Dinámica y leyes de Newton
Leyes de Newton
Al terminar vas a poder enunciar las tres leyes, distinguir masa de peso, calcular la fuerza neta y aplicar F = m · a en problemas con rozamiento.
En la prueba, este tema trae 8 preguntas.
¿Qué es una fuerza y cuáles aparecen en la prueba?
Una fuerza es toda acción capaz de cambiar el movimiento de un cuerpo o de deformarlo. Se mide en newtons (N) y es vectorial: tiene magnitud, dirección y sentido.
Las que la tabla nombra:
- Peso: la fuerza con que la gravedad atrae al cuerpo. Apunta siempre hacia abajo.
- Fuerza normal: la que ejerce una superficie perpendicular a ella, empujando al cuerpo hacia afuera.
- Rozamiento o fricción: se opone al movimiento y actúa paralela a la superficie.
¿En qué se diferencian masa y peso?
Es la confusión más cobrada del bloque:
| Masa | Peso | |
|---|---|---|
| Qué es | cantidad de materia | fuerza de atracción gravitatoria |
| Unidad | kilogramo (kg) | newton (N) |
| Tipo | escalar | vectorial |
| ¿Cambia de lugar? | no | sí |
w = m · g
Un cuerpo de 10 kg tiene 10 kg de masa en la Tierra, en la Luna y en el espacio. Su peso sí cambia, porque cambia la gravedad.
¿Qué dice la primera ley?
Primera ley o ley de la inercia: un cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza neta.
La inercia es la resistencia a cambiar de estado de movimiento, y depende de la masa. A más masa, más inercia.
Los casos cotidianos que la pregunta usa: el pasajero que se va hacia adelante cuando el bus frena, y los platos que se quedan en su sitio al jalar el mantel de golpe. En los dos casos no hay una fuerza que empuje: lo que hay es ausencia de fuerza.
¿Qué dice la segunda ley?
Segunda ley: la aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta e inversamente proporcional a su masa.
F = m · a
- Con la misma masa, más fuerza neta da más aceleración.
- Con la misma fuerza, más masa da menos aceleración.
La palabra decisiva es «neta». Si actúan varias fuerzas, primero se combinan y después se aplica la fórmula.
¿Qué dice la tercera ley?
Tercera ley o de acción y reacción: si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este ejerce sobre el primero una fuerza de igual magnitud y sentido contrario.
Lo que la pregunta cobra es que las dos fuerzas actúan sobre cuerpos distintos. Por eso no se anulan entre sí: si se anularan, nada podría acelerar nunca.
¿Cómo se calcula la fuerza neta?
La fuerza neta es el resultado de combinar todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
- Fuerzas en el mismo sentido: se suman.
- Fuerzas en sentidos opuestos: se restan, y el resultado toma el sentido de la mayor.
- Fuerzas perpendiculares: se combinan con el teorema de Pitágoras.
Si la fuerza neta es cero, el cuerpo está en equilibrio: o está quieto, o se mueve en línea recta con velocidad constante. Equilibrio no significa reposo.
`svg
`
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Segunda ley con rozamiento, y la trampa de la masa
Una persona de 80 kg empuja un trineo de 50 kg sobre hielo con una fuerza de 200 N. La fricción es de 20 N. ¿Cuál es la aceleración del trineo?
La fuerza neta sobre el trineo es 200 − 20 = 180 N. La masa que entra es la del trineo, 50 kg, no la de la persona. a = 180 ÷ 50 = 3,6 m/s². Quien suma las dos masas obtiene 1,4 m/s² y cae en el distractor.
Ejemplo 2 · Distinguir las tres leyes
Considere: I. Acción y reacción · II. Inercia · III. Fuerza y aceleración. ¿Cuál se refiere a la primera ley?
La inercia, o sea II. La primera ley es la de la inercia; la segunda relaciona fuerza y aceleración; la tercera es acción y reacción.
Ejemplo 3 · De peso a masa
Un cuerpo pesa 294 N en la Tierra. ¿Cuál es su masa?
De w = m · g se despeja m = w ÷ g = 294 ÷ 9,80 = 30 kg
Ejemplo 4 · Fuerza neta en sentidos opuestos
Sobre una caja de 12 kg actúan 50 N hacia la derecha y 20 N hacia la izquierda. ¿Cuál es su aceleración?
Fuerza neta = 50 − 20 = 30 N hacia la derecha. a = 30 ÷ 12 = 2,5 m/s² hacia la derecha
Ejemplo 5 · Equilibrio con velocidad constante
Un carro se mueve en línea recta a rapidez constante. ¿Cuánto vale la fuerza neta?
Cero. Velocidad constante significa aceleración cero, y por la segunda ley eso exige fuerza neta nula. No está quieto, pero sí en equilibrio.
Errores típicos que la prueba cobra
- Meter la masa equivocada en F = m · a. Entra la masa del cuerpo que acelera, no la de quien empuja.
- Confundir masa con peso. La masa va en kilogramos y no cambia; el peso va en newtons y depende de la gravedad.
- Creer que las fuerzas de acción y reacción se anulan. Actúan sobre cuerpos distintos.
- Usar la fuerza aplicada en vez de la neta. Si hay rozamiento, primero se resta.
- Pensar que equilibrio es estar quieto. También lo está un cuerpo con velocidad constante.
- Explicar la inercia como una fuerza. La inercia no empuja: es la resistencia al cambio.
- Cambiar el orden de las leyes. Primera inercia, segunda F = m · a, tercera acción y reacción.
Ponelo a prueba
Esta lección cubre los subtemas Leyes de Newton, Masa y peso, Fuerza neta y equilibrio, Segunda ley aplicada y Fricción y sistemas de cuerpos.