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Leyes de Newton
Curso de Física I
Contenido
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Concepto de fuerza
Ejemplos de fuerzas
Primera ley de Newton
Inercia y masa
Marco de referencia inercial
Segunda ley de Newton
Tercera ley de Newton
Equilibrio
Técnicas de resolución de problemas
Fuerzas de fricción
Concepto de fuerza
Una fuerza es intuitivamente algo que implica un
jalón o empujón.
Debemos distinguir entre fuerzas de contacto y de
acción a distancia (fuerzas de campo).
La fuerza es aquello que ocasiona que un cuerpo se
acelere.
Cuando la velocidad de un cuerpo es constante o
cuando un cuerpo está en reposo, se dice que está en
equilibrio, en este caso la suma de las fuerzas
actuando sobre el cuerpo es cero.
Ejemplos de fuerzas
Fuerzas de contacto
Fuerzas de campo
m
M
q
Q
Hierro
N
S
Primera ley de Newton
(ley de inercia)
Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de
movimiento uniforme en línea recta, a menos que se le
obligue a cambiar dicho estado por fuerzas que ejerzan
su acción sobre él.
Un objeto en reposo permanecerá en reposo a menos
que una fuerza resultante distinta de cero actúe sobre él.
Un objeto en movimiento continuará su movimiento a
lo largo de una trayectoria rectilínea a velocidad
constante a menos que una fuerza resultante diferente
de cero actúe sobre él.
Inercia y masa
•La inercia de un cuerpo es la tendencia a resistir cualquier cambio
en su estado de movimiento.
•La masa es una medida de la inercia de un cuerpo.
•La masa se mide en kilogramos (kg).
•Los objetos poseen inercia, es decir, tiene masa.
Si una fuerza actua sobre un objeto de masa m1 y produce una
aceleración a1, y si la misma fuerza actúa sobre un cuerpo de masa
m2 produce una aceleración a2. La razón entre las masas es
inversamente proporcional a la razón entre las aceleraciones, es
decir:
m1 a2

m2 a1
Marco de referencia inercial
En un marco de referencia inercial, un cuerpo que no esté
sujeto a una fuerza neta permanecerá en reposo o se
moverá a velocidad constante.
En un marco de referencia inercial se cumple la primera
ley de Newton.
Segunda ley de Newton
La fuerza neta,  F, que actúa sobre una partícula de masa m
produce una aceleración a =  F/m en dirección de la fuerza neta.
Fneta  m para a constante
F0
2F0
3F0
m0
a=a0
m0 m0
a=a0
m0 m0 m0 a=a0
Fneta  a para m constante
F0
2F0
3F0
m0
a=a0
m0
a=2a0
m0
a=3a0
La aceleración de un cuerpo es la misma en todos los marcos
de referencia inerciales.
Continuación
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la
fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a
su masa.
El peso w es la fuerza que ejerce la Tierra sobre un objeto.
w = mg
Tercera ley de Newton
Si dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida sobre el cuerpo 1
por el cuerpo 2 es igual y opuesta a la fuerza ejercida sobre el
cuerpo 2 por el cuerpo 1:
F12 = -F21
2
F12 = -F21
F21
F21
F12
1
F12
Equilibrio
Cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo suman cero, se dice
que está en equilibrio traslacional. Si el cuerpo está en reposo,
está en equilibrio estático, mientras que si se mueve con
velocidad constante, está en equilibrio dinámico.
n = -n’ y w = -w’
n
w
n’
w’
Técnicas de solución de
problemas
Para preparar un diagrama de cuerpo libre para un objeto dado:
1. Identifique y aísle el cuerpo en cuestión. Haga un diagrama en el que el cuerpo
aparezca claramente identificado.
2. Identifique todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo aislado. Trace cada una en
el diagrama de cuerpo libre, como una flecha con identificación, con su dirección y
magnitud aproximadas.
3. Si interviene más de una dirección, trace un conjunto de ejes coordenados con el
origen en un punto fijo del diagrama; es decir que no esté fijo al cuerpo mismo. Escoja
estos ejes de tal manera que se pueda sacar con facilidad los componentes de las
diversas fuerzas, a lo largo de los ejes.
4. Descomponga todas las fuerzas en sus componentes con respecto a los ejes
coordenados que ha seleccionado.
5. Si incluye una flecha que represente la posible dirección de la aceleración del
cuerpo, haga que se distinga claramente de las flechas que representan fuerzas.
Suma de fuerzas
Las fuerzas se representan como vectores, por lo tanto, deben
sumarse como tales.
F3 = F1 + F2
F1
F2
Semáforo en reposo
37°
Diagrama de cuerpo
libre del semáforo
53°
T2
T1
Diagrama del nudo
que une los cables
T3
y
T1
T3
37°
T2
53°
x
T3
w
Caja sobre plano inclinado
m
y
n
a
d
mg senq
q
mg cosq
q
x
w = mg
Máquina de Atwood
a
T
T
m1
m1
m2
m1g
m2
m2g
a
Dos objetos conectados
T
a
y
n
T
a
m1
m2g senq
m1g
m2
m2g cosq
q
x
m1
q
w = m2g
Un bloque empuja a otro
F
m1
m2
n1
n2
P’
F
w1
P
w2
Fuerza de fricción
La fuerza de fricción es el resultado de la interación de un cuerpo
con sus alrededores.
Si se aplica una fuerza F a un objeto sobre una superficie, la
superficie ejerce una fuerza de fricción f, la cual se opone a la
fuerza F. Si el cuerpo permanece en reposo, se tendrá F=f. A esta
fuerza se le llama fuerza de fricción estática, fe. Cuando la fuerza
F es lo suficientemente grande, el cuerpo comenzará a moverse,
en este caso la fuerza de fricción será fe,max.
n
F
fe
w
Fricción cinética
La fuerza de fricción cinética fc se presenta cuando el cuerpo
esta en movimiento. En general la fuerza de fricción cinética es
menor que la fuerza de fricción estática máxima fe,max.
|f|
Movimiento
n
F
fe,max = men
fc
w
fe = F
fc = mcn
F
Región estática
Región cinética
Características de la fuerza de
fricción
Experimentalmente se encuentra que tanto fe,max como fc entre dos superficies
son proporcionales a la fuerza normal. Las siguientes observaciones se cumplen:
•La dirección de la fuerza de fricción estática entre cualquiera dos superficies
en contacto se oponen a la dirección de cualquier fuerza aplicada y puede tener
valores fe  men, donde me es el coeficiente de fricción estática y n es la
magnitud de la fuerza normal.
• La dirección de la fuerza de fricción cinética que actúa sobre un objeto es
opuesta a la dirección de su movimiento y está dada por Fc = mcn, donde mc es
el coeficiente de fricción cinética.
•Los valores me y mc dependen de la naturaleza de las superficies, aunque mc es,
generalmente, menor que me.
•Los coeficientes de fricción son independientes del área de contacto entre las
superficies.
Medición de me y mc
y
n
f
x
mg senq
mg cosq
q
q
w = mg
Objetos conectados con fricción
T
m1
q
F
m2g
F sen q
F
n
m2
T
q
F cos q
fc
m1g
a