Ley de la inercia: definición y fórmula

Definición

Coloque un libro en su escritorio. ¿Se mueve el libro? A menos que mueva el libro, permanecerá donde lo puso sin moverse.

Imagina una nave espacial moviéndose por el espacio. Cuando se apagan los motores, la nave espacial atravesará el espacio a la misma velocidad y en la misma dirección.

El libro y la nave espacial tienen inercia . La inercia es la propiedad de un objeto que resiste cambios en su movimiento. Debido a la inercia, un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo. Un objeto en movimiento tiende a moverse a una velocidad constante en línea recta.

Primera ley de Newton

La Primera Ley del Movimiento de Newton explica cómo la inercia afecta a los objetos móviles y no móviles. La primera ley de Newton establece que un objeto permanecerá en reposo o se moverá a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza desequilibrada actúe sobre él. La inercia proviene de la masa. Los objetos con más masa tienen más inercia.

Para comprender la inercia, imagine que mueve una bola de boliche y una de golf que están en reposo. La pelota de golf tiene una masa de 0.05 kilogramos y la bola de boliche tiene una masa de cinco kilogramos. La bola de boliche tiene 100 veces más masa que la pelota de golf, por lo que también tiene 100 veces más inercia.

Ahora pregúntese, ¿cuál necesita más fuerza para empezar a moverse? Si empuja la misma distancia, la bola de boliche necesita mucha más fuerza para que se mueva a la misma velocidad que la pelota de golf. La bola de boliche necesita más fuerza porque una bola de boliche tiene más inercia que una pelota de golf. Cuanto mayor es la inercia de un objeto, mayor es la fuerza necesaria para cambiar su movimiento.

Según la primera ley de Newton, se necesita una fuerza desequilibrada para mover el libro sobre su escritorio. Podría suministrar la fuerza empujando el libro.

Se necesita una fuerza desequilibrada para cambiar la velocidad o la dirección de la nave espacial. Esta fuerza podría ser suministrada por los motores de la nave espacial.

Debido a la inercia, un objeto en reposo permanecerá en reposo hasta que algo lo haga moverse. Asimismo, un objeto en movimiento continúa moviéndose a la misma velocidad y en la misma dirección a menos que algo actúe sobre él para cambiar su velocidad o dirección.

Efectos de la inercia

Puedes sentir los efectos de la inercia todos los días. Suponga que viaja en un automóvil. ¿Qué sucede si el automóvil se detiene repentinamente? Tu cuerpo tiene inercia. Cuando el coche se detiene, sigues avanzando. ¿Qué sucede cuando el automóvil comienza a moverse? Debido a la inercia, su cuerpo tiende a permanecer en reposo cuando el automóvil avanza.

En el béisbol, la inercia tiende a mantener al jugador corriendo en línea recta. Por lo tanto, los corredores de bases tienen que “redondear” las bases en lugar de hacer giros bruscos.

Un oscilador es un sistema físico que tiene ciclos repetidos (movimiento armónico). Un niño en un columpio es un oscilador, al igual que una cuerda de guitarra vibrante. Un carro que rueda cuesta abajo no es un oscilador. Los sistemas que oscilan se mueven hacia adelante y hacia atrás alrededor de una posición central o de equilibrio . Puede pensar en el equilibrio como el sistema en reposo, sin perturbaciones, con fuerza neta cero. Un carro que rueda cuesta abajo no está en equilibrio porque la fuerza de gravedad que lo hace acelerar no está equilibrada por otra fuerza. Un niño sentado inmóvil en un columpio está en equilibrio porque la fuerza de la gravedad está equilibrada por la tensión en las cuerdas.

Una fuerza restauradora es cualquier fuerza que siempre actúa para jalar un sistema hacia el equilibrio. La fuerza de restauración está relacionada con la fuerza de la gravedad o el peso y la fuerza de elevación (o tensión) de la cuerda de un péndulo. Si se tira de un péndulo hacia adelante o hacia atrás, la gravedad crea una fuerza restauradora que lo empuja hacia el equilibrio. Los sistemas con fuerzas restauradoras se convierten en osciladores.

La inercia hace que un oscilador sobrepase el equilibrio. El movimiento de un oscilador es el resultado de una interacción entre una fuerza restauradora y la inercia. Por ejemplo, la fuerza restauradora empuja un péndulo hacia el equilibrio. Pero, debido a la primera ley de Newton, el péndulo no se detiene simplemente en el equilibrio. Según la primera ley, un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento. El péndulo tiene una inercia que lo mantiene avanzando, por lo que sobrepasa su posición de equilibrio cada vez.

Ley de la inercia Ejemplos

Los coches y aviones con más inercia necesitan más fuerza para acelerar . Dado que la inercia está relacionada con la masa, para reducir la inercia debe reducir la masa. La masa de un automóvil o avión es un equilibrio entre la inercia y la resistencia de los materiales del automóvil o avión. ¡Quieres materiales fuertes, pero no los quieres tan pesados ​​que requieran demasiada energía (combustible) solo para que el automóvil o el avión se muevan!

Los cinturones de seguridad podrían denominarse cinturones “anti-inercia”. Un automóvil tiende a seguir moviéndose en línea recta, incluso si el pie del conductor no está en el acelerador. Todos los que están dentro del coche también tienen inercia. Se mueven a la misma velocidad que el automóvil.

