Segunda Ley De Newton

Segunda Ley De Newton

La segunda ley de Newton responde la interrogante que no muchas personas se haces, ¿qué le ocurre con la aceleración de un cuerpo cuando se le aplica una fuerza neta?

Para contestar la pregunta anterior debemos hace simulación, se encuentra un objeto A sobre una superficie cualesquiera sin presencia de fricción, otro cuerpo B le ejerce una fuerza al objeto A y logra moverlo a una aceleración 5 m/s2, si el objeto B duplica la fuerza ejercida al objeto A, la aceleración del objeto A se duplica de igual manera y si el objeto B triplica la fuerza que le aplica al objeto A la aceleración proporcionalmente ce triplica, esto quiere decir que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que se le aplica a este.

Ahora se sabe que la masa es la unidad de resistencia que presenta un cuerpo al cambio de movimiento, si en el ejemplo anterior el objeto B ejercía una fuerza neta al objeto A y lograba moverlo a una aceleración de 5 m/s2, pero si le encimamos a objeto A un objeto C con la misma masa, cuando el objeto B ejerza la misma cantidad de fuerza neta sobre los dos objetos encimados, la aceleración será la mitad es decir de 2.5 m/s2, y si encimamos tres objetos la aceleración será un tercios de la obtenida cuando era un solo objeto, es decir, la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa.

Juntando las dos observaciones anteriores se formula la segunda ley de newton la cual dice:

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el e inversamente proporcional a su masa.

La formula es:

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Es posible expresa en forma de ecuación vectorial la segunda ley de Newton y es de la siguiente manera:

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Donde a es la aceleración, m es la masa del objeto y ∑F es la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre un objeto, ahora como esta expresada en forma vectorial, la ecuación anterior es equivalente a las siguientes 3 ecuaciones de las compontes:

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Fuerza gravitacional.

Es una fuerza ejercida mutuamente entre objetos pertenecientes al universo, aunque esta fuerza puede ser muy fuerte entre objetos macroscópicos (planetas, estrellas, cometas, etc.), es la fuerza más débil de las fuerzas fundamentales, por ejemplo la fuerza gravitacional entre un electrón y un protón de un átomo de hidrogeno es de 10−47 N mietras que la fuerza electromagnética de estos mismos es de 10−10 N.

Newton dedujo una ley la cual la llamo la ley de la gravitación universal de Newton, esta dice que cualquier partícula que se encuentre dentro del universo atraerá otra partícula dentro del universo con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masa y inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre ellas.

La fórmula que expresa lo anterior dicho es la siguiente:

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Donde m1 y m2 son la masa de las partículas, r es la distancia entre ellas y G es la constante gravitacional, o sea:

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Peso.

La magnitud de la fuerza gravitacional que actúa sobre un objeto de masa m cerca de la superficie terrestre se llama peso del objeto, debido a que el objeto en la tierra cae con una aceleración constante llamada gravedad (ignorando la resistencia del aire), la segunda ley podría ser expresada de la siguiente manera:

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Donde la w es el peso, la m es la masa del objeto y la g es la gravedad.

Sabiendo que w = fg de cierta manera, aunque este seria únicamente para la tierra (hablando de w), también se puede expresar la ecuación de la siguiente forma:

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Donde ME es la masa terrestre (de la tierra), m es la masa del objeto y r la distancia desde el centro de la tierra al objeto, si el objeto o partícula se encuentra en la superficie terrestre en reposo r será el radio de la tierra, podemos observar que entre más legos este el objeto del cetro de la tierra su peso decremento, es decir la fuerza gravitacional que ejerce la tierra a este objeto va disminuyendo.

Utilizando una variación de la formula anterior podremos deducir la g (gravedad), la expresión es la siguiente:

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Con esta formula podemos deducir que entre más legos este un objeto del centro de la tierra, la gravedad disminuye (menos aceleración).


Información adicional.

Se utilizara mucho la unidad de medida N (newton), según el SI un newton es:

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Y convertido al sistema ingles, un N (newton) equivale a:

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Ejemplo.

El peso combinado de un cajón y una carretilla es de 300 N, si una persona tira de una cuerda amarrada al sistema cajón-carretilla con una fuerza de 20 N, ¿cuál es la aceleración del sistema cajón-carretilla?

No es necesario hacer conversiones de unidades.

Los datos que se tienen son:

Peso (w)=300 N

Fuerza (fx) = 20.0 N

Gravedad (g) = 9.80 m/s2

Se utiliza la segunda ley de newton ya que se contempla una aceleración del sistema y una fuerza ejercida al sistema, ambas de manera constante.

Protocolo de solución.

Lo primero que debe hacer es conocer la masa del sistema, para eso emplearemos la siguiente fórmula:

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Despejamos m y queda de la siguiente forma:

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Hacemos las sustituciones correspondientes de manera que:

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Utilizando la siguiente ecuación de la segunda ley podremos calcular la aceleración:

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Es decir ya tenemos la cantidad de fuerza y la masa, así que despejamos la aceleración y la formula nos queda de la siguiente manera:

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Sustituimos y resolvemos:

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La aceleración que presenta el sistema al aplicarle 20.0 N de fuerza es de 0.654 m/s2.


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