Download fuerza de la gravedad.

Newton y la Inercia
Tierra y cielo
Para Aristóteles el universo se componía de dos
partes: la tierra y el cielo.
Tierra y cielo
Y la tierra y el cielo se comportaban de manera
completamente diferente.
Tierra y cielo
En la tierra todo cambia o se desintegra:
Los hombres envejecen y mueren, los edificios se
deterioran y derrumban, el mar se encrespa y
luego se calma, el fuego prende y luego se apaga,
la Tierra tiembla con los terremotos.
Tierra y cielo
En el cielo existe la serenidad y la inmutabilidad:
El Sol sale y se oculta puntualmente, la luz del Sol
jamás sube ni baja de brillo, la Luna atraviesa sus
fases de manera regular, y las estrellas brillan sin
cansarse.
Tierra y cielo
Para Aristóteles las dos partes del Universo
funcionaban con reglas o «leyes naturales»
distintas. Una ley natural para las cosas de la
Tierra y otra ley natural para las cosas del cielo.
Tierra y cielo
Cuando Aristóteles pensaba en el movimiento se
dio cuenta que estas leyes naturales eran
evidentes.
Tierra y cielo
Una piedra soltada en el aire caía derecha hacia
abajo.
Tierra y cielo
En un día sin viento, el
humo subía hacia arriba.
Tierra y cielo
En la Tierra todos los movimientos parecían
avanzar o hacia arriba o hacia abajo.
Tierra y cielo
Pero todo lo contrario sucedía en el cielo.
Tierra y cielo
El Sol no caía hacia la Tierra ni se alejaba de ella.
Tierra y cielo
La Luna no caía hacia la Tierra ni se alejaba de
ella.
Tierra y cielo
Las estrellas no caían hacia la Tierra ni se alejaban
de ella.
Tierra y cielo
Aristóteles creía que el Sol, la Luna y las estrellas
se movían en círculos suaves y uniformes
alrededor de nuestro planeta.
En la Tierra
Había otra diferencia. En la Tierra los objetos en
movimiento terminaban por detenerse.
En la Tierra
La piedra caía al suelo y se detenía.
En la Tierra
Una pelota podía botar varias veces, pero muy
pronto quedaba en reposo.
En la Tierra
Este carrito caerá por el plano inclinado y luego se
detendrá.
En la Tierra
Y hasta este caballo al galope acababa por
cansarse y pararse.
En la Tierra
En la Tierra, por lo tanto, cualquier objeto en
movimiento regresa al estado natural del reposo.
En la cielo
En el cielo, por el contrario, la Luna, el Sol y las
estrellas jamás se detenían y se movían siempre
con la misma rapidez.
El movimiento para Aristóteles
En conclusión para Aristóteles:
En la Tierra el reposo.
En el cielo el movimiento.
El movimiento para Aristóteles
Las ideas de Aristóteles estuvieron vigentes
durante casi dos mil años.
¡Hasta que apareció Galileo
Galilei con mejores ideas!
El movimiento para Galileo
Aristóteles creía que los objetos pesados caían
más rápido que los objetos livianos. Galileo
mostró que todos los objetos caen con la misma
aceleracion.
El movimiento para Galileo
Los objetos muy livianos caían más despacio.
Pero Galileo explicó por qué: al ser tan livianos, no
podían abrirse paso a través del aire.
El movimiento para Galileo
Pero en el vacío caen igual de rápido un trozo de
plomo que una pluma. Los cuerpos ya no se
verían retardados por la resistencia del aire.
Isaac Newton
Cuarenta años después de la muerte de Galileo, el
científico inglés Isaac Newton estudió cómo la
resistencia del aire influía sobre los objetos en
movimiento.
Isaac Newton
Isaac Newton logró descubrir otras formas de
movimiento y otras formas de interferencias.
Isaac Newton
Cuando una piedra caía y llegaba a la tierra, su
movimiento terminaba ¿por qué?
Isaac Newton
El movimiento de la piedra terminaba porque el
suelo se cruzaba en su camino.
Isaac Newton
Y cuando una roca rodaba por un cerro, el suelo
seguía cruzándose en su camino.
