Practique la aplicación de la primera ley de Newton
¿Qué es la primera ley de Newton?
¿Por qué detenerse repentinamente en un automóvil puede hacer que su café se derrame? ¿Por qué la nave espacial Voyager 1 continúa volando cada vez más lejos de nuestro sistema solar a pesar de que su mecanismo de propulsión inicial se ha agotado durante mucho tiempo? La respuesta es la Primera Ley de Newton.
Isaac Newton creó sus revolucionarias tres leyes del movimiento en el siglo XVII. La Primera Ley de Newton establece: “Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él”. Esta ley se llama ley de inercia; es decir, cada objeto permanecerá en su estado de inercia actual (ya sea en reposo o en movimiento) hasta que una fuerza externa actúe sobre ese objeto para cambiarlo.
Hay numerosos ejemplos del mundo real que prueban la Primera Ley de Newton. El cinturón de seguridad del automóvil es común. Conocido desde hace mucho tiempo como un dispositivo de seguridad esencial en el automóvil, el cinturón de seguridad funciona siguiendo la Primera Ley de Newton. Una vez que un automóvil está en movimiento a una cierta velocidad, el automóvil y su pasajero también viajan a esa velocidad y es probable que permanezcan en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre el automóvil.
Si el automóvil frenara repentinamente, la fuerza de los frenos haría que se detuviera rápidamente. Sin embargo, el pasajero en el automóvil también viajaría a la velocidad del automóvil, y sin ninguna fuerza externa para detenerlo, el pasajero volaría a la misma velocidad directamente hacia el parabrisas del automóvil. El cinturón de seguridad lleva al pasajero de un estado de movimiento a un estado de reposo de la forma más segura posible.
Problemas de muestra
Intentemos resolver un problema de muestra.
- Un objeto de 10 kg se desliza sobre hielo sin fricción con una velocidad constante de 10 m / s. ¿Cuál de las leyes de la fuerza de Newton usamos? ¿Cuánta fuerza necesitamos aplicar a este objeto para mantenerlo en movimiento?
En esta ecuación, un objeto está en movimiento, por lo que inmediatamente sabemos que usaremos la Primera Ley de Newton. El objeto se mueve a velocidad constante, por lo que sabemos que no está acelerando. Sabemos por la Segunda Ley de Newton que fuerza = masa * aceleración , por lo que sin aceleración podemos determinar que no hay una fuerza neta actuando sobre el objeto. Finalmente, usando la Primera Ley de Newton, sabemos que los objetos en reposo o en movimiento tienden a permanecer en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre ellos. Este objeto está en movimiento y ninguna fuerza externa actúa sobre él, por lo que no es necesario aplicar ninguna fuerza para mantener el objeto en movimiento.
Ahora intentemos otro problema.
- ¿Cuál es la fuerza de tensión de una cuerda que sostiene un objeto de 5 kg verticalmente en reposo? ¿Cuál de las leyes de la fuerza de Newton usamos?
Sabemos por la Primera Ley de Newton que si una fuerza desequilibrada actúa sobre un objeto en reposo o en movimiento, hará que se acelere. También sabemos por la Primera Ley de Newton que si un objeto está en reposo o en movimiento a una velocidad constante, es más probable que permanezca en reposo o en movimiento y que todas las fuerzas sobre el objeto estén equilibradas.
Primero, determinemos qué fuerzas están en juego en este problema: la gravedad empuja hacia abajo el objeto de 5 kg y la tensión de la cuerda, lo que mantiene al objeto en reposo y evita que se acelere hacia el suelo. Dado que la Primera Ley de Newton nos dice que las fuerzas están equilibradas, sabemos que fuerza tensión = fuerza gravedad . Por lo tanto, para calcular la fuerza de tensión de la cuerda, primero debemos calcular la fuerza de gravedad que actúa sobre el objeto. Sabemos que la fuerza de gravedad = 9,8 N / kg , por lo que multiplicando 5 kg por 9,8 obtenemos una fuerza de gravedad de 49 newtons. Sabiendo que las fuerzas están equilibradas, la fuerza de tensión de la cuerda es de 49 newtons.
Resumen de la lección
La Primera Ley de Newton , también conocida como ley de la inercia, establece que un objeto en reposo o en movimiento permanecerá en reposo o en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre el objeto.
Numerosas situaciones del mundo real proporcionan ejemplos de la Primera Ley de Newton en acción, desde el uso de un cinturón de seguridad al detenerse repentinamente en un automóvil hasta la nave espacial Voyager 1 que se aleja continuamente de nuestro sistema solar. La primera ley de Newton se puede utilizar para realizar cálculos de fuerzas desconocidas en varios problemas de física.
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