Leyes de Newton y peso, masa y gravedad
Leyes de Newton: peso, masa y gravedad
La mayoría de nosotros hemos visto imágenes de hombres caminando sobre la luna. Ahora, aunque los astronautas visten trajes muy pesados, parecen rebotar alrededor de la superficie de la luna con muy poco esfuerzo. ¿Cómo es posible que podamos rebotar en la luna con facilidad mientras que saltar aquí en la Tierra requiere mucho esfuerzo? La respuesta a esta pregunta radica en la diferencia entre masa y peso.
La masa es una medida de la cantidad de materia que contiene un objeto, mientras que el peso es una medida de la fuerza de gravedad sobre el objeto. Un objeto tiene la misma composición y, por lo tanto, masa, independientemente de su ubicación. Por ejemplo, una persona con una masa de 70 kg en la Tierra tiene una masa de 70 kg tanto en el espacio como en la Luna. Sin embargo, el peso de esa misma persona no es el mismo ya que la gravedad es diferente en estos lugares. La persona pesará menos en la luna porque la luna tiene menos gravedad. Para comprender mejor los conceptos de peso y masa, primero debemos considerar la gravedad y su efecto sobre los objetos.
¿Qué es la gravedad?
Entonces, ¿qué es la gravedad? La gravedad es el tirón atractivo entre dos objetos que tienen masa. La fuerza de la gravedad es directamente proporcional a la cantidad de masa de cada objeto. En otras palabras, cuanto más grandes sean los objetos, mayor será la atracción gravitacional entre ellos. Por ejemplo, la atracción gravitacional que experimentas en la Tierra es mucho mayor que en la Luna porque la masa de la Tierra es mayor. Un objeto con el doble de masa ejercerá el doble de atracción gravitacional sobre otros objetos.
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Por otro lado, la fuerza de la gravedad está inversamente relacionada con el cuadrado de la distancia entre dos objetos. Por ejemplo, si la distancia entre dos objetos se duplica, lo que significa que están dos veces más separados, la atracción gravitacional disminuye en un factor de 4. Esto se debe a que 2 al cuadrado es igual a 4. Esto significa que el efecto de la distancia sobre la atracción gravitacional es mayor que el efecto de las masas de los objetos.
Gravedad como fuerza
La gravedad es una fuerza. Una fuerza es simplemente un empujón o un tirón experimentado por objetos que interactúan entre sí. La interacción puede ser directa o a distancia, que es el caso de la gravedad. Las leyes de Newton nos dicen que si una fuerza desequilibrada actúa sobre un objeto, cambiará el estado de movimiento del objeto. En otras palabras, el objeto se acelerará. Dado que la gravedad es una fuerza, la gravedad hace que los objetos se aceleren.
Aceleración debida a la gravedad
Veamos un ejemplo de cómo la gravedad provoca la aceleración. Si dejas caer una pelota desde un acantilado, notarás que la velocidad aumenta a medida que cae, se acelera debido a la gravedad. Hemos determinado que la aceleración de la gravedad es de 9,8 m / seg 2 , es decir, para objetos en caída libre en la Tierra. La caída libre simplemente significa que ninguna otra fuerza, excepto la gravedad, está actuando sobre el objeto. Por ejemplo, se ignoraría cualquier efecto de la resistencia al viento. La velocidad de un objeto en caída libre aumenta 9,8 metros por segundo cada segundo.
Veamos la velocidad de la pelota a medida que cae con el tiempo. Esto nos ayudará a comprender cómo la gravedad provoca la aceleración.
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Como ves en la pantalla, la pelota se acelerará a una velocidad de 9,8 metros por segundo en el primer segundo de recorrido. Durante el siguiente segundo, la velocidad de la pelota aumentará nuevamente en 9,8 metros por segundo, lo que significa que viaja a 19,6 metros por segundo. Lo mismo ocurrirá durante el tercer segundo de tiempo, por lo que la pelota viajará a 29,4 metros por segundo. Con cada segundo, la velocidad de la pelota aumenta en 9,8 metros por segundo.