Isaac Newton
La roca se paraba debido al rozamiento entre las
asperezas de la superficie del cerro y las
asperezas de la roca.
Isaac Newton
Cuando la roca bajaba por una carretera lisa y
pavimentada, el rozamiento era menor y la roca
llegaba más lejos antes de pararse.
Isaac Newton
Newton pensó: ¿Qué ocurriría si un objeto en
movimiento no hiciese contacto con nada, si no
hubiese barreras, ni rozamiento ni resistencia del
aire?
Isaac Newton
¿Qué pasaría si el objeto se moviera a través
de un enorme vacío?
El movimiento para Newton
En ese caso no habría nada que lo
detuviera, lo retardara o lo desviara de su
trayectoria.
El objeto seguiría moviéndose para siempre
a la misma velocidad y en la misma
dirección.
El movimiento para Newton
Para Newton el estado natural de un objeto en la
Tierra no era necesariamente el reposo.
El reposo era sólo una posibilidad.
El movimiento para Newton
Newton resumió sus conclusiones en un
enunciado que puede expresarse así:
La Primera Ley de Newton
Cualquier objeto en reposo...
permanecerá para siempre en reposo.
Cualquier objeto en movimiento...
se moverá a la misma velocidad y en
línea recta indefinidamente.
La Primera Ley de Newton
Este enunciado es la primera ley de Newton del
movimiento.
Newton descubrió que los objetos tendían a
permanecer en reposo o en movimiento.
La Inercia
Era como si los objetos fueran muy «perezosos» para
cambiar de estado. La primera ley de Newton se
denomina la ley de la «inercia».
«Inertia», en latín, quiere decir «ocio», «pereza».
La Inercia
Los objetos tienen diferentes cantidades de
inercia (de resistencia al cambio).
Al viajar en automóvil es
muy común notar estas
fuerzas de inercia por
ejemplo:
Cuando el automóvil acelera
te sientes presionado al
asiento o en caso contrario
si frena te sientes expulsado
del asiento.
A mayor sea la aceleración o
desaceleración la presencia
de esta fuerza es mas
visible.
El movimiento para Newton
A una pelota de playa con una patadita la
podemos mandarlo muy lejos.
A una bala de cañón hay que empujarla con todas
nuestras fuerzas, y aun así se moverá muy
despacio.
El movimiento para Newton
A una pelota de playa la podemos parar con una
mano.
Una bala de cañón, a la misma velocidad, nos
arrancaría la mano.
El movimiento para Newton
Es mucho más difícil cambiar el estado de movimiento
de la bala de cañón.
La bala de cañón tiene mucha más inercia.
El movimiento para Newton
Newton notó que la masa de un objeto es la
cantidad de inercia del objeto.
El movimiento para Newton
Una bala de cañón tiene más masa que una pelota
de playa.
Una bala de cañón tiene también más peso que
una pelota de playa.
El movimiento para Newton
Pero el peso no es lo mismo que la masa.
En la Luna, por ejemplo, el peso de cualquier objeto
es sólo un sexto de su peso en la Tierra, pero su
masa es la misma.
El movimiento para Newton
El movimiento de una bala de cañón en la Luna sería
tan difícil de iniciar y tan peligroso de detener como en
la Tierra;
Y,
sin
embargo,
la
bala
nos
sorprendentemente ligera al levantarla.
parecería
El movimiento para Newton
Para hacer que un objeto se mueva más rápido, se
mueva más lento o para que desvié su trayectoria, hay
que jalarlo o hay que empujarlo.
El movimiento para Newton
Un jalón o un empujón recibe el nombre de
«fuerza».
El movimiento para Newton
Y la razón (por unidad de tiempo) a la que un cuerpo
aumenta o disminuye su velocidad o cambia de dirección
es la «aceleración».
Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza
El cambio de movimiento es
proporcional a la fuerza motriz
impresa y ocurre según la línea recta a
lo largo de la cual aquella fuerza se
imprime.
La segunda ley explica qué ocurre si
y
sobre un cuerpo en movimiento
actúa
una fuerza. En ese caso, la fuerza
modificará el movimiento, cambiando
la velocidad en módulo o dirección.
