Download Semana 6 Tercera Ley de Newton

Segunda Ley
Semana
6 de Newton
Tercera Ley de Newton
Semana 5
¡Empecemos!
Ya hemos avanzado en
nuestros saberes acerca de
las leyes del movimiento; hemos estudiado en las semanas anteriores la relación entre el tipo de movimiento y la
fuerza neta que actúa sobre
el cuerpo. Sin embargo, falta
algo muy importante por definir: ¿qué cuerpos interactúan mediante una fuerza?
Algunas de las preguntas que responderemos en esta semana son: ¿cómo
interactúan los cuerpos?, ¿qué cuerpo recibe mayor fuerza durante un choque? Y si empujamos un móvil desde adentro, ¿podremos moverlo? Continúa
este maravilloso viaje por el mundo de la física del movimiento.
¿Qué sabes de...?
A continuación se presentan una serie de experimentos muy sencillos y preguntas de igual dificultad que ayudarán a indagar tus saberes previos sobre
este tema:
1. Presiona tus dedos entre sí y notarás que conforme presionas más fuerte, ambos pierden color con igual intensidad. ¿Por qué?
2. Lanza una pelota de goma contra la pared. ¿Por qué rebota?, ¿qué fuerza la hace rebotar?
3. En un día frío y lluvioso, el acumulador (batería) de tu automóvil está
“muerto”, y debes empujar el vehículo para que arranque. ¿Por qué no
puedes empujar cómodamente sentado en el interior y empujando
contra el tablero?
4. La fuerza que se ejerce contra el cañón que dispara y le hace retroceder
es exactamente igual en magnitud a la fuerza que impulsa la bala. Entonces, ¿por qué la bala acelera más que el cañón?
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Semana 6
Tercera Ley de Newton
El reto es...
El ejemplo del caballo que hala la carreta tipifica la confusión que se puede
presentar cuando se trata de aplicar la Tercera Ley de Newton. Si el caballo
hala a la carreta y la carreta hala al caballo: a) ¿Por qué se mueven ambos?; b)
¿No es la fuerza resultante igual a cero, por lo cual no debe producirse desplazamiento?; c) ¿Qué fuerzas actúan sobre la carreta?; d) ¿Qué fuerzas actúan
sobre el caballo?; e) ¿Qué fuerzas se ejercen sobre el sistema caballo-carreta,
tomado como un todo?; f ) Si el caballo quiere aumentar su velocidad, ¿tendrá
que hacer más fuerza sobre el piso o sobre la carreta?
Vamos al grano
Ley de acción y reacción
Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto,
el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección
opuesta sobre el primero.
Entonces podemos identificar una fuerza de acción y una fuerza de reacción, y expresar la Tercera Ley de Newton como sigue:
A cada acción siempre se opone una reacción igual.
Identificación de la acción y la reacción: para comprender esta Ley es necesario establecer una serie de ejemplos para familiarizarnos con la situación:
1. Acción: el neumático empuja el pavimento. Reacción: el pavimento empuja el neumático.
2. Acción: el cohete empuja los gases. Reacción: los gases empujan el cohete.
3. Acción: el hombre tira de un resorte. Reacción: el resorte tira del hombre.
4. Acción: la Tierra tira de la pelota. Reacción: la pelota
tira de la Tierra.
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No importa cuál fuerza sea la de acción y
cuál la de reacción. Lo que interesa es que
constituyen una sola interacción y que ninguna fuerza existe sin la otra.
Semana 6
Tercera Ley de Newton
Este trabajo de identificar las fuerzas de acción y de reacción en cada situación implicó una dificultad para Isaac Newton en el planteamiento de su
Tercera Ley y es que surge una pregunta interesante: si las fuerzas de acción y
de reacción son iguales en magnitud y opuestas en dirección, ¿por qué no se
anulan? Para contestarla, debemos definir el sistema que interviene.
Consideremos un libro en reposo sobre una mesa. Las fuerzas que actúan
sobre él son la fuerza normal que ejerce la mesa y el peso del libro (fuerza gravitacional). Como lo explicamos anteriormente, a cada fuerza le corresponde
una acción y una reacción; así, la reacción a la fuerza normal de la mesa sobre
el libro es la fuerza que ejerce el libro sobre la mesa, y la reacción del peso del
libro es la fuerza con la que el libro atrae a la Tierra. Observa que siempre la
acción y la reacción actúan en cuerpos diferentes.
En este caso, se suele confundir la fuerza que ejerce el libro sobre la mesa con
el peso del libro. Si bien son iguales en
magnitud y dirección, esas fuerzas son
diferentes y, además, actúan en cuerpos
distintos. El peso es una interacción entre la Tierra y el libro, y la fuerza del libro
sobre la mesa es una interacción entre
el libro y la mesa.
Diagrama de cuerpo libre
Acción
Del libro
Normal: empuje de la
y
mesa sobre el libro.
Peso: fuerza con que
N
la Tierra atrae al libro.
x
Reacción
Empuje del libro sobre
la mesa.
