Modulo 14

Actividad integradora

Leyes de Newton

“2ª ley de Newton”

Jorge Amador Reyes

7 de mayo de 2016

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Isaac Newton

Isaac Newton. Newton fue un físico británico, nacido en Whoolsthorpe, Lincolnshire el

4 de enero de 1643 y fallecido en 1727 en Londres. Entre muchas de sus aportaciones,

destaca en los campos de la teología, la filosofía, las matemáticas entre otros. Fue

fundador de la física clásica el cual mantuvo su vigencia hasta los tiempos de Einstein. La

obra de Newton destacó por sobre todas las cosas generando la culminación de la

revolución científica iniciada por Copérnico un siglo antes. Uno de sus más importantes

aportaciones fue el establecimiento de las tres leyes fundamentales de movimiento

deduciendo de ellas la ley de gravitación universal (la cuarta ley) en donde explicaba las

órbitas de los planetas creando así un entendimiento de la mecánica celeste y terrestre.

Las leyes de Newton, también se les conoce como las Leyes del Movimiento de Newton

en los cuales nos explica, sino es que todos; pero si la mayoría de los problemas que se

presentan con la dinámica pero sobre todo los relacionados con el movimiento de los

cuerpos.

Las leyes de Newton permiten la explicación del movimiento de los astros, de los

proyectiles artificiales que el hombre ha creado y por último nos explica el modo de

funcionamiento de las máquinas.

A continuación una explicación breve en referencia a la mecánica de cada una de estas

leyes de Newton.

Primera ley de Newton o ley de la inercia

Todo cuerpo se moverá con velocidad constante a menos que se le aplique una fuerza.

Esto significa que un cuerpo no puede alterar su estado inicial por cuenta propia, ya sea

en reposo o en movimiento en línea recta es decir sin cambiar su dirección; a menos

que se le aplique una fuerza.

Segunda ley de Newton o ley de fuerza

Aplicando una fuerza sobre un objeto, este experimentará una aceleración

directamente proporcional a la fuerza aplicada. Creo que esta ley es un complemento

de la primera, pues en este caso si hay fuerzas. El que la aceleración sea directamente

proporcional, significa que a menor fuerza aplicada, la aceleración será menor y a mayor

fuerza aplicada, mayor será la aceleración. Por lo que la ecuación sería F= m a, en

donde F= fuerza, m= masa y a= aceleración.

Tercera ley de Newton o ley de acción-reacción

Toda acción genera una reacción de igual magnitud pero en dirección opuesta. Esto

significa que las fuerzas siempre las encontramos en pares de igual magnitud, en sentido

opuesto y están situadas en la misma recta. Son dos fuerzas que no están aplicadas al

mismo cuerpo creando en ellos dos aceleraciones diferentes según sean sus masas.

El objetivo de este experimento es demostrar que se cumple la segunda ley de Newton

en donde establece que a mayor fuerza, mayor será la aceleración y viceversa a menor

fuerza, menor será la aceleración. Por otro lado demostrar que entre más masa tenga

un objeto, la aceleración será menor. Así mismo, el objetivo radica en que el

experimento nos dé la certeza de que nuestro aprendizaje y conocimiento se

enriquezca.

Teoría

En 1687 Isaac Newton publicó su libro científico “Principia” considerado como el más

famoso de todos los tiempos. Está dividido en tres libros en donde en el primero postula

sus tres leyes del movimiento.

En sus principios matemáticos de la filosofía natural, Newton estableció las tres leyes

fundamentales de movimiento del cual puedo observar que la segunda ley es un

complemento de la primera como lo había expresado anteriormente considerando la

aplicación de la fuerza en donde en la primera ley la fuerza es inexistente.

De acuerdo a la segunda ley de Newton, el tamaño de la aceleración es directamente

proporcional al tamaño de la fuerza, es decir que si nosotros aplicamos una fuerza a una

determinada dirección, el móvil sufrirá una aceleración precisamente a la misma

dirección.

Por tanto, Newton descifra que lo mucho o poco de movimiento es cómo consecuencia

del producto de la masa por la velocidad.

Se debe considerar que un móvil no solamente puede ser afectado por una sola fuerza,

sino que también puede ser por un conjunto de varias de ellas. Un ejemplo claro en este

sentido es al querer jalar con una cuerda un vehículo descompuesto por una pendiente,

el vehículo es afectado por su peso, la fuerza normal, la fricción con la pendiente y la

tensión de la cuerda. En situaciones como esta en la que intervienen varias fuerzas

sobre el cuerpo, la segunda ley de Newton no aplica. Si intervienen varias fuerzas sobre

un objeto como en el caso expuesto, este experimentará una aceleración directamente

proporcional a la fuerza neta aplicada.

Para que quede un poco más claro, la fuerza neta o total se refiere a la suma “vectorial”

de todas las fuerzas que están interactuando sobre el cuerpo, es decir tienen dirección y

sentido. Por ejemplo, si quiero empujar un carro con otras dos personas hacia una

misma dirección, cada una con una fuerza de 100 N, la fuerza neta que interactúa sobre

el carro es de 300 N.

