Leyes de Newton
Durante muchos siglos se intentó encontrar leyes fundamentales que se apliquen a todas o por lo menos a muchas experiencias cotidianas relativas al movimiento. Fue un tema central de la filosofía natural. No fue sino hasta la época de Galileo y Newton cuando se efectuaron dramáticos progresos en la resolución de esta búsqueda.
Isaac Newton (1642 - 1727), nacido el año que murió Galileo, es el principal arquitecto de la mecanica clasica, la cual se resume en sus tres leyes del movimiento.
Antes de la época de Galileo, la mayoría de los pensadores o filósofos sostenía que se necesitaba alguna influencia externa o "fuerza" para mantener a un cuerpo en movimiento. Se creía que para que un cuerpo se moviera con velocidad constante en línea recta necesariamente tenía que impulsarlo algún agente externo; de otra manera, "naturalmente" se detendría. Fue el genio de Galileo el que imaginó el caso límite de ausencia de friccion e interpretó a la fricción como una fuerza, llegando a la conclusión de que un objeto continuará moviéndose con velocidad constante, si no actúa alguna fuerza para cambiar ese movimiento.
Las tres leyes de Newton del movimiento son las llamadas leyes clasicas del movimiento. Ellas iluminaron por 200 años el conocimiento científico y no fueron objetadas hasta que Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad en 1905.
Primera Ley de Newton, de la Inercia
Establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante. Un ejemplo de esto puede encontrarse en el movimiento de los meteoritos y asteroides, que vagan por el espacio en línea recta a velocidad constante, siempre que no se encuentren cercanos a un cuerpo celeste que los desvíe de su trayectoria rectilínea.
La tendencia de un cuerpo a resistir un cambio en su movimiento se llama inercia. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo. El peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo, que no debe confundirse con su masa.
Segunda Ley de Newton, de la Masa
Indica que la aceleracion de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.
F = ma
Este tema está tratado y se accede presionando: Segunda Ley de Newton.
Tercera Ley de Newton, Principo de Accion y Reaccion
Establece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la primera.
Leyes de Newton: Fuerza de Friccion y Diagrama de Cuerpo Libre o Diagrama de Cuerpo Aislado
Cuando dos cuerpos se deslizan entre sí, la fuerza de fricción que ejerce uno sobre el otro se puede definir en forma aproximada como , donde N es la fuerza normal, o sea la fuerza que cada cuerpo ejerce sobre otro, en dirección perpendicular a la superficie de contacto;
se usa para denotar el coeficiente de friccion cinética si hay movimiento relativo entre los cuerpos; si están en reposo, es el coeficiente de friccion estática y
es la máxima fuerza de friccion justo antes de que se inicie el movimiento.
Para resolver problemas en que intervengan fuerzas sobre uno o más cuerpos, es esencial trazar un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo aislado para cada uno de los cuerpos donde se muestren todas las fuerzas que actúan sólo en el cuerpo respectivo
FRICCION:
Fuerzas de Friccion
Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, hay una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de friccion.
Las fuerzas de friccion son importantes en la vida cotidiana. Nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo.
Empíricamente se ha establecido que la fuerza de friccion cinetica es proporcional a la fuerza normal N, siendo k la constante de proporcionalidad, esto es, f = N.
Para ilustrar las fuerzas de friccion, suponga que intenta mover un pesado mueble sobre el piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece "liberarse" para en seguida moverse con relativa facilidad.
Llamemos f a la fuerza de friccion, F a la fuerza que se aplica al mueble, mg a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble).
Durante muchos siglos se intentó encontrar leyes fundamentales que se apliquen a todas o por lo menos a muchas experiencias cotidianas relativas al movimiento. Fue un tema central de la filosofía natural. No fue sino hasta la época de Galileo y Newton cuando se efectuaron dramáticos progresos en la resolución de esta búsqueda.
Isaac Newton (1642 - 1727), nacido el año que murió Galileo, es el principal arquitecto de la mecanica clasica, la cual se resume en sus tres leyes del movimiento.
Antes de la época de Galileo, la mayoría de los pensadores o filósofos sostenía que se necesitaba alguna influencia externa o "fuerza" para mantener a un cuerpo en movimiento. Se creía que para que un cuerpo se moviera con velocidad constante en línea recta necesariamente tenía que impulsarlo algún agente externo; de otra manera, "naturalmente" se detendría. Fue el genio de Galileo el que imaginó el caso límite de ausencia de friccion e interpretó a la fricción como una fuerza, llegando a la conclusión de que un objeto continuará moviéndose con velocidad constante, si no actúa alguna fuerza para cambiar ese movimiento.
Las tres leyes de Newton del movimiento son las llamadas leyes clasicas del movimiento. Ellas iluminaron por 200 años el conocimiento científico y no fueron objetadas hasta que Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad en 1905.
