APLICACIONES A LA SEGUNDA LEY DE NEWTON Y MECANICA

TRABAJO SENA

Anderson Zapata Patiño

Olga Lucia García Rendón

Santiago Arias Escalante

Juan Manuel Arredondo Pérez

GRADO

10-1

BLOG:

http://la-revolucion101.blogia.com

Cartago (Valle del Cauca)

Año Lectivo 2009-2010

Aplicaciones de la Segunda Ley de Newton

Sobre los bloques de la figura, que se encuentran apoyados sobre una superficie sin

rozamiento, se aplica una fuerza F = 10 N. Si las masas de los bloques son M = 4 Kg y m

= 1 Kg, calcular:

a) la aceleración con que se mueven ambos bloques, y

b) la fuerza que el bloque menor hace sobre el bloque mayor.

La resolución

a) Para encontrar la aceleración con que se mueven los bloques, podemos tomarlos a

ambos como un solo sistema y decir que la fuerza de módulo F está actuando sobre una

masa total de 5 Kg. Entonces aplicamos a este sistema la Segunda Ley de Newton sobre

el eje horizontal:

F = (M + m).a

De allí se obtiene que:

a = F/ (M + m) = 10 N / 5 Kg = 2 m/s2

Obviamente, esa aceleración tendrá la misma dirección y el mismo sentido que F. Al final

de la resolución volveremos a analizar otro enfoque para este punto.

b) Para determinar la fuerza que el bloque menor hace sobre el primer bloque, haremos

los diagramas de cuerpo aislado correspondientes a ambos, aplicando sobre cada uno de

ellos la Segunda Ley de Newton.

Bloque mayor

Donde Fg es el peso del bloque, N es la fuerza normal que la superficie hace sobre el

bloque, Fa es la fuerza aplicada (10 N) y FmM es la fuerza que el bloque menor hace

sobre el bloque mayor.

La Segunda Ley de Newton para este bloque, en la dirección horizontal (que es la que

nos interesa, porque en la dirección vertical la sumatoria de las fuerzas es cero) nos

queda:

Fa - FmM = M. a (1)

Bloque menor

Donde Fg es el peso del bloque, N es la fuerza normal que la superficie hace sobre el

bloque y FMm es la fuerza que el bloque mayor hace sobre el bloque menor.

Para este bloque, la Segunda Ley de Newton sobre la superficie horizontal es:

FMm = m . a (2)

Observaciones:

a) La aceleración en ambas ecuaciones es la misma porque la habíamos calculado

anteriormente, teniendo en cuenta que la fuerza aplicada acelera a todo el sistema.

b) FmM es la fuerza que queremos calcular. Además, FmM y FMm constituyen un par de

acción y reacción, y por lo tanto su módulo puede ser calculado por medio de cualquiera

de las dos ecuaciones.

Matemáticamente resulta más sencilla la ecuación (2), entonces:

FMm = 1 Kg. 2 m/s2 = 2 N (que es lo que queríamos calcular).

Comentario sobre la resolución

En este caso, para calcular la aceleración trabajamos sobre un sistema conformado por

los dos bloques empujados por la fuerza aplicada. A veces, sin embargo, no resulta

sencillo imaginar un sistema conformado por dos o más cuerpos, por lo tanto conviene

trabajar primero con los diagramas de cuerpo aislado como hicimos en la determinación

de la fuerza de contacto que el bloque menor hace sobre el mayor.

Esto se ve claramente si retomamos las ecuaciones (1) y (2)

Fa - FmM = M. a (1)

FMm = m. a (2)

Si trabajamos sobre ellas aplicando algún método de resolución de un sistema de dos

ecuaciones con dos incógnitas (a y FmM), nos queda que:

Fa = (M + m).a

Que es, en definitiva, la ecuación que utilizamos para resolver el inciso a).

El marco de aplicación de la Teoría Cuántica se limita, casi exclusivamente, a los niveles

atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo

es en otros ámbitos, como la electrónica (en el diseño de transistores, microprocesadores

y todo tipo de componentes electrónicos), en la física de nuevos materiales,

(semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en el diseño de

instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), en la criptografía y la computación

cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano.

Un nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas

elementales, abre posibilidades inéditas al procesamiento de datos. La nueva unidad de

información es el qubit (quantum bit), que representa la superposición de 1 y 0, una

cualidad imposible en el universo clásico que impulsa una criptografía indescifrable,

detectando, a su vez, sin esfuerzo, la presencia de terceros que intentaran adentrarse en

el sistema de transmisión. La otra gran aplicación de este nuevo tipo de información se

concreta en la posibilidad de construir un ordenador cuántico, que necesita de una

tecnología más avanzada que la criptografía, en la que ya se trabaja, por lo que su

desarrollo se prevé para un futuro más lejano.

En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía

láser, o la exploración radiológica. En el primero, son utilizados los sistemas láser, que

aprovechan la cuantificación energética de los orbitales nucleares para producir luz

monocromática, entre otras características. En el segundo, la resonancia magnética

nuclear permite visualizar la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de

algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magnético en la que se ha

introducido al paciente.