4.3 | Segunda ley de Newton
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capítulo 8). Como resultado, las fuerzas internas no están incluidas en la segunda ley de Newton. En realidad no es posible que se “jale usted mismo hacia arriba sin ayuda”. Una consecuencia de la primera ley es la factibilidad de viajar en el espacio. Después de unos momentos de potentes impulsos, la nave se desliza por meses o años, su velocidad sólo disminuye cambiando con el tiempo bajo la influencia relativamente débil del Sol y los planetas distantes.
Piense que golpea una pelota de golf desde el punto de partida, con un palo de golf. Si es un buen golfista, la pelota viajará más de 200 yardas sobre el campo de golf. Ahora piense en levantar una bola de boliche y golpearla con el mismo palo (un experimento que no se recomienda). Probablemente el palo se rompa, podría dislocarse la muñeca, y la bola de boliche, en el mejor de los casos, caería del soporte de la pelota, medio girará y llegará al reposo. A partir de este experimento mental, concluimos que aunque ambas pelotas resisten cambios en su estado de movimiento, la bola de boliche ofrece mucha más resistencia efectiva. La tendencia de un objeto a continuar en su estado original de movimiento o reposo se conoce como inercia. Aunque la inercia es la tendencia de un objeto a continuar su movimiento en ausencia de una fuerza, la masa es una medida de la resistencia de un objeto a cambiar en su movimiento debido a una fuerza. A mayor masa de un cuerpo, menor es la aceleración bajo la acción de una fuerza aplicada determinada. La unidad SI de la masa es el kilogramo. Masa es una cantidad escalar que obedece las reglas de la aritmética ordinaria. La inercia se puede usar para explicar la operación de una clase de cinturón de seguridad. En un accidente, el propósito del cinturón de seguridad es mantener de manera firme al pasajero en el lugar relativo al automóvil, para evitar lesiones serias. La figura 4.4 explica cómo funciona una clase de tirantes de sujeción. Bajo condiciones normales, la rueda dentada da vueltas libremente, lo que permite que la montura se enrolle o desenrolle desde la polea cuando se mueve el pasajero. En un accidente, el automóvil se somete a una aceleración considerable y rápidamente llega al reposo. Debido a su inercia, el bloque grande bajo el asiento continua deslizándose hacia adelante a lo largo del carril. El pasador de unión entre el bloque y la varilla ocasiona que ésta gire alrededor de su centro y encajar la rueda dentada. En este punto, la rueda dentada se traba en el lugar, y la montura no se desenrolla.
4.3 Segunda ley de Newton La primera ley de Newton explica qué le sucede a un objeto que no tiene fuerza neta que actúe en él, ya sea que el objeto permanezca en reposo o continúe moviéndose en línea recta con rapidez constante. La segunda ley de movimiento de Newton responde a la pregunta de qué le sucede a un objeto que tiene una fuerza neta que actúa en él. Piense en empujar un bloque de hielo a lo largo de una superficie horizontal sin fricción. Cuando ejerce una fuerza horizontal sobre el bloque, éste se mueve con una aceleración de, digamos, 2 m/s2. Si aplica una fuerza dos veces más grande, la aceleración se duplica a 4 m/s2. Empujando tres veces tan firme, triplica la aceleración, y así sucesivamente. De tales observaciones, se concluye que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa en él. La masa también afecta a la aceleración. Suponga que coloca bloques idénticos de hielo uno sobre otro mientras empuja con fuerza constante la pila de ellos. Si la fuerza aplicada a un bloque produce una aceleración de 2 m/s2, entonces la aceleración cae a la mitad de ese valor, 1 m/s2, cuando dos bloques son empujados; a un tercio de su valor inicial cuando son empujados tres bloques, y así sucesivamente. Podemos concluir que la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa. Estas observaciones son resumidas en la segunda ley de Newton: S
La aceleración a de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa en él e inversamente proporcional a su masa.
Studio Lévy and Sons
Masa e inercia
A no ser que actúe una fuerza externa en él, un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento continuará en movimiento con velocidad constante. En este caso, la pared del edificio no ejerció una fuerza lo suficientemente grande sobre el tren en movimiento para detenerlo.
APLICACIÓN Cinturón de seguridad Cinturón de seguridad
Polea Varilla Rueda dentada
Pivote
Pasador de unión
Carril
Bloque grande
Figura 4.4 Un arreglo mecánico para un cinturón de seguridad de un automóvil.
Tip 4.1 La fuerza ocasiona cambios en el movimiento El movimiento se puede presentar incluso en ausencia de fuerzas. Éstas ocasionan cambios en el movimiento.
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