La aceleración de la gravedad es tan importante que tiene su propio símbolo. A menudo se abrevia con la letra g . g = 9,8 m / seg 2 : esa es la aceleración de la gravedad aquí en la Tierra para los objetos en caída libre.
Gravedad y peso
Bueno, ¿y el peso? El peso es una medida de la fuerza de gravedad que actúa sobre un objeto. Según las leyes del movimiento de Newton, la fuerza es directamente proporcional tanto a la masa como a la aceleración, y la ecuación de la fuerza es F = m * a , donde m = masa y a = aceleración. Podemos usar esta ecuación para resolver el peso. Todos los objetos de la Tierra, ya sea que caigan, se arrojen o incluso se queden quietos, experimentan el efecto de la gravedad. Por lo tanto, podemos determinar el peso de un objeto usando la aceleración de la gravedad.
Cálculo de peso
Veamos un ejemplo. ¿Cuánto pesa un hombre de 100 kg en la Tierra?
Primero recordemos la fórmula de la fuerza.
F = m * a
Ahora sustituya el peso por la fuerza y la aceleración de la gravedad ( g ) por la aceleración.
Peso = m * g
Ahora el enchufe en los valores de m y g y resolver para el peso.
Peso = 100 kg * 9,8 m / seg 2
Peso = 980 kg * m / seg 2
Un newton (N) de fuerza es igual a 1 kg * m / seg 2 ; por tanto, podemos decir que el hombre tiene un peso de 980 newtons. Peso = Fuerza = 980 N . Ahora, hay aproximadamente 4.5 newtons en una libra. Por lo tanto, la persona de nuestro ejemplo pesa alrededor de 218 libras.
Gran error
Veamos un error común. Si un hombre de 100 kg y un elefante de 10,000 kg saltaran de un acantilado, ¿cuál golpearía el suelo primero? Se podría pensar que el elefante aterrizaría primero debido a su mayor masa. Sin embargo, ambos aterrizan al mismo tiempo (asumiendo que ambos son en caída libre). Podemos usar algunas matemáticas simples para comprender este fenómeno reordenando la fórmula de la fuerza para resolver la aceleración.
Primero, recuerde la fórmula de la fuerza.
F = m * a
Ahora, reorganicemos y resolvamos la aceleración.
a = F / m
Como se ve en la fórmula, la aceleración es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del objeto. El aumento de la fuerza tiende a aumentar la aceleración, mientras que el aumento de la masa tiende a disminuir la aceleración. Ahora, el elefante de nuestro ejemplo tiene 100 veces más masa que la persona; esto disminuiría su aceleración.
Sin embargo, debido a que el elefante tiene 100 veces la masa, experimenta 100 veces más fuerza gravitacional. La mayor fuerza ejercida sobre objetos más masivos se compensa con la influencia inversa de una mayor masa. Por tanto, todos los objetos caen libremente con la misma aceleración independientemente de su masa.
Resumen de la lección
En resumen, la masa es una medida de la cantidad de materia que contiene un objeto y el peso es una medida de la fuerza de gravedad que actúa sobre el objeto. La gravedad es la atracción entre dos objetos que tienen masa. La cantidad de gravedad es directamente proporcional a la cantidad de masa de los objetos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los objetos.
La gravedad es una fuerza que aumenta la velocidad de los objetos que caen: se aceleran. La aceleración de la gravedad se abrevia con la letra g , y tiene un valor de 9,8 m / seg 2 . Todos los objetos de la Tierra, independientemente de su masa, se aceleran debido a la gravedad a la misma velocidad, es decir, 9,8 m / seg 2 . El peso de un objeto se puede calcular usando la fórmula para la fuerza – F = m * a – donde F es igual al peso del objeto y ahora la aceleración ( a ) es la aceleración de la gravedad ( g ).
Los resultados del aprendizaje
Al final de esta lección, debería poder:
- Indique la diferencia entre masa y peso.
- Recuerde el valor de la aceleración de la gravedad.
- Usa la fórmula de la fuerza para calcular el peso de un objeto
- Explique por qué todos los objetos en caída libre que se suelten juntos golpearán el suelo simultáneamente