Reporte 3.1 - Dahiana Caraballo 20243442 PDF

# Capítulo 4: Leyes de Newton del movimiento ## 4.1 Fuerza Se define fuerza como un empuje o jalón que se aplica a un objeto, y se clasifica en dos categorías diferentes: * **Fuerzas de contacto**, como cuando se empuja un automóvil. * **Fuerzas a distancia**, como la gravedad que actúa sobre los...

# Capítulo 4: Leyes de Newton del movimiento ## 4.1 Fuerza Se define fuerza como un empuje o jalón que se aplica a un objeto, y se clasifica en dos categorías diferentes: * **Fuerzas de contacto**, como cuando se empuja un automóvil. * **Fuerzas a distancia**, como la gravedad que actúa sobre los objetos sin contacto físico. Para que un objeto en reposo empiece a moverse o para cambiar su velocidad, es necesario aplicar una fuerza. La magnitud de una fuerza se puede medir utilizando instrumentos como una báscula de resorte o un dinamómetro. Es importante destacar que la fuerza es un vector, lo que significa que tiene tres características: magnitud, dirección y sentido. Esto implica que las fuerzas deben sumarse vectorialmente, siguiendo las reglas de la suma vectorial, lo que puede representarse gráficamente mediante flechas en un diagrama, donde la longitud de la flecha indica la magnitud y la dirección de la fuerza. Además, mencionar que la fuerza normal, que es la fuerza que una superficie ejerce sobre un objeto en contacto, no siempre es igual al peso del objeto y puede variar dependiendo de otras fuerzas que actúen sobre el objeto, como un empuje o jalón adicional. Esto resalta la complejidad de las interacciones de fuerzas en diferentes contextos. ## 4.2 Primera Ley de Newton del movimiento La Primera Ley de Newton o ley de inercia establece que un cuerpo permanecerá en su estado de reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza neta. Esta propiedad de los objetos de resistir cambios en su estado de movimiento se conoce como inercia, y es fundamental para entender cómo se comportan los cuerpos en diferentes situaciones. La Primera Ley de Newton, formulada por Isaac Newton, se basa en las observaciones previas de Galileo, y es crucial para la física clásica. La ley implica que si no hay una fuerza neta que actúe sobre un objeto, este no cambiará su estado de movimiento. Esto significa que un objeto en reposo seguirá en reposo y un objeto en movimiento seguirá en movimiento a una velocidad constante en línea recta. Es importante señalar que esta ley no aplica en un marco de referencia acelerado. Un objeto puede parecer moverse incluso si no se aplica una fuerza neta sobre él, lo que puede llevar a confusiones sobre la interpretación del movimiento. Esta ley sentó las bases para las otras leyes de Newton. ## 4.3 Masa En el concepto de masa, Newton la utilizó como sinónimo de cantidad de materia, aunque esta definición no es precisa. En otras palabras, la masa es una medida de la inercia del objeto, lo que refleja cuánta resistencia ofrece el cuerpo a los cambios en su movimiento. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más difícil es ponerlo en movimiento, detenerlo o cambiar su dirección. Por ejemplo, un camión, debido a su mayor masa, requiere más fuerza para cambiar su velocidad en comparación con una pelota de béisbol que se mueve a la misma velocidad. En el Sistema Internacional de Medidas, el estándar para medir masa es el kilogramo (Kg). Por otro lado, debemos saber que la masa es una propiedad inherente al objeto y no varía, mientras que el peso es una fuerza que depende de la gravedad. En un entorno con menor gravedad, como la Luna, un objeto pesará menos, pero su masa (cantidad de materia) seguirá siendo la misma. Esto significa que su inercia no cambia, aunque la fuerza gravitacional que lo afecta sí lo haga. ## 4.4 Segunda Ley de Newton Cuando una fuerza neta actúa sobre un objeto, este experimenta un cambio en su velocidad, lo que se traduce en aceleración. La Segunda Ley de Newton establece que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada a un objeto y es inversamente proporcional a la masa. La ecuación de esto es: $\Sigma \vec F = \vec m\vec a $ Donde: * $\Sigma \vec F$ = Suma vectorial de fuerzas * $\vec m$ = Masa * $\vec a$ = Aceleración Esta ecuación indica que la dirección de la aceleración es la misma que la fuerza neta. Además, se destaca que las fuerzas y las aceleraciones son vectores, por lo que se pueden descomponer en componentes según los ejes $x$, $y$, $z$: $\Sigma \vec F_x = \vec m\vec a_x$; $\Sigma \vec F_y = \vec m\vec a_y$; $\Sigma \vec F_z = \vec m\vec a_z$. En el Sistema Internacional (SI), la fuerza se mide en newtons (N), y un newton es la fuerza necesaria para acelerar una masa de 1 kg a una velocidad de 1 $m/s^2$. ## 4.5 Tercera Ley de Newton Establece que toda fuerza aplicada sobre un objeto genera una fuerza de igual magnitud, pero en sentido opuesto, sobre el objeto que aplica la fuerza: "Para toda acción, hay una reacción igual y opuesta". Newton observó que cuando un martillo golpeó un clavo, no sólo el martillo ejerce una fuerza sobre el clavo, sino que el clavo también ejerce una fuerza sobre el martillo, desacelerándolo. Este principio se evidencia en situaciones cotidianas, como cuando una persona empuja una pared y se siente que la pared ejerce una fuerza de regreso, o cuando una patinadora empuja contra una verja y es impulsada hacia atrás. También aplica a vehículos como cohetes, que aceleran en el espacio al expulsar gases en dirección opuesta, sin depender de empujar contra el suelo. Es crucial recordar que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos distintos, y que no deben sumarse cuando se aplica la Segunda Ley de Newton, ya que cada fuerza incluye en un objeto diferente. ## 4.6 Fuerza de gravedad y fuerza normal La fuerza de gravedad, que actúa sobre todos los objetos cerca de la Tierra, provoca que caigan con una aceleración constante, denominada g. Esta fuerza, conocida como fuerza gravitacional, es ejercida por la Tierra y su magnitud es proporcional a la masa del objeto, representada por la ecuación $F = mg$. Esta fuerza es lo que comúnmente llamamos el peso de un objeto. Cuando un objeto está en reposo sobre una superficie, sigue experimentando la fuerza gravitacional. Sin embargo, no se mueve porque existe otra fuerza que equilibra la gravitacional: la fuerza normal, que es ejercida por la superficie en contacto con el objeto y actúa en dirección opuesta. Estas dos fuerzas se equilibran, resultando en una fuerza neta de cero, según la Segunda Ley de Newton. Es importante no confundir el par de fuerzas de acción y reacción de la Tercera Ley de Newton con el equilibrio entre el peso y la fuerza normal, ya que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes. Por ejemplo, la fuerza que la mesa ejerce hacia arriba sobre un objeto tiene su reacción en la fuerza que el objeto ejerce hacia abajo sobre la mesa.