¿Qué es la segunda ley de Newton?
Tómese un minuto y empuje un bolígrafo u otro objeto pequeño sobre la mesa. ¿Lo que pasa? Al principio, el objeto probablemente se mueva rápidamente, pero luego se ralentiza hasta detenerse. ¿Qué pasaría si empujaras una caja en su lugar? Aunque estas observaciones pueden parecer obvias, existen leyes que rigen estas acciones y se aplican a todos los objetos en movimiento del mundo. La segunda ley de Newton dice que la fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa multiplicada por la aceleración.
En otras palabras, cuanto más empuja algo, más se acelera. Y, si un objeto tiene una masa mayor, necesita aplicar más fuerza para que se mueva, tal como podría imaginarse con sus dos objetos. Hoy, vamos a aprender cómo aplicar esta ley y predecir cambios en el movimiento de diferentes objetos.
Fuerzas equilibradas frente a fuerzas no equilibradas
Eche un vistazo a la habitación. ¿Tienes un reloj o un cuadro colgado? ¿Por qué no cae? La respuesta es porque las fuerzas están equilibradas . Cuando las fuerzas están equilibradas, los objetos mantienen su curso actual de movimiento, que en el caso de sus decoraciones, es no moverse. Veamos un ejemplo.
Una luz que cuelga del techo tiene una fuerza debida a la gravedad que actúa sobre ella de 50N. El cable que sujeta la lámpara ejerce 50N de tensión. Dado que la tensión aumenta, esta fuerza es positiva. La fuerza debida a la gravedad es negativa ya que tira de la lámpara hacia el suelo. Cuando sumamos estas fuerzas, obtenemos 0N, la fuerza neta o la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. Cuando la fuerza neta es cero, las fuerzas se equilibran y los objetos continúan tomando su curso actual de movimiento.
Pero, ¿qué pasa si las fuerzas están desequilibradas? Digamos que acaba de colgar la lámpara, pero el cable no era lo suficientemente fuerte. Ahora solo tiene 45N. El cálculo de la fuerza neta nos da:
¿Cuáles son las Leyes de Newton?
45N – 50N = -5N
El signo negativo indica que la fuerza neta apunta hacia abajo y la lámpara se moverá en esa dirección. La fuerza neta no es cero, por lo que las fuerzas no están equilibradas, por lo que el objeto cambia su movimiento.
Calculando una fuerza desconocida
Si conoce la fuerza neta, pero no todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, puede trabajar hacia atrás para encontrarlas. Digamos que su hermano menor está jugando con carros de juguete en el piso. El automóvil se desliza hacia adelante y, con una balanza de resorte, sabe que la fuerza neta sobre el automóvil es 5N y la fuerza aplicada de la mano de su hermano es 7N. Pero, cuando un objeto se desliza sobre una superficie, siempre existe la fuerza de fricción que se opone a la fuerza aplicada. Pero, ¿qué pasa en esta situación?
Sabemos que la fuerza neta es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Entonces, podemos crear una ecuación:
F neto = F Aplicación – F f
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Dado que la fricción se opone a la fuerza aplicada, es negativa en nuestra ecuación y la restamos de la fuerza aplicada.
A continuación, podemos agregar las variables que conocemos.
5N = 7N – F f
F f = -2N
Entonces, la fuerza de fricción es -2N, o una fuerza de 2N que actúa hacia la izquierda.
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Cálculo de masa y aceleración
Si conoce la fuerza neta, también puede encontrar la masa y la aceleración.
Calculando Masa
La segunda ley de Newton dice que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración, así que si conocemos la fuerza neta y conocemos la aceleración, podemos encontrar la masa. Veamos un ejemplo. Un libro se desliza sobre un escritorio con una fuerza aplicada de 10N. La fricción retiene el libro con 3N y el libro se acelera a 1 m / s 2 .
Primero, calcule la fuerza neta.
F neto = 10N – 3N = 7N
Ahora que conocemos la fuerza neta, podemos calcular la masa usando F = ma.
F = ma
7N = 1 m / s 2 * m
m = 7N / 1m / s 2
m = 7 kg
Nuestro libro debe tener una masa de 7 kg.
Calcular la aceleración
Si un objeto va a cambiar de movimiento, puede usar la segunda ley de Newton para ver exactamente qué tan rápido se moverá. Usando la ecuación F = ma, si conoce la fuerza neta y la masa, puede calcular la aceleración. Digamos que nuestra lámpara pesa 5 kg. Sabiendo esto, podemos encontrar la aceleración con la que caerá al suelo.
-5N = 5 kg * a
a = -5 N / 5 kg
a = -1 m / s 2
La aceleración es negativa, lo que significa que cae al suelo. ¡Es hora de conseguir un nuevo cable!
Resumen de la lección
La segunda ley de Newton dice que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. Antes de usar esta ley, puede calcular la fuerza neta , o la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, para determinar si las fuerzas están equilibradas , lo que significa que la fuerza neta es cero o no está equilibrada , donde la fuerza neta no es igual a cero y el objeto cambia de movimiento. Usando la fuerza neta también puede calcular la masa o la aceleración dependiendo de qué variables se conocen.
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