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 ≈
∆𝑃
∆𝑡
𝐹 ≈
∆𝑚𝑣
∆𝑡
𝐹 ≈
𝑚∆𝑣
∆𝑡
El movimiento para Newton
Dicho de otro modo, un objeto, al jalarlo o al
empujarlo, tiende a acelerar o a retardar su
movimiento o a cambiar de dirección.
Cuanto mayor es la fuerza, mayor es el cambio de
velocidad o de dirección.
El movimiento para Newton
Además la masa del objeto -o sea la cantidad de
inercia que posee- actúa en contra de la
aceleración.
El movimiento para Newton
Un empujón fuerte hará que el balón de playa (que
tiene poca masa) se mueva más rápido.
Pero el mismo empujón aplicado a la bala de cañón
(que tiene mucha más masa), apenas afectará su
movimiento.
La tercera Ley de Newton
Newton propuso luego una tercera ley del movimiento,
que puede enunciarse de la siguiente manera:
Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo,
éste ejerce sobre el primero una fuerza igual pero de
sentido contrario.
Fuerzas
O sea si un libro aprieta hacia abajo sobre una mesa, la
mesa tiene que estar empujando el libro hacia arriba
con la misma fuerza.
Fuerzas
Por eso el libro se queda donde está, sin desplomarse a
través del tablero ni saltar a los aires.
Fuerzas
Si una manzana cae hay
una fuerza que la jala
hacía abajo.
Fuerzas
Si sostenemos una
manzana hay una fuerza
que la empuja hacía
arriba
Tierra y cielo
Las tres leyes del movimiento sirven para explicar
casi todos los movimientos y fuerzas de la Tierra.
Tierra y cielo
Y estas leyes...
¿Sirven también para explicar los movimientos de
los cielos?
En el cielo
Los objetos del cielo se mueven en el vacío, pero
no en línea recta.
En el cielo
La Luna sigue una trayectoria curva alrededor de la
Tierra. No se mueve en línea recta porque sufre un
jalón lateral en dirección a la Tierra.
En el cielo
La Luna se ve jaloneada de este modo por que existe
una fuerza aplicada a ella, una fuerza ejercida siempre
en dirección a la Tierra.
En el cielo
La Tierra ejerce una fuerza sobre los cuerpos
terrestres y hace que, por ejemplo, las manzanas
caigan.
Es la fuerza de la gravedad.
En el cielo
¿Es la gravedad la misma fuerza que actúa sobre la Luna?
En el cielo
Newton aplicó sus tres leyes del movimiento a la Luna y
demostró que su trayectoria quedaba explicada
admirablemente con la fuerza de la gravedad.
En el cielo
Y esto no termina aquí porque cualquier objeto del
universo establece una fuerza de gravedad.
En el cielo
Y es la gravedad del Sol, por ejemplo, la que hace que la
Tierra gire y gire alrededor del astro central.
La gravedad
Newton aplicó sus tres leyes para demostrar que la
fuerza de gravitación entre dos cuerpos del universo
dependía
de las masas de los cuerpos y
de la distancia entre ellos.
La gravedad
Cuanto mayores son las masas,
mayor la fuerza.
Y cuanto mayor es la distancia mutua,
menor la atracción entre los cuerpos.
La gravedad
Newton había descubierto la ley de la gravitación
universal.
Esta ley consiguió dos cosas importantes.
La gravedad
En primer lugar explicaba el movimiento de los
cuerpos celestes hasta casi sus últimos detalles;
La gravedad
En segundo lugar, y quizá sea esto lo más
importante...
La gravedad
Newton demostró que Aristóteles se había equivocado
al pensar que existían dos conjuntos de leyes naturales,
uno para los cielos y otro para la Tierra.
El movimiento para Newton
Las tres leyes del movimiento explicaban igual de
bien:
El movimiento para Newton
la caída de una
manzana...
El movimiento para Newton
el rebote de una pelota...
El movimiento para Newton
la trayectoria de la
Luna...
El movimiento para Newton
Newton demostró así que los cielos y la Tierra no
eran distintos. Los cielos y la Tierra eran parte del
mismo universo.
El movimiento para Newton
"La naturaleza y sus leyes yacían ocultas en
la noche. Dijo Dios, sea Newton, y fue la luz"
Pope