Suponga que viaja en un automóvil. El conductor se ve obligado a pisar los frenos de repente. La inercia lo mantiene avanzando a la misma velocidad a la que se movía el automóvil. Seguirás moviéndote hasta que algo te detenga. Este podría ser el volante, el tablero o el parabrisas del automóvil. Podría lastimarse si golpea estas partes del automóvil, a menos que esté usando el cinturón de seguridad. Un cinturón de seguridad le impide avanzar cuando el automóvil se detiene repentinamente. Los cinturones de seguridad pueden prevenir lesiones graves. Siempre debe recordar “abrocharse el cinturón” cuando se suba a un automóvil.

Si de repente aplica los frenos a su bicicleta que se mueve rápidamente, debe prepararse para no caer hacia adelante. Si está en un paseo en un parque de diversiones en el que de repente acelera hacia adelante, su cuerpo parece empujar hacia atrás contra el asiento.

En ambos casos ha demostrado la primera ley de Newton, la ley de la inercia . El Principio o Ley de Inercia establece: una masa en reposo tiende a permanecer en reposo; una masa que se mueve a una velocidad constante tiende a seguir moviéndose a esa velocidad, a menos que una fuerza externa actúe sobre ella. Por tanto, la primera ley de Newton implica el problema del cambio de velocidad o de la aceleración. Por ejemplo, suponga que está parado en un ‘auto chocante’ en el parque de diversiones y alguien choca con otro auto en el suyo.

Se le acelerará de cero kilómetros por hora a algún valor mayor que cero. La fuerza de la colisión es capaz de mover su automóvil. Esta fuerza desequilibrada produce aceleración. La Primera Ley del Movimiento de Newton establece que no se necesita fuerza para mantener algo en movimiento en línea recta a una velocidad constante. Se necesita una fuerza para detener ese movimiento o para cambiarlo de alguna manera. Esta es una descripción de la inercia, que es una propiedad de todas las cosas.

Probablemente esté acostumbrado a pensar que los objetos en movimiento eventualmente se ralentizan por sí mismos. Pero esta desaceleración es el resultado de fuerzas como la fricción. Sin tales fuerzas, un conjunto de objetos en movimiento se movería para siempre.

El automóvil y el bloque rojo en este par de imágenes pueden servir como otro ejemplo de la Ley de Inercia.

En el panel izquierdo, ambos objetos se mueven hacia la derecha. En el panel derecho, la caja de madera aplica una fuerza al automóvil, lo que hace que se detenga. El bloque rojo no experimenta la fuerza aplicada por la caja de madera. Continúa moviéndose hacia la derecha con la misma velocidad que en el panel izquierdo.

¿Es la inercia una fuerza? No. Las fuerzas son el resultado de interacciones entre dos objetos; no son propiedades de objetos individuales, por lo que la inercia no puede ser una fuerza. Recuerde que debido a que la velocidad incluye tanto la velocidad como la dirección del movimiento, se requiere una fuerza neta para cambiar la velocidad o la dirección del movimiento. Si la fuerza neta es cero, la primera ley de Newton significa que el objeto continuará con la misma velocidad y dirección.

La masa es una medida de inercia porque un objeto con una masa grande es más difícil de poner en movimiento y más difícil de detener que un objeto con una masa más pequeña. Esto se debe a que el objeto con mayor masa tiene mayor inercia. Por ejemplo, imagine que va a empujar un carrito de la compra que solo tiene una papa. No hay problema, ¿verdad? Pero supongamos que el carrito de la compra está lleno de patatas. Ahora la masa total -y la inercia- del carro lleno de patatas es mucho mayor. Será más difícil hacer que el carro se mueva y más difícil detenerlo una vez que se esté moviendo.

Resumen de la lección

La inercia es la tendencia de un objeto a permanecer en reposo o en movimiento. La Primera Ley del Movimiento de Newton establece que un objeto permanecerá en reposo o se moverá a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza no equilibrada actúe sobre él. Los efectos de la inercia se pueden sentir todos los días.

Términos dignos de mención

• Primera ley del movimiento de Newton : explica cómo la inercia afecta a los objetos en movimiento y no en movimiento; La primera ley establece que un objeto permanecerá en reposo o se moverá a una velocidad constante en línea recta a menos que sea actuado por una fuerza desequilibrada.
• Oscilador : un sistema físico que tiene ciclos repetidos (movimiento armónico)
• Equilibrio : el sistema en reposo, sin perturbaciones, con fuerza neta cero
• Fuerza de restauración : cualquier fuerza que siempre actúa para hacer retroceder un sistema hacia el equilibrio.
• Acelerar : un cambio en la velocidad
• Ley de la inercia : una masa en reposo tiende a permanecer en reposo; una masa que se mueve a una velocidad constante tiende a seguir moviéndose a esa velocidad a menos que una fuerza externa actúe sobre ella

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya revisado la lección en profundidad, podrá alcanzar estos objetivos:

• Reconocer el significado del término ‘inercia’
• Primera ley de movimiento de Newton del estado
• Comprender los efectos de la inercia.
• Analice varios ejemplos de las leyes de la inercia.