Siguiendo con la explicación de la segunda ley de Newton, es importante destacar que

cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, este se acelerará y ya hemos mencionado

que a mayor fuerza mayor aceleración y a menor fuerza menor aceleración, sin

embargo; llegará el momento en que alguna otra fuerza lo detendrá ya que de lo

contrario el objeto seguiría su movimiento como sucedió con el experimento expuesto

en donde la botella de menor masa al aplicarle la fuerza giró con mayor velocidad pero se

salió del entorno de la mesa y cayó al suelo siendo detenido por este. En cuanto al

recipiente de cristal con una sustancia en su interior como la arena lo que lo hacía más

pesado, al ejercer la fuerza, giró pero de una forma mucho más lenta debido a su masa

lo cual detuvo su curso por la fricción de la mesa en el cuerpo.

Si en la segunda ley de Newton mantenemos la fuerza constante, podemos observar

que a mayor masa menor es la aceleración que produce la fuerza sobre el objeto. Dicho

de otra manera, mientras más grande sea el objeto, es más difícil cambiar su estado de

movimiento. Por tanto, podemos observar en este caso que la masa corresponde a la

propiedad de inercia.

En esta ley, la fuerza es primordial. La fuerza es algo que es capaz de provocar en un

cuerpo cambios de velocidad, es decir de aceleración, además de que la dirección de la

aceleración es igual a la de la fuerza y el parámetro que relaciona fuerza y aceleración

que es justamente la masa del objeto en cuestión.

Cómo se aplica la segunda ley de Newton en la vida cotidiana.

La aplicación de esta ley en la vida cotidiana está presente en todo nuestra vida , desde

entender cómo funcionan los movimientos de los objetos aplicándoles una fuerza, hasta

cómo es el funcionamiento de las maquinarias y los proyectiles creados por el mismo

hombre como anteriormente se había dicho. Nos permite, aprender que para cambiar

de lugar un objeto en reposo, necesariamente se le necesita aplicar una fuerza e incluso a

que dirección debemos de ejercer el mismo.

Pese a todo lo anterior y aunque aparenta ser muy fácil, todos los movimientos que

podemos observar en la naturaleza como son: al caer un lápiz , al caerse objetos en el

aire, el movimiento de un carretas y mas de la época moderna los autos o aviones

resultan muy complicados.

Todas estas complicaciones motivaron a estudiosos como Aristóteles, Isaac Newton,

entre otros, que se dieran a la tarea de investigar cómo y por qué ocurren estos

fenómenos, aunque muchos de estos fueron descartados. Ejemplo de ello es cuando

Aristóteles pensó que el movimiento de un cuerpo se detiene cuando la fuerza que lo

empuja deja de actuar. Sin embargo, más tarde se comprobó que esto no era cierto

pero fueron ideas que perduraron por siglos.

Gracias a todo lo anterior podemos permanecer con el conocimiento del porqué de los

movimientos y ejercerlos, no solo actuar por intuición basadas meramente en

observación que solo nos permite cometer errores.

Una de las formas en las que podemos observar la segunda ley de Newton es cuando

por ejemplo en juegos de niños y uno de ellos jala a otro y al mismo tiempo lo hace

correr, la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que

actúa sobre ella.

En este experimento se representa

La segunda ley de Newton conocido también como ley de fuerza en donde nos

demuestra su teoría: “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Ésta

aceleración es en dirección a la fuerza, es proporcional a su intensidad y es

inversamente proporcional a la masa que se mueve.

En este ejemplo tenemos una camioneta y la aceleramos para avanzar, por tanto la

fuerza que actúa sobre la camioneta es directamente proporcional a la aceleración y la

masa de proporcionalidad es la masa de la camioneta. En el caso de que si sobre

cargamos la camioneta de productos pesados avanzará relativamente más lento ya que

a mayor su masa menor es la aceleración.

Material y equipo

El material utilizado en este experimento es:

Una mesa libre para realizar el experimento.

Una tabla de tamaño mediano.

Una polea metalica

Un carrito de plastico.

Una tapa de plástico

Cordel para jalar el carrito y colocar la tapa de contrapeso

Bolsita de piedras o tornillos.

Colocaré las imágenes del material descrito en este apartado.

Procedimiento

Este es un experimento es muy sencillo a continuación detallo los pasos a seguir para

realizarlo.

Paso # 1

Colocar la polea en la tabla mediante un tornillo asi evitaremos que se mueva durante el

experimento,

Paso # 2

Colocar el cordel al carrito y posteriormente pasaremos el mismo por la polea de modo que podamos asegurarlo a la tapa de plástico que esta en el otro extremo de el cordel.

Paso # 3

Procederemos a deslizar primero el carrito sin carga y observaremos que acelera rapidamente hasta llegar al tope junto a la polea

Paso # 4 Posteriormente pasaremos el carrito llevando las placas metalicas para darle mayor peso.

En las imágenes se aprecia la diferencia de aceleración en cómo se desliza el carrito libre

sin peso y otras con el peso extra, es obvio que con la fuerza aplicada a ambos para su

deslizamiento, el carrito tuvo una aceleración mucho mayor debido a su masa

comparado con el otro.

