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Las Leyes de Newton

desarrollo teórico y practico de las tres primeras leyes de Newton

Las Leyes de Newton

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Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
I.U.P “Santiago Mariño”
Escuela 45- Ing. Industrial
Catedra: Mecánica aplicada
Leyes de Newton
Alumno.
Jesús Riveiro C.I 24,058,694
Prof.
Ing . Víctor Mendoza
Isaac Newton (25/12/1642-20/03/1727)
Isaac Newton (Woolsthorpe, Lincolnshire; 25 de diciembre de
1642jul./ 4 de enero de 1643greg.-Kensington, Londres; 20 de
marzojul./ 31 de marzo de 1727greg.) fue un físico, filósofo,
teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Es autor de
los Philosophiæ naturalis principia mathematica, más conocidos
como los Principia, donde describe la ley de la gravitación
universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante
las leyes que llevan su nombre. Entre sus otros descubrimientos
científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz y la
óptica (que se presentan principalmente en su obra Opticks) y el
desarrollo del cálculo matemático.
Introducción
Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del
movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales
se explican una gran parte de los problemas planteados en
mecánica clásica, en particular aquellos relativos al movimiento
de los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la
física y el movimiento de los cuerpos en el universo.
Constituyen los cimientos no solo de la dinámica clásica sino
también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas
definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas,
Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y
experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a
partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su
validez radica en sus predicciones... La validez de esas
predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos
durante más de dos siglos.
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercía, nos
dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá
indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante
(incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual
sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de
un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del
tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de
una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se
necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el
movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo
especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de
referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los
que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza
neta se mueve con velocidad constante.
Primera Ley o Ley de Inercia
Ejemplos de la Primera Ley en la vida cotidiana:
Parar un valón: dentro de un deporte que
involucre un balón, tenemos en claro que si
el arquero o defensor no detiene el balón
que se aproxima por la fuerza que le aplico
el delantero u/o ofensor este seguirá su
curso hasta la portería o arco, debido a la
inercia generada por la fuerza impresa en
este.
El movimiento de un péndulo: al balancear una
de las esfera contra la línea que tiene en frente, el
impacto contra las demás esferas causa que la
fuerza inicial impresa o inercia se transmita de
una espera a otra, logrando que la ultima esfera
repita el mismo proceso, hasta que la fuerza se
detiene y quedan los cuerpos en reposo.
Ejercicio de la primera ley:
Un ascensor pesa 400 Kp. ¿Qué fuerza debe ejercer el cable hacia arriba para que suba con una aceleración de 5 m/s2?
Suponiendo nulo el roce y la masa del ascensor es de 400 Kg.
Solución
Como puede verse en la figura 7, sobre el ascensor actúan dos fuerzas: la fuerza F de tracción del cable y la fuerza P del
peso, dirigida hacia abajo.
La fuerza resultante que actúa sobre el ascensor es F – P
Aplicando la ecuación de la segunda ley de Newton tenemos:
Al transformar 400 Kp a N nos queda que:
400 Kp = 400 x 9,8 N = 3920 N
Sustituyendo los valores de P, m y a se tiene:
F – 3920 N = 400 Kg. x 0,5 m/s2
F – 3920 N = 200 N
Si despejamos F tenemos:
F = 200 N + 3920 N
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P
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Las Leyes de Newton

  • 1. Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior I.U.P “Santiago Mariño” Escuela 45- Ing. Industrial Catedra: Mecánica aplicada Leyes de Newton Alumno. Jesús Riveiro C.I 24,058,694 Prof. Ing . Víctor Mendoza
  • 2. Isaac Newton (25/12/1642-20/03/1727) Isaac Newton (Woolsthorpe, Lincolnshire; 25 de diciembre de 1642jul./ 4 de enero de 1643greg.-Kensington, Londres; 20 de marzojul./ 31 de marzo de 1727greg.) fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Es autor de los Philosophiæ naturalis principia mathematica, más conocidos como los Principia, donde describe la ley de la gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre. Entre sus otros descubrimientos científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica (que se presentan principalmente en su obra Opticks) y el desarrollo del cálculo matemático.
  • 3. Introducción Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican una gran parte de los problemas planteados en mecánica clásica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo. Constituyen los cimientos no solo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones... La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.
  • 4. La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercía, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante. Primera Ley o Ley de Inercia
  • 5. Ejemplos de la Primera Ley en la vida cotidiana: Parar un valón: dentro de un deporte que involucre un balón, tenemos en claro que si el arquero o defensor no detiene el balón que se aproxima por la fuerza que le aplico el delantero u/o ofensor este seguirá su curso hasta la portería o arco, debido a la inercia generada por la fuerza impresa en este. El movimiento de un péndulo: al balancear una de las esfera contra la línea que tiene en frente, el impacto contra las demás esferas causa que la fuerza inicial impresa o inercia se transmita de una espera a otra, logrando que la ultima esfera repita el mismo proceso, hasta que la fuerza se detiene y quedan los cuerpos en reposo.
  • 6. Ejercicio de la primera ley: Un ascensor pesa 400 Kp. ¿Qué fuerza debe ejercer el cable hacia arriba para que suba con una aceleración de 5 m/s2? Suponiendo nulo el roce y la masa del ascensor es de 400 Kg. Solución Como puede verse en la figura 7, sobre el ascensor actúan dos fuerzas: la fuerza F de tracción del cable y la fuerza P del peso, dirigida hacia abajo. La fuerza resultante que actúa sobre el ascensor es F – P Aplicando la ecuación de la segunda ley de Newton tenemos: Al transformar 400 Kp a N nos queda que: 400 Kp = 400 x 9,8 N = 3920 N Sustituyendo los valores de P, m y a se tiene: F – 3920 N = 400 Kg. x 0,5 m/s2 F – 3920 N = 200 N Si despejamos F tenemos: F = 200 N + 3920 N F = 4120 N P F A
  • 7. Segunda Ley o Principio fundamental de la Dinámica. La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera: F = m a Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como: F = m a La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2
  • 8. Ejemplo de la segunda ley en la vida cotidiana: Variación de peso: al alterar el peso en uno de los extremos de la balanza, se rompe con la estabilidad y la inercia de un cuerpo en reposo. Golpear una pelota: al golpear una pelota estamos imprimiendo fuerza a un cuerpo en reposo, esta tomara una aceleración determinada equivalente a la cantidad de de fuerza y masa que esta posee, si la mas varia la aceleración disminuye.
  • 9. Ejercicio de la segunda ley: Calcular la aceleración que produce una fuerza de 5 N a un cuerpo cuya masa es de 1000g Expresar el resultado en m/s². DATOS FÓRMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO A = ? a = F / m a = 5 Kg m/s² / 2 Kg = 2.5 m/s² F = 5 N m = 2000g = 2Kg
  • 10. Tercera ley o Principio de Acción y Reacción Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba. Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros. Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.
  • 11. Ejemplo de la tercera ley en la vida cotidiana: Saltar de un bote: si alguna ves al saltar de un bote observas que, mientras tu cuerpo se desplaza adelante, el bote retrocede, esto se debe a que la fuerza de arranque para dar el salto crea un efecto en ambos cuerpo, en el caso del bote esta fuerza lo impulsara en la dirección opuesta al cuerpo en movimiento. Tira la cuerda: al imprimir fuerza en ambos extremos de una soga, pero en sentidos opuestos esta permanecerá en su sitio si las fuerzas son iguales, o se moverá si las fuerzas son dispares, las variaciones o igualdades en las fuerzas crean una acción y reacción en ambos extremos de la soga.
  • 12. Dos cajas de 20 y 30 kg de masa respectivamente, se encuentran apoyadas sobre una superficie horizontal sin rozamiento, una apoyada en la otra. Si empujamos el conjunto con una fuerza de 100 N. ¿Cuál es la aceleración de cada masa?¿Qué fuerza ejercerá cada caja sobre la otra? Tercera ley dos cajas Respuesta: sobre la caja 1 actúan las fuerzas F y F21 en la dirección horizontal y sobre la caja 2, la F12 en la misma dirección. En módulo F21=F12. Aplicando la 2ª ley de Newton, F=m·a; a cada caja: 1ª caja: F - F21 = m1·a 2ª caja: F12 = m2·a Sumando: F = (m1 + m2) · a ; 100 = (20 + 30)·a ; a = 2 m/s2 y sustituyendo en F12 = m2·a = 20·2 = 40 N , fuerza que ejerce la caja 1 sobre la 2. La fuerza que ejerce la caja 2 sobre la 1 es igual en módulo y dirección y de sentido contrario. Ejercicio resuelto de la tercera ley:
  • 13. Referencia del contenido: • http://www.geocities.com/Athens/Delphi/8951/dinamica.htm • http://www.geocities.com/Athens/Delphi/8951/dinamica.htm • http://www.fisica.unav.es/personas/dmaza/fisica1/mec3.html • Física II Educación Media Editorial: Santillana.