Las Leyes de Newton

y el movimiento

Aristóteles

Como para casi todo, Aristóteles tenía una teoría del movimiento…. Y como en casi todo, estaba equivocado….

• Para Aristóteles, el reposo era el estado “natural” de los cuerpos

• Los objetos se veían atraídos por sustancias similares (piedra y suelo; humo y atmósfera)

• Los objetos se mueven mientras se les aplique una fuerza

Galileo

• Galileo rebatió 2000 años de teoría Aristotélica

• Con experimentos, comprobó que dos objetos de distinta masa caen a la misma velocidad

El famoso experimento de la torre de

Pisa

Además postuló un enunciado importante: la velocidad no es

absoluta (postulado de relatividad)…. Lo cual lleva a que el reposo y el movimiento uniforme son indistiguibles

Isaac Newton• Se basó en los trabajos de Galileo para enunciar sus

leyes del movimiento

También siguió los razonamientos de Galileo para su Ley de Gravitación Universal

Test de aptitud Newtoniana

¿Qué trayectoria sigue la bala?

Test de aptitud Newtoniana

¿Donde cae el proyectil?

Ley de Inercia

• Si el pasto no tuviera raíces, ¿podríamos cortarlo con una cortadora de césped de cuchillas?

• 1ra Ley – Un objeto en reposo permanecerá en reposo, y un objeto en movimiento seguirá en movimiento a velocidad constante, hasta que sufra la acción de una fuerza no equilibrada.

• 2da Ley – La fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración.

• 3ra Ley – Para cada acción hay una reacción igual y opuesta.

Patinando por un sueño

Ley de Inercia

• Es fácil de entender con objetos en reposo.

• Cuando hay movimiento, el concepto es más difícil porque choca las observaciones de la vida cotidiana.

• Ejemplo: el “truco” del mantel ¿Porqué el florero no cae?

• Ejemplo: movimiento en el espacio

• ¿Por qué las personas se caen hacia delante cuando un tren en movimiento se frena hasta detenerse y caen hacia atrás cuando un tren que está en reposo empieza a acelerarse? ¿Qué sucede si el tren toma una curva a velocidad constante?

En la vida cotidiana, encontramos complicaciones que enmascaran los conceptos simples de la física. Para poder apreciarlos, debemos minimizar o sobrepasar las complicaciones:

- Trabajar sobre el suelo (chau gravedad)

- Usar ruedas, hielo o aire como soporte (minimiza la fricción)

- Trabajar rápido (sobrepasa la fricción y resistencia del aire)

2a Ley: Definición de fuerza

• La segunda ley nos dice que distintos cuerpos son acelerados de forma distinta por la misma fuerza.

• La magnitud de la aceleración recibida dependerá de una propiedad de los objetos denominada masa.

Problemas1)Un jugador de hockey recibe un impacto de

2000 N debido a una inesperada colisión con la pared. Halle su aceleración y compárela con la aceleración sufrida en caída libre. La masa es de 100 kg.

a = F/m = 2000 N/100 Kg = 20 m/s2; la aceleración de la gravedad es de 9,8 m/s2, aproximadamente la mitad.

2) Durante el lanzamiento, un astronauta de 75 kg experimenta una aceleración de 40 m/s2. Calcule la fuerza que actúa sobre él, y compárela con la fuerza que sufre cuando está estacionario en tierra

F=m*a=75 kg * 40 m/s2 = 3000 N

Aproximadamente 4 veces la fuerza de la gravedad.

3) Una pelota de tenis de 50 g puede acelerarse a 1000 m/s2 para alcanzar una velocidad de saque de 210 km/h. Calcule la fuerza requerida para acelerarla. ¿Es el resultado razonable?

F=m*a=0,050 Kg x 1000 m/s2=50N

Si, es razonable, ya que con una mano uno podría levantar 250N sin mayores inconvenientes.

4) Cuando una fuerza de 200 N es ejercida, un asteroide se acelera a 0,002 m/s2. ¿Cuál es la masa del asteroide?

m= F/a=200N/0,002 m/s2= 1 x 105 kg.

