Cómo usar las fórmulas para las leyes de Newton

Fondo de Isaac Newton

Cuando se trata de decidir a los científicos más influyentes en el tema de la física, Sir Isaac Newton es sin duda un fuerte contendiente. Sus muchas contribuciones incluyen el descubrimiento de la ley de la gravitación universal, que fue fundamental en la creación del cálculo, y sus tres leyes del movimiento, entre otras.

En esta lección, nos centraremos en aprender acerca de las tres leyes del movimiento de Newton. Repasaremos cada ley individualmente, veremos sus fórmulas matemáticas y veremos aplicaciones de estas leyes en el mundo que nos rodea.

Primera ley de Newton

La primera ley de Newton es la ley de la inercia. Establece que cualquier objeto en reposo o en movimiento permanecerá en reposo o en movimiento a menos que otra fuerza actúe sobre él. En otras palabras, la velocidad de un objeto permanece constante a menos que otra fuerza actúe sobre él. A diferencia de lo que verá cuando lleguemos a la segunda y tercera ley, no existe una fórmula particular asociada con la primera ley de Newton. Sin embargo, esto no lo hace menos importante que los otros dos.

De las tres leyes, esta podría ser la más fácil de relacionar en la vida cotidiana para las personas que no están familiarizadas con la física. Por ejemplo, siente los efectos de la primera ley de Newton cada vez que viaja en un vehículo: automóvil, autobús, tren, avión, etc. La sensación que tiene de ser empujado un poco hacia atrás en su asiento cuando comienza a moverse por primera vez es el ley de la inercia en el trabajo. Su cuerpo estaba en reposo y cuando el vehículo comenzó a moverse, su cuerpo quería permanecer en reposo. Lo que sientes es la fuerza que ejerce el vehículo sobre ti para que te muevas.

En una clase de introducción a la física, trabajará con la primera ley de Newton todo el tiempo. Cada vez que un objeto tiene un cambio de velocidad, se sabe que la primera ley de Newton está en vigor. Si bien es posible que no se enfoque en él directamente, la primera ley de Newton funcionará de manera generalizada a lo largo de sus estudios de mecánica clásica en física.

Segunda ley de Newton

Mientras que la primera ley de Newton analiza cómo la fuerza afecta el movimiento de los objetos, la segunda ley se sumerge en cómo definimos la fuerza en sí. La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto (o a ) es directamente proporcional a la fuerza neta (o F ) que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa ( om ). A diferencia de la primera ley de Newton, no existe un nombre abreviado para esta, pero es más conocida por su fórmula matemática, que puedes ver:

Sin embargo, es mucho más común verlo escrito en la forma donde tiene un signo igual en lugar de un signo proporcional, que puede ver:

Esta fórmula nos dice que una fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa de ese objeto multiplicada por la aceleración causada por la fuerza. Encontrará que esta fórmula se utiliza constantemente a lo largo de sus estudios de introducción a la física.

Un excelente ejemplo de la segunda ley de Newton en acción en nuestras vidas es nuestro peso. Por lo general, es posible que no lo piense de esta manera, pero su peso es en realidad la fuerza gravitacional de la tierra que actúa sobre usted. Tu peso es igual a tu masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, 9,81 m / s.

Ahora, usemos esta información para encontrar la fuerza debida a la gravedad que actúa sobre un hombre con una masa de 81 kilogramos:

Observe que dimos nuestra respuesta en Newtons ( N ). Ésta es la unidad de fuerza internacional estándar. 1 N es igual a la cantidad de fuerza necesaria para acelerar una masa de 1 kg a 1 metro / segundo. Esta fórmula funciona para mucho más que la fuerza gravitacional. Siempre que conozca la aceleración y la masa de cualquier objeto, puede encontrar la fuerza neta que actúa sobre él con la segunda ley de Newton.

Tercera ley de Newton

La tercera ley de Newton es probablemente la que la mayoría de la gente ha escuchado antes. Afirma que «por cada acción hay una reacción igual y opuesta». Esto significa que cuando un objeto crea una fuerza sobre otro objeto, ese segundo objeto creará una fuerza igual hacia atrás sobre el primer objeto. Matemáticamente, podemos escribir esto como la fuerza del objeto A sobre el objeto B es igual al valor negativo de la fuerza del objeto B sobre el objeto A:

F AB = -F BA

Decidir qué fuerza obtiene el signo negativo en un problema es arbitrario; simplemente muestra que las fuerzas actúan en direcciones opuestas.

Esta fórmula nos muestra que las fuerzas siempre vienen en pares. Cuando golpeas una pelota de béisbol con un bate, el bate ejerce una fuerza sobre la pelota ( bate F ), pero la pelota también ejerce una fuerza hacia atrás sobre el bate ( pelota F ).

Esta ley no solo se aplica a los objetos en movimiento, sino también a los estacionarios. Mientras se sienta en el suelo, la tierra aplica una fuerza debida a la gravedad ( F g ) hacia abajo sobre usted mientras que el suelo aplica una fuerza normal igual ( F N ) hacia arriba. La fuerza normal es lo que evita que se hunda en el suelo.

Resumen de la lección

Sir Isaac Newton es uno de los científicos más famosos que jamás haya vivido en el campo de la física, y sus tres leyes del movimiento se encuentran entre los más destacados de sus muchos descubrimientos.

La primera ley de Newton establece que cualquier objeto en reposo o en movimiento permanecerá en reposo o en movimiento a menos que actúe sobre él otra fuerza. Esto significa que un objeto mantendrá una velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza. Esta ley no tiene una fórmula asociada, pero estará en uso constante cada vez que trabaje con fuerzas.

La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto (o a ) es directamente proporcional a la fuerza neta (o F ) que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa ( om ). Más comúnmente se escribe como fuerza igual a masa multiplicada por aceleración.

F = ma

Finalmente, la tercera ley de Newton establece que «para cada acción, hay una reacción igual y opuesta». Entonces, si el objeto A crea una fuerza sobre el objeto B ( F AB ), esta ley nos dice que el objeto B debe crear una fuerza igual sobre el objeto A ( F BA ) en la dirección opuesta.

F AB = -F BA

Esta es la ley que nos permite saber que las fuerzas siempre vienen en pares.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador