"A toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de la misma magnitud pero de sentido contrario".
A esta ley también se le conoce como la ley de la Acción y la Reacción porque la fuerza siempre se manifestará en pares: Esto significa que siempre en que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro este también ejerce una fuerza sobre él. Se nombra fuerza de acción a la que es ejercida por el primer cuerpo que origina una fuerza sobre otro objeto, por lo tanto se denomina fuerza de reacción a la es provocada por el cuerpo que recibe y reacciona. En el siguiente ejemplo, una persona ejerce una fuerza de acción (F acción) sobre la pared y la pared al mismo tiempo ejerce una resistencia que es la fuerza de reacción sobre el cuerpo de la persona, esta fuerza tiene el mismo valor pero sentido contrario:
Si se hace chocar dos bolas, una en reposo (verde) y otra en movimiento (azul), al momento del choque la bola azul ejerce una fuerza de acción sobre la verde haciendo que esta se mueva en el sentido de la fuerza de la bola azul, pero al mismo tiempo la bola verde ejerce una fuerza de reacción sobre la azul y por ello es que después del choque pareciera que la bola azul "rebota" o retrocede:
Cuando se dispara un arma, la bala sale disparada hacia el frente pero al mismo tiempo se ejerce una fuerza hacia atrás por lo que el disparador recibe sobre su cuerpo el impulso de esta fuerza:
Los siguientes ejemplos también representan esta ley:
Podemos realizar una pequeña experiencia si colocamos un globo inflado sobre un carro de juguete y lo dejamos desinflarse, el resultado será que el carro se moverá por las fuerzas de acción y reacción:
"La fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual al producto de su masa por la aceleración que adquiere como consecuencia de dicha fuerza"
O también "La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa" Esto quiere decir, si aplicamos una misma fuerza en dos objetos de diferente masa, por ejemplo una pelota de golf y un camión, con la misma fuerza la pelota de golf se acelerará mucho más que el camión, éste quizá ni notemos que se mueva, por lo tanto, al aplicar una misma fuerza con: a) Menor masa se produce= mayor aceleración b) Mayor masa se produce = menor aceleración
La segunda ley de Newton queda expresada matemáticamente de la siguiente forma: F = m.a donde: F= fuerza neta que se aplica sobre un cuerpo m = masa del cuerpo a= aceleración que adquiere el cuerpo Ejemplo 1: ¿Cuál es la fuerza que aplicada los neumáticos de un auto de 400 kg de masa le provoca una aceleración de 5 m/2?
Ejemplo 2. Obtén el valor de la aceleración que adquiere una bala de cañón de 9 kg de masa, cuando se le aplica una fuerza de 2000 N.
Las leyes de Newton son principios que permiten explicar el movimiento de los cuerpos terrestres y de los astros, fueron propuestas por Isaac Newton en 1867, sin embargo, solo son aplicables a cuerpos inerciales, es decir aquellos objetos cuya velocidad sea menor a la de la luz (300.000 km/s).
Primera Ley de Newton también conocida como Ley de la Inercia.
"Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento a menos que una fuerza actúe sobre él" Es decir, ningún cuerpo puede moverse o detenerse sin que una fuerza se aplique en él, por ejemplo, los planetas del sistema solar permanecen en constante movimiento, así han estado por miles de años y no cambiará esta situación a menos que una fuerza se aplique sobre ellos.
En los siguientes ejemplos, si se jala rápidamente el mantel la botella y los trastes se mantendrá en pie porque la fuerza sólo se aplica sobre el mantel no sobre los demás objetos.
Otro ejemplo es que si una persona va sobre un objeto en movimiento (bicicleta, carro, etc.) y éste repentinamente se detiene, el cuerpo de la persona saldrá expulsado hacia el frente pues por inercia, el cuerpo tratará de seguir con la misma velocidad y dirección con la que iba inicialmente.
Lo mismo sucede si inicialmente un objeto está en reposo sobre otro y éste repentinamente se acelera, entonces, el cuerpo será expulsado hacia atrás pues tratará de mantener su estado de reposo y velocidad cero que tenía inicialmente.
La resistencia que opone un objeto para cambiar su estado de reposo o de movimiento se conoce como inercia y esta propiedad depende de la cantidad de masa del objeto, es decir, si no existe una fuerza que actúe sobre el objeto, este permanecerá en su estado de reposo o de movimiento y entre mayor masa tenga mayor será la fuerza necesaria para cambiar su estado, es decir, mayor será su inercia.
1. ¿Qué es fuerza? 2. ¿Qué tipos de fuerza existen? 3. ¿Cómo se representan las fuerzas?
1. ¿Qué es fuerza?