Ley de Acción y Reacción

• “ Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B; entonces el cuerpo B ejercerá la misma fuerza sobre el cuerpo A, pero la misma tendrá el sentido contrario”. Lo que podría denominarse “Ley de conservación de la fuerza”.

¿Qué fuerzas actúan sobre el libro?

¿Qué fuerzas actúan sobre el libro?

• Hay dos pares de fuerzas aquí:

• 1) La atracción de la tierra sobre el libro y la atracción del libro sobre la tierra (fuerzas de gravitación)

• 2) El empuje del libro sobre la mesa y el empuje de la mesa sobre el libro (fuerzas de contacto)

Otra situación:

• Si tenemos dos magnetos, uno de ellos más potente que el otro; y los colocamos de tal forma que se atraigan entre ellos: ¿Tirará con más fuerza el magneto más grande?

No, de acuerdo a la tercera ley de Newton, ambos tirarán con la misma fuerza, sino sería posible mover un automóvil con el esquema de la siguiente figura

Fuerzas

• Las fuerzas, a diferencia de otras cantidades en física, son magnitudes vectoriales

Esto quiere decir que además de su valor absoluto, debemos especificar su dirección y sentido

• Para ello, debemos recurrir al uso de vectores:

Son flechas que nos señalan la dirección y sentido de las fuerzas, mientras que su longitud representa su tamaño o magnitud

Por ejemplo, para distinguir entre dos velocidades, una el doble de la otra, se representa con un vector del doble de tamaño.

60 Km/H

30 Km/h

Problemas

• Antes del tiempo de Galileo y Newton, se enseñaba que una piedra que se soltaba desde lo alto del mástil de un barco, golpeaba la cubierta debajo del mástil a una distancia igual a lo que se había movido el barco mientras estaba cayendo. De acuerdo a las leyes de Newton, ¿qué piensa de esto?

• ¿Puede la velocidad de un objeto revertir su dirección mientras mantiene una aceleración constante?. Si es así, de un ejemplo, sino explique porqué.

Aceleración Percibida• Cuando comienza una carrera, ¿ Qué dirección tiene la fuerza

sobre el conductor? ¿Qué dirección tiene la aceleración percibida?

AceleraciónPercibida

F

La experiencia del peso

• La fuerza de tu peso causa una serie de fuerzas de soporte entre las partes de tu cuerpo

¡El cuerpo interpreta estas fuerzas como un cambio en el peso!

Ejemplo: el ascensor

El peso aparente y la aceleración

Montañas Rusas

• Este fenómeno es aprovechado en los parques de diversiones

Las montañas rusas son más divertidas cuando producen aceleración en forma de giros, círculos, caídas ,etc

Las fuerzas “g”

• Son las responsables de que estas atracciones sean divertidas

• El cuerpo no distingue entre aceleración y peso aparente

Inside the Numbers

G Force 

Example 

1  Standing. 

1.2  Normal elevator acceleration (up). 

1.5-2  Walking down stairs. 

2-3  Hopping down stairs. 

1.5  Commercial airliner during takeoff run. 

2  Commercial airliner at rotation. 

3.5  Maximum acceleration in amusement park rides (design guidelines). 

4  Indy cars in the second turn at Disney World (side and down force). 

4+  Carrier based aircraft launch. 

10  Threshold for blackout during violent maneuvers in high performance aircraft. 

10  The NASA g-force simulator is limited to 10 g for astronaut training. 

11  Alan Shepard in his historic sub orbital Mercury flight experience a maximum force of 11 g. During this time he was unable to speak because he could not move his jaw. 

20  The Colonel Stapp experiments on acceleration in rocket sleds indicated that in the 10 to 20 g range there was the possibility of injury because of organs moving inside the body. Beyond 20 g they concluded that there was the potential for death due to internal 

30  The design maximum for sleds used to test dummies with commercial restraint and air bag systems is 30 g.

El “cometa del vómito”