SUBTEMA SEGUNDA LEY DE NEWTON APLICADA AL MOVIMIENTO.

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1 SUBTEMA 3.6.2. SEGUNDA LEY DE NEWTON APLICADA AL MOVIMIENTO.
La segunda ley de Newton es conocida también como la ley de proporcionalidad entre masas y aceleraciones de los objetos.

2 Establece que si una fuerza actúa sobre un cuerpo de masa (m) ese cuerpo sufrirá una aceleración en la fuerza aplicada cuya magnitud es proporcional ala magnitud de la fuerza e inversamente proporcional ala masa. F = m x a. m = F a = F a m F = Fuerza en Newtons (N) o dinas. m = Masa del cuerpo en kg o gr. a = aceleración del objeto en m/seg2, cm/seg2, ft/seg2 , pulg/seg2.

3 Esta Ley se refiere a los cambios en la velocidad que sufre un cuerpo cuando recibe una fuerza. Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuado en la unidad de tiempo, recibe el nombre de aceleración. Así, el efecto de una fuerza desequilibrada sobre un cuerpo produce una aceleración. Cuanto mayor sea la magnitud de la fuerza aplicada, mayor será la aceleración.

4 Debemos recordar que aceleración también significa cambios en la dirección del objeto en movimiento, independientemente que la magnitud de la velocidad cambie o permanezca constante; tal es el caso cuando se hace girar un cuerpo atado al extremo de una cuerda, pues ésta aplica una fuerza al objeto y evita que salga disparado en línea recta acelerándolo hacia el centro de la circunferencia.

5 Podemos observar claramente cómo varía la aceleración de un cuerpo al aplicarle una fuerza, realizando la siguiente actividad: Si a un coche de juguete le damos dos golpes diferentes, primero uno leve y después otro más fuerte, el resultado será una mayor aceleración del mismo a medida que aumenta la fuerza que recibe: a α F. Por lo tanto, podemos decir que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada, y el cociente fuerza entre aceleración producida es igual a una constante: F1/a1=F2/a2=Fn/an= k constante.

6 El valor de la constante k representa la propiedad del cuerpo que recibe el nombre de masa, por lo cual podemos escribir: F = m x a o bien: m= F/a La relación F/a es un valor constante para cada cuerpo en particular y recibe el nombre de masa inercial, porque es una medida cuantitativa de la inercia.

7 La masa de un cuerpo m, como ya señalamos representa una medida de la inercia de dicho cuerpo y su unidad fundamental en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg), mismo que resulta de sustituir las unidades correspondientes de fuerza y aceleración. Veamos: m = F/a = N/m/seg2. = kg m/seg2 = kg m/seg2.

8 En el sistema c.g.s. la unidad de masa es el gramo:
1 kg = 1000 gr En ingeniería aún se utilizan mucho los sistemas Técnicos o gravitacionales. En el sistema Inglés la unidad de masa es el slug, compuesta o derivada de las siguientes unidades. m= F = lbf_____ = slug a pies/seg2. El slug se define como la masa a la que una fuerza de l lbf le imprimirá una aceleración de 1 pie/seg2.

9 La segunda Ley de Newton también relaciona la aceleración con la masa de un cuerpo, pues señala claramente que una fuerza constante acelera más a un objeto ligero que a uno pesado. Compruebe lo anterior al empujar un carro de los que se usan en los supermercados y observará que al moverlo cuando está vacío exigirá menor esfuerzo que cuando está lleno.

10 Comprenderemos la relación entre la aceleración y la masa del cuerpo, al realizar la siguiente actividad: A un carrito de 40 gramos le aplicamos una fuerza y observamos cuál fue su aceleración. Ahora le aplicamos la misma fuerza pero antes le agregamos una masa equivalente de 40 gramos, de tal manera que su masa se duplique: el valor de su aceleración será a/2. Al triplicar la masa del carrito, agregándole otros 40 gramos y al aplicarle la misma fuerza, la aceleración será a/3, si cuadruplicamos la masa será a/4. De lo anterior concluimos que cuando la fuerza aplicada es constante, la aceleración de un cuerpo es inversamente proporcional a su masa ; en forma matemática puede escribirse como: a α 1 m

11 Al observar y cuantificar los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los cuerpos se llega al enunciado de la Segunda Ley de Newton; “Toda fuerza resultante diferente de cero al ser aplicada a un cuerpo, le produce una aceleración en la misma dirección en que actúa. El valor de dicha aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”.

12 Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:
a= F m donde a= valor de la aceleración en m/seg2, cm/seg2, pies/seg2. F= valor de la fuerza aplicada en Newtons (N), dinas o libras fuerza (lbf). m = masa del cuerpo en kilogramos (kg), gramos (gr) o slugs. De esta ecuación podemos despejar a la fuerza, lo cual nos permitirá comprender con mayor facilidad el significado del newton como unidad de fuerza en el Sistema Internacional: F = ma Sustituyendo las unidades de masa y aceleración tenemos: F= kg m/seg2= newton (N).

13 Por definición, se aplica una fuerza de un Newton cuando a un cuerpo cuya masa es de un kilogramo se le imprime una aceleración de un metro por segundo cuadrado. La equivalencia entre newtons y dinas es la siguiente: 1 N = 1 x105 dinas. Como el peso de un cuerpo representa la fuerza con que la tierra atrae a la masa de dicho cuerpo, entonces: P = mg. por lo tanto m= p/g. De donde la Segunda Ley de Newton puede escribirse también como: F = P/g a Donde F= Valor de la fuerza aplicada al cuerpo en newtons (N). P = Valor del peso del cuerpo en Newtons (N). g = valor de la aceleración de la gravedad = 9.8 m/seg2. a = valor de la aceleración de la gravedad en m/seg2.

14 Problemas de la Segunda Ley de Newton.
1.- Calcular la aceleración que produce una fuerza de 50 Newtons a un cuerpo cuya masa es de 5000 gramos. Expresar el resultado en m/seg2. Datos Fórmula Sustitución a = a = F/m a = 50 kg m/seg2. = kg m/seg2. F= 50 N m = 5000 gramos = 5 kg

15 2.- Calcular la masa de un cuerpo si al recibir una fuerza de 100 Newtons le produce una aceleración de 200 cm/seg2. Exprese el resultado en kg. Datos Fórmula Sustitución. m= m = F/a m = 100 kg m/seg2. F = 100 kg m/seg kg =200 cm/seg2.= m = 50 kg 2 m/seg2.

16 3.- Determinar la fuerza que recibe un cuerpo de 30 kg, la cual le produce una aceleración de 3 m/seg2. Datos Fórmula Sustitución F = F = ma F = 30 kg x 3 m/seg2. m = 30 kg F = 90 kg m/seg2. a = 3 m/seg F F = 90 Newtons.

17 4.- Determinar el peso de un cuerpo cuya masa es de 60 kg.
Datos Fórmula Sustitución. P = P = mg P = 60 kg x 9.8 m/seg2. m = 60 kg P = 588 kg m/seg2. g = 9.8 m/seg P = 588 Newtons.

18 5.- Calcular la masa de un cuerpo cuyo peso es de 980 Newtons.
Datos Fórmula m = m = P/g Sustitución m = 980 kg m/seg2. 9.8 m/seg m = 10 kg