Practique la aplicación de la tercera ley de Newton

¿Qué es la tercera ley de Newton?

¿Cómo vuelan los pájaros? ¿Por qué un trampolín te lanza al aire? ¿Cómo nadan los peces en el océano? Todas estas acciones son posibles gracias a la Tercera Ley de Newton. La tercera ley de Newton se explorará en esta lección y se aplicará con problemas y cálculos del mundo real.

Isaac Newton creó sus revolucionarias tres leyes del movimiento en el siglo XVII. La Tercera Ley de Newton establece: “Por cada acción (en la naturaleza) hay una reacción igual y opuesta”. La Tercera Ley de Newton también se conoce como Ley de Interacción o Ley de Acción-Reacción.

Existen numerosos ejemplos del mundo real de la Tercera Ley de Newton. Un pájaro vuela porque sus alas empujan hacia abajo en el aire, mientras que el aire empuja hacia arriba las alas del pájaro con la misma fuerza, empujando al pájaro hacia arriba. De manera similar, los peces nadan en el océano empujando el agua hacia atrás con sus aletas, mientras que el agua empuja al pez hacia adelante con la misma fuerza.

Una cosa importante para recordar acerca de la Tercera Ley de Newton es que dos objetos se aplican la misma fuerza entre sí, sin importar cuán masivo o pequeño sea un objeto en relación con el otro objeto. Por ejemplo, un automóvil pequeño que choca con un camión de remolque enorme aplica la misma fuerza al camión que el camión aplica al automóvil. El resultado de la colisión afecta más al automóvil más pequeño porque, aunque se aplican la misma cantidad de fuerza entre sí, sus masas son muy diferentes. Como conocemos la segunda ley de Newton, F = m * a , esto significa que el automóvil más pequeño tiene una aceleración mucho mayor en la colisión, causando más daño al automóvil más pequeño que al camión más grande.

Ejemplos

Por ejemplo, digamos que un automóvil de 50 kg se mueve con una velocidad constante de 50 m / s. Se estrella contra una pared con 5000 Newtons de fuerza. La colisión hace que el automóvil se detenga por completo, pero la pared no se mueve. ¿Cuánta fuerza le dio la pared al automóvil?

En este problema, un objeto está en movimiento, golpea a otro objeto y se detiene por completo. Podríamos usar las tres leyes de la fuerza de Newton para ayudarnos a resolver este problema para una variedad de variables desconocidas. Sin embargo, este problema solo pide la cantidad de fuerza que la pared aplica al automóvil.

Podemos usar la tercera ley de Newton para ayudar a resolver este problema. Aunque puede parecer que la pared entregó más fuerza al automóvil que el automóvil a la pared ya que la pared no se movió, sabemos que con la Tercera Ley de Newton, para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Entonces, dado que el automóvil entregó 5000 Newtons a la pared, la pared también entregó 5000 Newtons al automóvil.

En nuestro segundo problema de muestra, hay dos bloques. El bloque más grande tiene una masa M1 de 10 kg y el bloque más pequeño tiene una masa M2 de 5 kg. ¿Cuál es la fuerza de tensión T1 de la cuerda que sostiene el objeto de 10 kg y la fuerza de tensión T2 de la cuerda que sostiene el bloque de 5 kg? Ignorando la fricción, ¿cuál es la aceleración de los dos bloques?

Primero, necesitamos determinar cuál de las leyes de la fuerza de Newton usaremos para este problema. Se nos dice que los bloques se están acelerando, por lo que inmediatamente sabemos que vamos a necesitar utilizar la Segunda Ley de Newton, Fuerza = masa * aceleración. Además, sabemos con la Tercera Ley de Newton que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Por lo tanto, la fuerza de tensión T1 de la cuerda que tira del bloque de 10 kg es igual a la fuerza de tensión T2 de la cuerda que sostiene el bloque de 5 kg. Finalmente, sabemos que cada bloque siente una fuerza de gravedad hacia abajo. Esta fuerza de gravedad se puede calcular como:

Fuerza de gravedad = Masa del objeto * gravedad, en la que la gravedad es de 9,8 N / kg

Esta imagen nos da una mejor idea de las fuerzas que actúan sobre los bloques.

Máquina de Atwood 2

Conectando nuestras variables conocidas y usando la Segunda y Tercera Leyes de Newton nos da T1 = T2 = T. Nos quedan dos ecuaciones.

Para la masa de 10 kg:

mg – T = ma

10 g – T = 10 a

y para la masa de 5 kg:

T – mg = ma

T – 5 g = 5 a

Como tenemos dos ecuaciones y dos incógnitas, podemos resolver T en una ecuación y sustituirla en la otra ecuación y resolver la aceleración de los bloques. Esto nos da la ecuación:

5 g – 5 a = 10 a

5 (9,8 N / kg) = 15 a

49 = 15 a

a = 3,27 m / s 2

Ahora, todo lo que tenemos que hacer es conectar la aceleración que resolvimos en una de las dos ecuaciones para obtener la fuerza de tensión en la cuerda. Insertar 3,27 m / s 2 en la primera ecuación nos da una respuesta de la fuerza de tensión de la cuerda T = 65,3 Newtons.

Resumen de la lección

La Tercera Ley de Newton establece: “Por cada acción (en la naturaleza) hay una reacción igual y opuesta”. La tercera ley de Newton es la razón por la que los pájaros pueden volar y los peces pueden nadar. Incluso si el tamaño de dos objetos es muy diferente, ambos ejercen la misma cantidad de fuerza entre sí. Usando la Tercera Ley de Newton y otras Leyes de la Fuerza, podemos resolver otras fuerzas desconocidas u otras variables desconocidas como la aceleración de un objeto.