Primera ley del movimiento de Newton: ejemplos del efecto de la fuerza sobre el movimiento
Newton, movimiento y fuerza
Es fácil reconocer un objeto en movimiento y un objeto en reposo. Los jets supersónicos, los autos de carrera e incluso mi minivan pueden ser objetos en movimiento o en reposo. ¿Qué mantiene un objeto en reposo o en movimiento? ¿Qué causa que un objeto en reposo se mueva? Además, ¿qué hace que un objeto en movimiento se detenga? Bueno, la respuesta corta a estas preguntas es la fuerza , que es cualquier influencia que hace que un objeto cambie su forma o movimiento.
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Por ejemplo, debo aplicar fuerza para mover un objeto pesado, como mi silla o un juego de mancuernas. De hecho, tengo que aplicar una fuerza, aunque no tanta, para mover incluso un objeto más ligero, como mi lápiz. Si presiono una bola de arcilla, la fuerza de mi mano hace que la arcilla cambie de forma. En esta lección, exploraremos la relación entre fuerza y movimiento según lo explican las leyes de Newton.
¿Cuál es la primera ley del movimiento de Newton?
La primera ley del movimiento de Newton establece que un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento permanece en movimiento con la misma velocidad a menos que actúe sobre él lo que llamamos una fuerza desequilibrada. Analicemos esta ley definiendo algunos términos clave. La velocidad es la velocidad de un objeto en una dirección específica. Una fuerza desequilibrada es una fuerza externa que cambia el movimiento de un objeto. Cuando un objeto está en reposo o se mueve a velocidad constante, todas las fuerzas que actúan sobre él están equilibradas .
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Por ejemplo, mi taza de café descansa sobre la mesa de mi cocina mientras hago esta lección. La fuerza de la gravedad que tira hacia abajo se equilibra con la fuerza de la mesa de la cocina que empuja hacia arriba mi taza de café. Ahora, si voy a mover mi café, debo aplicar una fuerza externa para interrumpir el equilibrio. Gracias a Dios, mis músculos son lo suficientemente fuertes como para aplicar tal fuerza para poder disfrutar de mi taza de café. ¡Ah, qué bueno Joe! La primera ley del movimiento de Newton también se conoce como ley de inercia . La inercia es simplemente la resistencia al cambio de movimiento. En resumen, los objetos tienden a seguir haciendo lo que ya están haciendo.
Aplicación de la primera ley del movimiento de Newton
Hay muchas aplicaciones para la primera ley del movimiento de Newton. Considere un automóvil que se mueve hacia el oeste a lo largo de una carretera con una velocidad constante de 65 millas por hora. ¿Qué sucede cuando el conductor quita el pie del acelerador? De acuerdo con la primera ley de movimiento de Newton, el automóvil debe permanecer a una velocidad de 65 mph, siempre que las fuerzas estén equilibradas. Sin embargo, como hemos visto, el coche reduce la velocidad y se detiene. Esta observación plantea la pregunta: ¿qué fuerzas externas actúan sobre el automóvil para detener su movimiento?
La respuesta es la fricción. La fricción es una fuerza que actúa en la dirección opuesta al movimiento cuando dos objetos entran en contacto entre sí. Sin fuerzas externas, el automóvil continuaría moviéndose hacia el oeste a 65 mph. Ahora, considere a un golfista que golpea una pelota desde el tee. Mientras la bola está en el tee, se dice que está en reposo. Es decir, no tiene movimiento. Una vez que el palo de balanceo entra en contacto con la bola, el palo aplica una fuerza externa, altera el estado de equilibrio y hace que la bola se ponga en movimiento.
¿Cómo se aplica la ley de Newton a los líquidos?
Ahora, me gusta el café, así que veamos cómo se aplica la ley del movimiento de Newton al tomar café y conducir. Mientras el automóvil está en reposo, o incluso moviéndose a una velocidad constante, también lo está el café, y permanece en la taza. Pero, ¿qué le sucede al café si aumenta la velocidad hacia adelante? El café sigue haciendo lo que ha estado haciendo y termina en tu regazo; es decir, asumiendo que no hay tapa en la taza. Vamos a analizarlo.