Fuerza es una interacción entre dos o más objetos y que es capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo así como la forma de los objetos, por ejemplo, se requiere de fuerzas para modificar su velocidad, ponerlos en movimiento si estaban inmóviles, detenerlos, romperlos, cambiar su forma, romperlos, empujarlos, etc. Debe haber dos cuerpos: Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" a sí misma). La unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades es el Newton (N)
Un newton es la fuerza que, al ser aplicada a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado.
En el sistema CGS la unidad es dinas (símbolo, dyn) y en el sistema técnico en kilopondio (símbolo: kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente un kilo.
2. ¿Qué tipos de fuerza existen?
Se acostumbra a dividir a las fuerzas en dos tipos generales:
Fuerzas de contacto, las que se dan como producto de la interacción de los cuerpos en contacto directo; es decir, chocando sus superficies libres, por ejemplo: golpear con un martillo, patear una pelota, empujar un carro, apretar un tornillo, levantar pesas, al jalar una locomotora de los vagones, al realizar un esfuerzo muscular para cargar algo, etcétera, siempre hay un efecto.
Fuerzas a distancia, se producen cuando los cuerpos están separados cierta distancia unos de los otros, por ejemplo: fuerza gravitatoria (gravedad de la tierra, gravitación de los planetas, etc.), el magnetismo y la electrostática.
3. ¿Cómo se representan las fuerzas?
• La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formando un ángulo dado con la horizontal, etc., por ello se considera que la fuerza es una magnitud vectorial pues puede representarse con vectores. Por ejemplo:
Un hombre ejerce una fuerza sobre el burro, empujando o tirando de él.
Las fuerzas pueden sumarse o restarse.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección y en el mismo sentido, entonces la suma es la suma aritmética de ellas. Si sus valores son 40 Newton y 30 Newton, el resultado sería 70 Newton en la dirección y sentido común que tienen, el resultado se denomina Fuerza Resultante.
La Fuerza resultante es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos distintos (una a la derecha y la otra a la izquierda, por ejemplo) entonces la suma es la diferencia entre ellas (resta), con la misma dirección pero el sentido de la fuerza mayor. Si sus valores son 40 Newton a la derecha y 30 Newton a la izquierda, entonces la fuerza resultante sería 10 Newton a la derecha.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos opuestos y resulta que las dos fuerzas tienen el mismo valor numérico, entonces la suma de ellas dará como resultado el valor 0. En este caso se puede decir que las fuerzas se anulan.
En este tema contestarás las siguientes preguntas:
1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?
2. ¿Qué es una onda?
3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?
4. ¿Cuál es la estructura de una onda?
5.¿Qué es la frecuencia de onda?
6. ¿Qué es el periodo de onda?
1. ¿Qué es el movimiento ondulatorio?
El movimiento ondulatorio es la propagación de una onda ya sea en el vacío o en un medio material (sólido, líquido o gaseoso).
2. ¿Qué es una onda?
Es la propagación o movimiento de una perturbación en un medio, las ondas no trasladan materia pero si diferentes cantidades y tipos de energía. Si estuviese un cuerpo en el medio en que se transporta una onda, este cuerpo se movería muy poco y no cambiaría su posición con el paso de las ondas como puede observarse en el siguiente video:
3. ¿Cuántos tipos de ondas existen?
a) En función del medio en el que se propagan pueden ser:
Ondas Mecánicas son aquellas que se propagan en un medio material (sólido, líquido o gaseoso), por ejemplo: las ondas sonoras que tienen diferente rapidez según sea el medio en el que se mueva:
¿Por qué la velocidad del sonido es más rápida en los sólidos que en los gases? La respuesta tiene que ver con la estructura de la materia, en los sólidos las moléculas son más y están más cerca que en los líquidos o en los gases y las ondas del sonido requieren de un medio material (moléculas) para transmitirse.
Ondas No mecánicas son aquellas que no necesitan un medio material para transmitirse, es decir, se propagan en el vacío, por ejemplo, las ondas electromagnéticas como la luz.
Ondas gravitacionales: son aquellas que viajan en el vacío a la velocidad de la luz y perturban la geometría espacio - temporal.
b) En función de la dirección en que vibran:
Ondas Longitudinales: El movimiento local del medio alcanzado por la perturbación se efectúa en la dirección de avance de la onda, por ejemplo: un resorte, el sonido.
Ondas Transversales: La perturbación del medio se lleva a cabo en dirección perpendicular a la de propagación, por ejemplo, las ondas del agua, una cuerda, un sismo, etc.
c) En función de su periodicidad:
Ondas periódicas: Las ondas se producen en ciclos repetitivos, como en un péndulo.
Ondas no periódicas: Las ondas no se repiten constantemente, sino de forma aislada, también se les conoce como pulsos.
También puedes observar el siguiente vídeo:
4. ¿Cuál es la estructura de una onda?
Cresta: es la parte más alta de la onda.