Primera Ley de Newton, de la Inercia
Establece que si la fuerza neta sobre un objeto es cero, si el objeto está en reposo, permanecerá en reposo y si está en movimiento permanecerá en movimiento en línea recta con velocidad constante. Un ejemplo de esto puede encontrarse en el movimiento de los meteoritos y asteroides, que vagan por el espacio en línea recta a velocidad constante, siempre que no se encuentren cercanos a un cuerpo celeste que los desvíe de su trayectoria rectilínea.
La tendencia de un cuerpo a resistir un cambio en su movimiento se llama inercia. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo. El peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo, que no debe confundirse con su masa.
Segunda Ley de Newton, de la Masa
Indica que la aceleracion de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.
F = ma
Este tema está tratado y se accede presionando: Segunda Ley de Newton.
Tercera Ley de Newton, Principo de Accion y Reaccion
Establece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la primera.
Leyes de Newton: Fuerza de Friccion y Diagrama de Cuerpo Libre o Diagrama de Cuerpo Aislado
Cuando dos cuerpos se deslizan entre sí, la fuerza de fricción que ejerce uno sobre el otro se puede definir en forma aproximada como , donde N es la fuerza normal, o sea la fuerza que cada cuerpo ejerce sobre otro, en dirección perpendicular a la superficie de contacto;
se usa para denotar el coeficiente de friccion cinética si hay movimiento relativo entre los cuerpos; si están en reposo, es el coeficiente de friccion estática y
es la máxima fuerza de friccion justo antes de que se inicie el movimiento.
Para resolver problemas en que intervengan fuerzas sobre uno o más cuerpos, es esencial trazar un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo aislado para cada uno de los cuerpos donde se muestren todas las fuerzas que actúan sólo en el cuerpo respectivo
FRICCION:
Fuerzas de Friccion
Siempre que un objeto se mueve sobre una superficie o en un medio viscoso, hay una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de friccion.
Las fuerzas de friccion son importantes en la vida cotidiana. Nos permiten caminar y correr. Toda fuerza de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo.
Empíricamente se ha establecido que la fuerza de friccion cinetica es proporcional a la fuerza normal N, siendo k la constante de proporcionalidad, esto es, f = N.
Para ilustrar las fuerzas de friccion, suponga que intenta mover un pesado mueble sobre el piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece "liberarse" para en seguida moverse con relativa facilidad.
Llamemos f a la fuerza de friccion, F a la fuerza que se aplica al mueble, mg a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble).
La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de friccion puede representarse mediante el siguiente grafico:
Aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor que cierto valor N, cuyo significado se explica más abajo, el pesado mueble no se mueve y la fuerza de roce entre las patas del mueble y el piso es exactamente igual a la fuerza F aplicada. Estamos en la denominada "zona estatica", en que f = F. Si continuamos aumentando la fuerza F alcanzaremos la situación en que f = N, la máxima fuerza de friccion estatica y el mueble parecerá "liberarse" empezando a moverse, pero esta vez con una fuerza de friccion llamada cinetica y cuya relación con la fuerza normal es
fk = N (zona cinetica)
Donde es el coeficiente de roce cinetico, que debe distinguirse del coeficiente de roce estatico , mencionado mas arriba. se obtiene encontrando el cuociente entre la máxima fuerza de roce (condición a punto de resbalar) y la fuerza normal. De ahí que N nos entrega el valor máximo de la fuerza de roce estatico.
El coeficiente de roce estatico es siempre mayor que el coeficiente de roce cinetico. Los coeficientes de friccion estatico y cinetico para madera sobre madera, hielo sobre hielo, metal sobre metal (lubricado), hule sobre concreto seco, y las articulaciones humanas, estan aqui descritos para esas determinadas superficies:
Ejemplo. Una caja de 10 kg descansa sobre un piso horizontal. El coeficiente de friccion estatico es = 0.4, y el de friccion cinetica es =0.3. Calcule la fuerza de friccion f que obra sobre la caja si se ejerce una fuerza horizontal externa F cuya magnitud es a) 10 N, b) 38N, c) 40 N.
SOLUCION:
El diagrama de cuerpo libre o de cuerpo aislado es:
Como N - mg = 0 N = mg = 98 N
1.La fuerza de fricción estatica se opone a cualquier fuerza aplicada, hasta llagar a un máximo N = (0.4)(98N) = 39.2 N. Como la fuerza aplicada es F = 10 N, la caja no se moverá y f = F = 10 N.
2.Todavía la fuerza de 38 N no supera los 39.2 N, la fuerza de fricción habrá aumentado a 38 N, f = 38N.
3.Una fuerza de 40 N hará que la caja comience a moverse, porque es mayor que la fuerza máxima de fricción estatica, 39.2 N. En adelante se tiene fricción cinetica, en lugar de friccion estatica y la magnitud de la fricción cinetica es N = 0.3(98N) = 29 N. Si la fuerza aplicada continúa siendo F = 40 N, la aceleracion que experimentará la caja será (40N - 29N)/10kg = 1.1 m/s2
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