionados con las diferentes formas de fuerzas nos permite entender mejor cómo interactúan los objetos entre sí y cómo influyen estas interacciones en sus movimientos.
P.S.: Es importante tener en cuenta estos distintos tipos de fuerzas al estudiar fenómenos físicos cotidianos para poder analizarlos correctamente desde una perspectiva científica basada en las leyes establecidas por Isaac Newton.
La definición y medición de la fuerza
1. Kilopondio: Es una unidad de medida utilizada principalmente en países hispanohablantes para expresar fuerzas. Equivale a 9.80665 Newtons.
2. Libra-fuerza: Es una unidad de medida anglosajona que representa aproximadamente 4.44822 Newtons.
3. Dina: Es una unidad del sistema CGS (centímetro-gramo-segundo) que equivale a 0,00001 Newtons.
4. Kilonewton: Corresponde a mil Newtons y es utilizado para medir grandes magnitudes de fuerza, como las aplicadas por maquinaria pesada o estructuras.
5. Tonelada-fuerza métrica: Representa aproximadamente 9806,65 Newtons y es utilizada para medir grandes cargas o resistencia estructural.
6. Fuerza gravitatoria terrestre estándar: Se refiere a la fuerza ejercida por un objeto debido a su peso bajo condiciones normales de gravedad terrestre, equivalente aproximadamente a 9,81 N/kg.
7. Fuerzas electromagnéticas: Son aquellas generadas por corrientes eléctricas o campos magnéticos y pueden ser medidas utilizando instrumentos especializados como galvanómetros o magnetómetros.
8.Fuerzas elásticas : Son aquellas producidas por la deformación de un material elástico, como un resorte. Se pueden medir utilizando dispositivos como dinamómetros.
9.Fuerzas de fricción: Son aquellas que se oponen al movimiento relativo entre dos superficies en contacto y su magnitud depende del coeficiente de fricción entre los materiales involucrados.
10. Fuerza centrípeta: Es la fuerza dirigida hacia el centro de una trayectoria curva y es necesaria para mantener a un objeto en movimiento circular. Su magnitud puede ser calculada utilizando la fórmula mv²/r, donde m es la masa del objeto, v es su velocidad y r es el radio de curvatura.
Estas son solo algunas formas comunes de medir la fuerza, cada una aplicable en diferentes contextos según las necesidades específicas.