Fuerza con la que el libro atrae a la Tierra.
w
De la mesa
y
N
FL
wm
x
Normal: empuje del
piso sobre la mesa.
Peso: fuerza con que
la Tierra atrae a la
mesa.
Empuje del libro sobre la mesa.
Empuje de la mesa sobre el piso.
Fuerza con la que la
mesa atrae a la Tierra.
Empuje de la mesa sobre el libro (fuerza normal del diagrama de
cuerpo libre anterior).
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Semana 6
Tercera Ley de Newton
Ahora compliquemos un poco
más el estudio: analicemos un vehículo que es remolcado por una
grúa. Sobre el vehículo remolcado
actúan la fuerza normal de la carretera, el peso del vehículo y la tensión
de la cadena que lo hala. Las reacciones son el empuje del vehículo
sobre la carretera, la fuerza con que
el mismo atrae a la Tierra y la fuerza
que aplica a la cadena, respectivamente. Estas fuerzas, aunque son iguales
en magnitud y opuestas en dirección, no se anulan, porque son aplicadas en
cuerpos diferentes. Ahora, si consideramos el sistema vehículo-grúa como un
todo, tenemos que la fuerza de la cadena sobre el vehículo y del vehículo sobre la cadena son opuestas, pero están dentro del mismo sistema; es decir, no
realizan ningún cambio. Para que el sistema se mueva más rápido o más lento
se necesita una fuerza externa. Ahí entra en juego la fricción entre la carretera
y los cauchos de la grúa; de no existir esa fricción, no importan las fuerzas que
actúen dentro del sistema, este nunca se movería; siempre se necesita una
fuerza externa para que el sistema cambie su estado de movimiento.
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Diagrama de cuerpo libre
Acción
Del vehículo
Normal: empuje de
la carretera sobre el
y
vehículo.
Peso: fuerza con la
N
T
que la Tierra atrae al
x
vehículo.
w
Tensión: fuerza con
la que la grúa hala al
vehículo.
Reacción
Empuje del vehículo
sobre la carretera.
Del sistema vehículo-grúa Normal: empuje de la
carretera sobre el veNy
hículo y la grúa.
Peso: fuerza con la que
Fc
la Tierra atrae al vehículo y la grúa.
x
Fuerza de la carretera
w
sobre los cauchos.
Empuje del vehículo
y de la grúa sobre la
carretera.
Fuerza con la que el
vehículo y la grúa
atraen a la Tierra.
Fuerza de los cauchos
sobre la carretera.
Fuerza con la que el
vehículo atrae a la
Tierra.
Tensión: fuerza con
la que el vehículo
hala a la grúa.
De la misma forma, cuando empujas el tablero de un automóvil desde adentro, las fuerzas internas no tienen importancia para el sistema carro-persona
como un todo, debe existir una fuerza externa (un cable, el giro del caucho en
Semana 6
Tercera Ley de Newton
contacto con la carretera, una persona que empuja desde afuera) para que el
sistema comience a moverse.
Para saber más…
Investiga sobre las leyes de Newton, en especial sobre la Ley de acción y
reacción en el siguiente link: http://li.co.ve/vaf
También puedes poner a prueba tus conocimientos sobre las leyes de
Newton con el juego que encontrarás en esta dirección web: http://li.co.
ve/vag
Aplica tus saberes
Luego de haber comprendido los planteamientos de la Tercera Ley de
Newton, te resultará mucho más fácil responder y argumentar las situaciones
de las secciones “¿Qué sabes de…?” y “El reto es…”.
Podemos, entonces, puntualizar las implicaciones de la Tercera Ley de
Newton en cuatro aspectos importantes para explicar cualquier movimiento
en términos de la misma:
1. A toda fuerza de acción, le podemos identificar siempre una fuerza de
reacción.
2. La acción y la reacción actúan siempre sobre cuerpos diferentes, por lo
tanto, aunque sean opuestas, no se anulan.
3. La aceleración de los cuerpos que interactúan se explica en la Segunda
Ley de Newton.
4. Al definir un sistema determinado, las fuerzas internas no influyen en
el movimiento: se necesitan fuerzas externas para cambiar el estado de
movimiento.
En conclusión: si el caballo quiere aumentar su velocidad, ¡tendrá que hacer
más fuerza sobre el piso! Si no empuja al piso con más fuerza, no habrán fuerzas externas al sistema carreta-caballo que cambien el movimiento.
Comprobemos y demostremos que…
Como actividad de evaluación, realiza un debate moderado por el facilitador. Discute con el resto de los participantes tus respuestas. ¿Cuántas coinciden? ¿Cuáles argumentaciones fueron mejor expresadas?
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A continuación, llena la escala de estimación y compara tu progreso con el
resto de los compañeros.
Criterios
Domino
la identifiConozco
cación de
Comprendo la relación
la acción
el concepto entre fuery la reacde fuerza
za, masa y
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Los razonamientos
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Semana
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3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4