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Física Leyes de Newton

Newton's Laws of Motion

Las leyes del movimiento de Newton son tres: la inercia, por la que un cuerpo sigue con el movimiento que llevaba cuando la fuerza neta es 0; la relación F = ma entre la fuerza neta y la aceleración; y la acción y reacción, por la que dos cuerpos se ejercen fuerzas de igual tamaño y sentido opuesto. El cuerpo se va hacia delante cuando el autobús frena de golpe por la inercia, y la pared nos empuja con la misma fuerza con que la empujamos por la acción y reacción. La F de F = ma es la fuerza neta, la suma de todas las fuerzas sobre el cuerpo, y cuanto mayor es la masa, más cuesta cambiar su velocidad con la misma fuerza. En la figura, una fuerza horizontal F actúa sobre una caja en un suelo sin fricción; al duplicar la fuerza se duplica la flecha de la aceleración, y al duplicar la masa se reduce a la mitad.

Las tres leyes del movimiento

🍎 Las tres leyes de un vistazo
①1.ª ley (ley de inercia): si la fuerza neta es 0, un cuerpo en reposo sigue en reposo y un cuerpo en movimiento sigue moviéndose con la misma velocidad
②2.ª ley (ley fundamental): cuanto mayor es la fuerza neta y menor la masa, mayor es la aceleración, de modo que F = ma
③3.ª ley (acción y reacción): si A empuja a B, B empuja a A con una fuerza del mismo tamaño y sentido opuesto

F = ma en la figura

5 kg
20 N
💡 Cómo leer la figura
①Con la masa fija, al aumentar la fuerza la flecha de la aceleración se alarga en la misma proporción
②Con la fuerza fija, al aumentar la masa la caja crece y la flecha de la aceleración se acorta
③La normal N y el peso mg son iguales y opuestos, así que la fuerza neta vertical es 0 y solo queda la fuerza horizontal F como fuerza neta
④La masa mide cuánto se resiste un cuerpo a cambiar de velocidad, es decir, el tamaño de su inercia

Segunda ley de Newton

Segunda ley de Newton
F = m a
Fuerza (N) = masa (kg) × aceleración (m/s²)
Despejada para la aceleración
a = Fm
La aceleración es proporcional a la fuerza neta e inversamente proporcional a la masa
Unidad de fuerza: el newton (N)
1 N = 1 kg · m/s²
1 N es la fuerza que da a un cuerpo de 1 kg una aceleración de 1 m/s²

Ley de acción y reacción

🤝 3.ª ley: las fuerzas van en pareja
①Cuando la mano aprieta una mesa, la mesa empuja la mano hacia arriba con una fuerza del mismo tamaño
②Cuando un cohete expulsa gas hacia atrás, el gas empuja el cohete hacia delante
③La acción y la reacción actúan sobre cuerpos distintos, así que nunca se anulan dentro de un mismo cuerpo
④N y mg en la figura son iguales y opuestas, pero las dos actúan sobre la caja, así que no forman un par de acción y reacción

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1
Sobre un objeto de 4 kg actúa una fuerza neta de 12 N. ¿Cuál es su aceleración?
1
De la segunda ley de Newton F = ma se obtiene a = F/m.
a = Fm
2
Se sustituyen F = 12 N y m = 4 kg.
a = 124 = 3 m/s2
▸ 3 m/s²
Con los mismos 12 N sobre un objeto del doble de masa, 8 kg, la aceleración sería la mitad, 1,5 m/s².
Ejemplo 2
A un objeto de 2 kg se le aplica una fuerza de 10 N, pero una fricción de 4 N actúa en sentido opuesto. ¿Cuál es su aceleración?
1
La F de F = ma es la fuerza neta, así que primero se resta de la fuerza aplicada la fricción que actúa en sentido contrario.
Fnet = 10 − 4 = 6 N
2
Se calcula a = Fnet/m.
a = 62 = 3 m/s2
▸ 3 m/s²
Si se usan los 10 N completos sin restar la fricción, sale 5 m/s², y es un error.

Resumen

Lo esencial de las leyes de Newton
Fneta = m a (fuerza neta = masa × aceleración)
1.ª ley: con fuerza neta 0 siguen el reposo o el movimiento rectilíneo uniforme; 2.ª ley: F = ma; 3.ª ley: F₁₂ = −F₂₁
Problema tipo CSAT, adaptado
En un suelo sin fricción, un objeto de 3 kg y otro de 2 kg están unidos por una cuerda y se tiran con 10 N. ¿Cuál es su aceleración?
①1 m/s²
②2 m/s²
③3 m/s²
④4 m/s²
⑤5 m/s²
▸ ② 2 m/s²
1
Los dos objetos unidos por la cuerda se mueven con la misma aceleración, así que se tratan como un solo cuerpo y se halla la masa total.
mtotal = 3 + 2 = 5 kg
2
Se aplica F = ma a todo el sistema.
a = 105 = 2 m/s2
🎯 Puntos de examen
①La F de F = ma es la fuerza neta, la suma vectorial de todas las fuerzas sobre el cuerpo
②Cuanto mayor es la masa, mayor es la inercia y más cuesta cambiar el movimiento
③La acción y la reacción son un par de fuerzas entre dos cuerpos, no dos fuerzas sobre un mismo cuerpo
④En un cuerpo sobre una superficie horizontal, N = mg solo si no actúa otra fuerza vertical; en la dirección horizontal se plantea F = ma
⑤Primero se dibujan todas las fuerzas sobre el cuerpo (diagrama de cuerpo libre) y después se plantean las ecuaciones
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