Valle: es la parte más baja de la onda.
Longitud de onda: es la distancia que existe entre cresta y cresta o entre valle y valle.
Amplitud de onda: es la distancia que existe desde la posición de equilibrio hasta la parte más baja o más alta de la onda.
5. ¿Qué es la Frecuencia de onda?
Es el número de crestas o valles que pasan por un punto en la unidad de tiempo.
Puede calcularse con la siguiente ecuación:
La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz) donde:
6. ¿Qué es el Periodo de onda?
Oscilación completa: se produce cuando se genera una cresta y un valle sucesivos.
Periodo de onda: es el tiempo que transcurre para llevarse a cabo una oscilación completa.
1. ¿Qué es la aceleración? 2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento? 1. ¿Qué es la aceleración? La aceleración es el cambio de rapidez de un cuerpo respecto al tiempo, se trata de una magnitud de tipo vectorial. Las unidades de aceleración son metros sobre segundo al cuadrado:
Se llama movimiento rectilíneo uniformemente acelerado porque el movimiento sigue una línea recta y lleva una aceleración constante. La aceleración puede ser positiva si un cuerpo aumenta su rapidez. La aceleración puede ser negativa si disminuye la rapidez del cuerpo en movimiento.
2. ¿Cómo se calcula la aceleración de un movimiento?
Para calcular la aceleración debemos conocer cuál es el cambio de rapidez o velocidad que tuvo el cuerpo y que se representa de la siguiente forma:
También es necesario conocer cuál fue el cambio que se produjo en el tiempo y que se representa así:
De tal forma que nuestra ecuación queda de la siguiente manera:
(Ecuación 1)
donde: Velocidad final (Vf) es la velocidad del cuerpo cuando termina de acelerarse Velocidad inicial (Vi) es la velocidad del cuerpo al iniciar la aceleración Tiempo final (tf) se refiere al momento en el que terminó la aceleración y Tiempo inicial (ti) es el momento en que inicia la aceleración Si la Velocidad inicial y el tiempo inicial es igual a cero porque parten del reposo, la ecuación queda de la siguiente forma:
A partir de la ecuación 1, podemos despejar otras ecuaciones para calcular las otras variables involucradas:
1. ¿Para qué nos sirven las gráficas del movimiento rectilíneo uniforme?
2. ¿Cómo es la gráfica de un movimiento con velocidad constante?
3. ¿Cómo es la gráfica de un movimiento con velocidad variable?
1. ¿Para qué nos sirven las gráficas del movimiento rectilíneo uniforme?
Las gráficas del movimiento rectilíneo uniforme nos permiten observar el comportamiento de un movimiento, éstas gráficas se realizan en un plano cartesiano y el resultado es una línea recta con una pendiente o inclinación que representa el avance de la distancia o la velocidad a medida que transcurre el tiempo.
Para apoyarte en la graficación de puntos en un plano cartesiano, puedes observar este vídeo:
2. ¿Cómo es la gráfica de un movimiento con velocidad constante? Cuando en un movimiento la velocidad se mantiene constante y esta se representa en una gráfica de velocidad en función del tiempo, el resultado es una línea recta que no cambia con el tiempo:
En la gráfica anterior la velocidad es de 20 m/s y ésta no cambia cuando transcurre el tiempo, por lo tanto, la pendiente de la recta que se muestra en color azul tampoco cambia, en este caso se dice que la velocidad es constante.
Por el contrario, cuando un cuerpo tiene velocidad constante pero se representa en una gráfica de distancia o posición en función del tiempo, se obtiene una línea recta con una inclinación que depende de la magnitud de la velocidad que tiene el cuerpo como puede apreciarse en los siguientes ejemplos.
Ejemplo 1. Obtén la gráfica posición en función del tiempo de un automóvil que se mueve en línea recta con una velocidad de 40 km/h.
a) Construimos una tabla de datos:
b) Con los datos de la tabla, ubicamos en un plano cartesiano los puntos de una gráfica distancia - tiempo:
Ejemplo 2. Obtén la gráfica posición para el mismo automóvil pero ahora con una rapidez de 80 km/h
Si graficamos en el mismo plano que en el ejemplo anterior tendremos el siguiente resultado:
Entre mayor sea la rapidez, más inclinada será la pendiente de la recta, como se puede apreciar en la siguiente gráfica:
3. ¿Cómo es la gráfica de un movimiento con velocidad variable?
Cuando un cuerpo no mantiene una velocidad constante, su gráfica no será una línea recta sino una serie de rectas que dependen de los cambios de velocidad que sufrió el cuerpo mientras transcurría el tiempo como se puede observar en la siguiente gráfica.
En la gráfica anterior, una cuerpo inició su movimiento con velocidad constante, a los 12 minutos detuvo el movimiento y 10 minutos después regresó al punto de origen.
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