Segunda ley del movimiento de Newton: la relación entre la fuerza y ​​la aceleración

Segunda ley del movimiento de Newton

Considere dos bolas, una con una masa de 1 kg y la otra con una masa de 10 kg. ¿Qué pelota experimentaría un mayor cambio de movimiento si se pateara con la misma fuerza? Claramente, la bola más pequeña experimentaría un mayor cambio de movimiento. El estado de movimiento de un objeto se puede describir como su velocidad, donde la velocidad es la rapidez de un objeto con respecto a su dirección. Los objetos en reposo, por ejemplo, las bolas que ves en la pantalla, tienen velocidad cero. Una vez pateada, el estado de movimiento de la pelota cambia. En otras palabras, su velocidad cambia. Cuando un objeto cambia su velocidad , tiene lo que llamamos aceleración . Segunda ley del movimiento de Newtonproporciona la explicación del comportamiento de los objetos cuando se aplican fuerzas. La ley establece que las fuerzas externas hacen que los objetos se aceleren, y la cantidad de aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre los objetos e inversamente proporcional a la masa de los objetos.

¿Qué es Net Force?

Observe que la segunda ley de Newton establece que la cantidad de aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el objeto. ¿Cuál es la fuerza neta y cómo la calculamos? La fuerza neta es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto en una dirección particular. Dado que las fuerzas tienen dirección, son cantidades vectoriales. Las cantidades vectoriales se describen completamente con magnitud y dirección y se representan con flechas. Considere un objeto empujado hacia la izquierda con 10 Newtons de fuerza y ​​hacia la derecha con 5 Newtons de fuerza. La fuerza neta = 5 N a la izquierdacomo 10 N – 5 N = 5 N. Las fuerzas se restan entre sí ya que apuntan en direcciones opuestas. Las fuerzas se sumarían entre sí si apuntaran en la misma dirección. Una vez que se determina la fuerza neta, se puede determinar la aceleración del objeto.

Cómo calcular la aceleración

La aceleración es un cambio de velocidad . Siempre que sepamos la masa del objeto y la fuerza neta que actúa sobre el objeto, podemos determinar la aceleración. Veamos la fórmula:

a = f (neto) / m , donde a = aceleración, f (neto) = la fuerza neta que actúa sobre el objeto, m = la masa del objeto .

Ejemplo de aceleración

Veamos un ejemplo. Considere un objeto de 10 kg forzado hacia la izquierda con 10 Newtons y hacia la derecha con 20 Newtosn. ¿Cuál es la aceleración de este objeto?

Recordemos la fórmula de la aceleración. a = f (neto) / m

Primero calculemos la fuerza neta. Como las fuerzas actúan en direcciones opuestas, las restamos.

f (net) = 20 N derecha – 10 N izquierda , y obtenemos f (net) = 10 N derecha

Ahora, inserte la fuerza neta en la ecuación con la masa para calcular la aceleración.

a = 10 N / 10 kg o a = 1 N / Kg

Un Newton de fuerza es igual a 1 kg * m / seg ^ 2. 1 N = 1 kg * m / seg ^ 2 . Si sustituimos este valor de Newton en la ecuación, la masa (kg) se cancela y eso nos deja con las unidades m / seg ^ 2 . Esas son las unidades de aceleración .

Por lo tanto, la aceleración de nuestro objeto es a = 1 m / seg ^ 2 .

Cómo calcular la fuerza

Si conocemos la masa y la aceleración de un objeto, podemos calcular la fuerza. Simplemente reorganice la ecuación para resolver la fuerza. Entonces, como puede ver en la pantalla, f (net) = m * a .

Ejemplo de fuerza

Considere nuevamente nuestro objeto de 10 kg , que ahora se mueve hacia el oeste con una aceleración de 10 m / seg ^ 2 . ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre este objeto?

Recuerde la ecuación de la fuerza. f (neto) = m * a . Entonces simplemente multiplicamos 10 kg, la masa de nuestro objeto, por 10 m / seg ^ 2, la aceleración de nuestro objeto. f (neto) = 10 kg * 10 m / seg ^ 2 .

Y eso nos da una fuerza neta de 100 kg * m / seg ^ 2. f (neto) = 100 kg * m / seg ^ 2 . Si recordamos esas unidades, kg * m / seg ^ 2, son iguales a Newton, por lo que la fuerza neta es igual a 100 Newtons. f (neto) = 100 N .

Por lo tanto, nuestro objeto es empujado hacia el oeste con una fuerza neta de 100 N.

Implicaciones de la segunda ley del movimiento de Newton

La segunda ley de Newton implica que la aceleración ocurre solo en presencia de una fuerza desequilibrada. Si las fuerzas que actúan sobre un objeto están equilibradas, el objeto está en un estado de movimiento constante. Es decir, no está acelerando. Esto es cierto tanto para los objetos en reposo como para los objetos que se mueven con una velocidad constante. Por ejemplo, un automóvil estacionado tiene una fuerza neta de cero. Las fuerzas se equilibran a medida que la fuerza de gravedad que empuja hacia abajo se anula por la fuerza del suelo que empuja hacia arriba el automóvil estacionado. Asimismo, un automóvil que se mueve con una velocidad constante de 65 MPH también experimenta fuerzas equilibradas. Si se aplica una fuerza desequilibrada, el automóvil acelerará. Si aplica los frenos, el automóvil disminuirá la velocidad, es decir, experimentará una aceleración negativa. Si aplica el gas, el automóvil aumentará su velocidad, es decir, experimentará una aceleración positiva.

Resumen de la lección

La segunda ley del movimiento de Newton proporciona una explicación del comportamiento de los objetos cuando se aplican fuerzas a los objetos. La ley establece que las fuerzas externas hacen que los objetos se aceleren y la cantidad de aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta e inversamente proporcional a la masa del objeto . La fuerza neta es la suma total de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto en una dirección particular . Las fuerzas que actúan en la misma dirección se pueden sumar, mientras que las fuerzas que actúan en direcciones opuestas se restan entre sí para determinar la fuerza neta. La aceleración es un cambio de velocidad . La fórmula para calcular la aceleración es la siguiente: a = f (neto) / m, donde a = aceleración, f (neta) = la fuerza neta que actúa sobre el objeto, m = la masa del objeto . La fuerza se puede calcular simplemente reorganizando la fórmula para resolver la fuerza, como puede ver en la pantalla, f (neto) = m * a . Si todas las fuerzas que actúan sobre un objeto están equilibradas, es decir, la fuerza neta es cero, el objeto no acelera. Si se aplica una fuerza desequilibrada, el objeto se acelerará.