Cuando pisa el acelerador, las ruedas giran. Sin embargo, la carretera aplica una fuerza a las ruedas y empuja el automóvil hacia adelante. El respaldo del asiento aplica una fuerza a su espalda y también lo empuja hacia adelante. Pero, ¿y el café? El café mantiene su velocidad a 65 mph, y tu regazo avanza hacia el café. ¡Ay!
Todo lo contrario sucede cuando chocamos contra los frenos del auto. Los frenos ralentizan o incluso detienen el giro de las ruedas. Cuando frena desde una velocidad constante de 65 mph, el café tiende a mantener su velocidad de 65 mph, y ahora terminará en el tablero de su automóvil. El café experimenta inercia cuando frenamos. El café resiste el cambio de movimiento y sigue avanzando.
Asimismo, experimentamos inercia al frenar el coche. Puede sentir que tiende a deslizarse hacia adelante en su asiento cuando frena hasta detenerse. En realidad, simplemente estás haciendo lo que ya hacías y el asiento se mueve hacia atrás en relación con tu cuerpo. Continuaría deslizándose hacia adelante en su asiento a menos que su cinturón de seguridad esté en su lugar para aplicar una fuerza externa a su cuerpo.
¿Cómo se aplica la ley de Newton a nuestro cuerpo?
Podemos aplicar la ley de inercia de Newton a las funciones corporales. ¿Alguna vez ha experimentado una sensación de mareo después de detenerse en un ascensor descendente? ¡Mejor agárrate a la barandilla! Nuestro cuerpo y todo su contenido bajan junto con el ascensor. Una vez que el ascensor se detiene repentinamente, el piso del ascensor aplica una fuerza externa a nuestro cuerpo, lo que hace que también se detenga.
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Sin embargo, la sangre de nuestro cuerpo no experimenta esta misma fuerza de la misma manera. Es como el café. La sangre tiende a seguir bajando incluso después de que el ascensor se detiene. La sangre desciende de nuestra cabeza y esta pérdida temporal de sangre al cerebro hace que nos sintamos mareados. Así que, de nuevo, ¡espera!
¿Se aplica la ley de Newton en el espacio?
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La primera ley del movimiento de Newton es evidente tanto en el espacio como en la Tierra. La Estación Espacial Internacional orbita la Tierra a unas 200 millas con una velocidad de 17.500 mph. ¡Eso es rápido! Los astronautas pueden salir de la estación espacial y permanecer junto a ella, ya que seguirán orbitando con la misma velocidad. Además, los astronautas pueden colocar sus herramientas junto a ellos en el espacio y seguirán orbitando a la misma velocidad.
¡No intentes esto en casa! No lo intentes en un avión. No lo intente en un automóvil, ¡incluso si va mucho más lento! ¿Por qué? Bueno, ahí tenemos fuerzas externas, por ejemplo, la gravedad, que interrumpirán el movimiento constante, haciendo que su cuerpo caiga al suelo. La fuerza de la gravedad es insignificante en el espacio, por lo que los objetos continúan su constante estado de movimiento. Aparentemente, todos parecen estar quietos porque no se mueven entre sí.
Resumen de la lección
Resumamos. La primera ley del movimiento de Newton establece que un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento permanece en movimiento a una velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada. La velocidad es la velocidad de un objeto en una dirección específica. La fuerza es cualquier influencia que hace que un objeto cambie su forma o su estado de movimiento. Una fuerza desequilibrada es una fuerza externa que cambia el estado de movimiento del objeto.
La primera ley del movimiento de Newton también se conoce como la ley de la inercia , donde la inercia es la resistencia al cambio en el movimiento. La primera ley del movimiento de Newton se aplica a los objetos tanto en la tierra como en el espacio.
Resultado de aprendizaje
Después de esta lección, podrá:
- Reafirma la primera ley del movimiento de Newton
- Definir velocidad, fuerza, inercia, fuerza desequilibrada y fuerza equilibrada
- Explicar cómo se relaciona la fricción con la primera ley de Newton.
- Proporcionar ejemplos de la primera ley de Newton relacionada con los líquidos, el cuerpo humano y el espacio.