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Leyes de Newton
LA MASA de un objeto es una medida de su inercia. Se llama inercia a la tendencia de un objeto en
reposo a permanecer en ese estado, y de un objeto en movimiento a continuarlo sin cambiar su
velocidad. Durante varios siglos, los físicos habían encontrado útil concebir la masa como una
representación de la cantidad de materia.
EL KILOGRAMO PATRÓN (ESTÁNDAR) es un objeto cuya masa de define como un kilogramo. Las masas
de otros objetos se encuentran por comparación con esa masa. Un gramo masa equivale a 0.001 kg.
FUERZA, en general, es el agente del cambio. En mecánica, es aquello que cambia la velocidad de un
objeto. La fuerza es una cantidad vectorial, que tiene magnitud y dirección.
LA FUERZA RESULTANTE que actúa sobre un objeto le proporciona una aceleración en la dirección de la
fuerza. La aceleración es proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del objeto. (A
partir de la Teoría Especial de la Relatividad, ahora se sabe que este enunciado en realidad es una
aproximación excelente, aplicable donde la magnitud de la velocidad es apreciablemente menor que la
de la luz)
EL NEWTON es la unidad de fuerza en el sistema SI. Un Newton (1N) es la fuerza resultante que le
proporciona a 1 kg una aceleración de 1 m/s2. La dina es una unidad de fuerza que equivale a 10-5 N. La
libra fuerza equivale a 4.45 N.
PRIMERA LEY DE NEWTON: Un objeto en reposo permanecerá en reposo; un objeto en movimiento
seguirá moviéndose con velocidad constante, excepto en cuanto recibe la acción de un fuerza externa.
La fuerza es lo que cambia el movimiento.
SEGUNDA LEY DE NEWTON: Si la fuerza resultante (neta) F que actúa sobre un objeto de masa m no es
cero, el objeto se acelerará en la dirección de la fuerza. La aceleración a es proporcional a la fuerza e
inversamente proporcional a la masa del objeto. Con F en newtons, m en kilogramos y a en m/s2, esta
proporcionalidad se puede describir como una ecuación:
a = F/ m
ó
F = ma
Cuando se utiliza esta ecuación u otras derivadas de ésta, F, m y a deben tener las unidades apropiadas.
La aceleración a tiene la misma dirección que la fuerza resultante F.
TERCERA LEY DE NEWTON: La materia interactúa con la materia; las fuerzas se presentan en pares. Por
cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, existe otra igual, pero en sentido opuesto, actuando sobre algún
otro cuerpo. Con frecuencia se le llama a esta, ley de acción y reacción. Note que las fuerzas de acción y
reacción actúan en diferentes cuerpos.
LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL: Dos masas, m y m´ interactúan gravitacionalmente y se atraen
entre sí con fuerzas de igual magnitud. Para masas puntuales (o cuerpos con geometría esférica), la
fuerza de atracción FG esta dado por:
FG = G mm´/r2
donde r es la distancia entre los centros de masa y G = 6.67 x 10 -11 N m2 / kg2 cuando FG esta en
newtons, m y m´ están en kg y r esta en metros.
EL PESO de un cuerpo (Fw) es la fuerza gravitacional que atrae al cuerpo. En la Tierra, es la fuerza
gravitacional que ejerce la Tierra sobre el cuerpo. Sus unidades son los newtons (en el SI) y libras (en el
sistema británico). Debido a que la Tierra no es una esfera uniforme perfecta, y es más debido a su
rotación, el peso medido por una balanza será diferente, de manera muy ligera, del que se acaba de
definir.
RELACIÓN ENTRE MASA Y PESO: Un cuerpo de masa m en caida libre hacia la Tierra, está bajo la acción
de una sola fuerza, la atracción gravitacional, a la que llamamos peso Fw del objeto. La aceleración g que
tiene un objeto en caida libre se debe a su peso Fw. Entonces, la ecuación F = ma nos da la relación
entre F = Fw , a = g y m , esto es Fw = mg. Como en la superficie terrestre g = 9.81 m/s2 , un objeto de
1 kg pesa 9.81 N.
TENSIÓN DE UNA CUERDA (Ft). Es la fuerza con la que la cuerda tira del objeto al cual está unica. La
magnitud de la fuerza de tensión es la tensión (Fr).
FUERZA DE FRICCIÓN (Fr). Es una fuerza tangencial sobre una superficie que se opone al deslizamietno
de la superficie a través de una superficie adyacente. La fuerza de fricción es paralela a la superficie y
opuesta, en sentido, a su movimietno. Un objeto empezará a resbalar sólo cuando la fuerza aplicada
sobrepase la fuerza máxima de fricción estática.
FUERZA NORMAL (FN) sobre una superficie que descansa (o se desliza) sobre una segunda superficie, es
la componente perpendicular de la fuerza ejercida por la superficie de soporte sobre la superficie que
está siendo soportada.
Acoeficiente de fricción cinética (μk) se define para el caso en el que una superficie se desliza a través de
otra con rapidéz constante. Esto es:
μk = fuerza de fricción/fueza normal = Ft / FN
COEFICIENTE DE FRICCIÓN ESTÁTICA (μS) se define para el caso donde una superficie está a punto de
deslizarse a través de otra superficie. Esto es:
μs = fuerza de fricción estática/fueza normal = Ft (máxima)/ FN
donde la fuerza de fricción crítica es la fuerza de fricción cuando el objeto está a punto de iniciar su
desplazamiento.