Las Leyes de Newton

• Las leyes de Newton son tres principios que describen el movimiento de los objetos.

Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia)

• Un objeto en reposo permanece en reposo, o si está en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él.
• Inercia es la tendencia de un objeto a resistir cambios en su estado de movimiento.
• La masa es una medida de la inercia de un objeto. Mayor masa significa mayor inercia.
• En ausencia de fuerzas externas, un objeto se mueve en línea recta a velocidad constante.
• Un marco de referencia inercial es aquel en el que se cumple la primera ley de Newton.

Segunda Ley de Newton (Ley de la Fuerza)

• La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, tiene la misma dirección que la fuerza neta, y es inversamente proporcional a la masa del objeto.
• La ecuación fundamental es: Fuerza (F) = masa (m) × aceleración (a). F = ma
• La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.
• Las unidades de fuerza son los Newtons (N). 1 N = 1 kg * m/s².
• Si la fuerza neta es cero, la aceleración es cero y el objeto está en equilibrio (estático o dinámico).
• La segunda ley relaciona fuerza y cambio en el movimiento.

Tercera Ley de Newton (Ley de Acción y Reacción)

• Por cada acción, hay una reacción igual y opuesta.
• Si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, entonces el objeto B debe ejercer una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el objeto A.
• Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes objetos.
• Esas fuerzas nunca se cancelan entre sí porque actúan sobre cuerpos distintos.
• Ejemplo: al caminar, empujas la Tierra hacia atrás (acción) y la Tierra te empuja hacia adelante (reacción).

Peso

• El peso es la fuerza de la gravedad que actúa sobre un objeto.
• Se calcula como: Peso (W) = masa (m) × aceleración debido a gravedad (g). W = mg
• En la Tierra la aceleración debida a la gravedad es aproximadamente 9.8 m/s².
• El peso es una fuerza, y se mide también en Newtons.
• El peso de un objeto puede variar dependiendo de la gravedad local, mientras que la masa permanece constante.

Diagrama de Cuerpo Libre

• Un diagrama de cuerpo libre es una representación gráfica de un objeto y todas las fuerzas externas que actúan sobre él.
• Pasos para crear un diagrama de cuerpo libre:
  • Representar el objeto como un punto.
  • Dibujar vectores que representen las fuerzas que actúan sobre el objeto.
  • Indicar la magnitud y dirección de cada fuerza.
• Es usado para aplicar las leyes de Newton a problemas físicos.
• Permite visualizar y sumar vectorialmente las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Fuerza Normal

• La fuerza normal es la fuerza que una superficie ejerce sobre un objeto en contacto con ella.
• Es perpendicular a la superficie.
• Generalmente, es igual en magnitud y dirección opuesta a la componente de la fuerza que empuja el objeto contra la superficie.
• En un plano horizontal, la fuerza normal es típicamente igual al peso del objeto.

Fuerza de Fricción (Rozamiento)

• La fuerza de fricción es una fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto.
• Hay dos tipos principales: fricción estática y fricción cinética.
• Fricción estática: impide que un objeto comience a moverse. Su magnitud varía hasta un valor máximo.
• Fricción cinética: actúa cuando un objeto está en movimiento.
• La magnitud de la fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal.
• El coeficiente de fricción (μ) es un número adimensional que representa la "rugosidad" entre las dos superficies.
• Fuerza de fricción estática ≤ μs * Fuerza normal
• Fuerza de fricción cinética = μk * Fuerza normal
• μs es el coeficiente de fricción estática, y μk es el coeficiente de fricción cinética. En general, μs > μk.

Tensión

• La tensión es la fuerza ejercida por una cuerda, cable, o hilo cuando se tira de él.
• La tensión se transmite a lo largo de la cuerda.
• Si la cuerda es ideal (sin masa e inextensible), la tensión es la misma en todos los puntos de la cuerda.
• La tensión tira del objeto en la dirección de la cuerda.

Aplicaciones de las Leyes de Newton

• Las leyes de Newton se aplican en una amplia variedad de situaciones, incluyendo:
  • Movimiento de proyectiles.
  • Movimiento de vehículos.
  • Movimiento de planetas.
  • Diseño de estructuras.
• Resolver problemas que involucran las leyes de Newton generalmente implica:
  • Dibujar un diagrama de cuerpo libre.
  • Aplicar la segunda ley de Newton (F = ma) en forma de componentes (Fx = max, Fy = may).
  • Resolver las ecuaciones resultantes.
• Los problemas de equilibrio (estático y dinámico) se dan cuando la aceleración es cero y las fuerzas netas se anulan.

Limitaciones de las Leyes de Newton

• Las leyes de Newton son una buena aproximación para objetos que se mueven a velocidades mucho menores que la velocidad de la luz y en campos gravitacionales débiles.
• No son aplicables en:
  • Escalas atómicas o subatómicas (donde se necesita la mecánica cuántica).
  • Velocidades cercanas a la velocidad de la luz (donde se necesita la relatividad especial).
  • Campos gravitacionales muy fuertes (donde se necesita la relatividad general).

Las leyes de Newton son tres principios que describen el movimiento de los objetos. La primera ley establece que un objeto permanece en su estado de movimiento a menos que actúe una fuerza externa. La segunda ley define que la fuerza es igual a la masa por la acceleración.