Resultados

En este experimento, observamos que al aplicar la fuerza al carrito vacio, éste adquiere

una aceleración de acuerdo a la fuerza aplicada, es decir si le aplicamos una fuerza

mayor, mayor será la aceleración y en caso contrario si le aplicamos una fuerza menor,

menor será la aceleración.

En el caso del carrito ya con peso, al momento de aplicar la fuerza, este tuvo una

aceleración mucho más lenta comparado con el anterior aun cuando la intensidad de la

fuerza fue el mismo. Esto es debido a su masa ya que al tener las placas metalicas,

presenta mucho más peso.

Estos resultados del experimento, cubren todas las expectativas de la segunda ley de

Newton o ley de fuerza. Al aplicar una fuerza a un objeto, este se acelera. Esta

aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad e inversamente

proporcional a la masa que se mueve.

A mayor fuerza – Mayor aceleración. A menor fuerza – Menor aceleración. Esto lo

podemos representar gráficamente de la siguiente manera en donde F= fuerza y a=

aceleración.

Directamente F a

Proporcional a la Fuerza aplicada F a

Como ya se había mencionado antes, la constante de proporcionalidad es la masa del

cuerpo por lo que esto se puede expresar como F= m a. Tanto la fuerza como la

aceleración son magnitudes vectoriales, esto quiere decir que tienen, además de un

valor, una dirección y un sentido. Como ejemplo se podría citar que al empujar una

mesahacia al frente lleva una aceleración inversamente proporcional a la masa de la

mesa, esto significa que a más masa menor es la aceleración. En el supuesto caso de que

le pongamos peso sobre la mesa, se puede observar que al empujarla la aceleración

disminuye debido al aumento de la masa de la mesa. En este sentido han aumentado

dos cantidades físicas: el peso que no influye directamente en la aceleración y el

rozamiento que si influye en la aceleración.

Con el experimento realizado con el carrito hemos comprobado que la segunda ley de

Newton se ha cumplido tal como se ha explicando a lo largo de este reporte de práctica.

La fuerza neta que actúa sobre un objeto, es proporcional a la aceleración que adquiera

al moverse, y a la masa de dicho objeto.

Conclusiones

Los resultados del experimento comprueba la segunda ley de Newton que dice:

Aplicando una fuerza sobre un objeto, este experimentará una aceleración

directamente proporcional a la fuerza aplicada. en este caso hemos visto que existen las

fuerzas. El que la aceleración sea directamente proporcional, significa que a menor

fuerza aplicada, la aceleración será menor y a mayor fuerza aplicada, mayor será la

aceleración.

En este experimento observamos que al momento de ejercer fuerza en la primera con el

carrito vacio, dicha fuerza provoca en él una aceleración y se desliza tan rápido al tope

de la mesa debido a la fuerza de gravedad y finaliza su trayectoria al impactarse con el

tope colocado junto a la polea es precisamente la otra fuerza que lo detuvo.

Observamos también que en el segundo caso que es el carrito con un poco de mas peso

en su interior, al ejercer fuerza sobre él, le provoca una aceleración de mucho menor

intensidad comparado con el primero que probablemente se deba a su masa y como

consecuencia la fuerza aplicada fue menor.

Este experimento nos lleva a entender nuestro entorno y que para cambiar la posición

de un cuerpo en reposo, es necesario aplicar una fuerza. Así pues, también nos explica

el movimiento de los proyectiles artificiales creados por el hombre, así como también la

mecánica de funcionamiento de las máquinas.

En conclusión se comprueba la segunda ley de newton de acuerdo a los resultados del

experimento; basado en las definiciones teóricas investigadas. Debemos reconocer la

importancia de seguir fielmente los procedimientos con el fin de obtener los mejores

resultados en nuestros experimentos.

Los pasos del método científico que se observan en este experimento

Observación: Examiné el fenómeno el cual debería realizar.

Recolección de datos: Además de revisar los contenidos extensos, usé videos asi como

paginas con buen crédito academico.

Formulación de hipótesis: Al momento de elegir el experimento a realizar observe

ejemplos, formule preguntas y esta parte del método científico se realizo.

Experimentación: Al momento de hacer el experimento se comprueba la hipótesis planteada.

Conclusión: Al terminar el experimento, confirmé la hipótesis y los resultados para

finalmente sacar mis conclusiones y comprobar que la segunda ley de Newton se

cumplio.

Bibliografía

1.- Módulo 14 Universo natural. Unidad 3 Sistemas vivos. Prepa en línea SEP. Consultado el 7 de

mayo de 2016.

2.- paginas.matem.unam.mx/cprieto/index.php/es/.../137-newton-sir-isaac

3.- https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA Varela, L. (2012, 7 de noviembre) Las 3

Leyes de Newton. Consultado el 7 de mayo de 2016

4.- www.buscabiografias.com/biografia/verDetalle/2182/Isaac%20Newton Recuperado el 7 de

mayo de 2016

5.- Pérez Montiel, H. (2010). Física General. México: Patria

6.- Profesor en casa. Leyes de Newton. Recuperado el 7 de mayo de 2016 de

http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Leyes_de_Newton.html