El documento presenta información sobre Isaac Newton y las tres leyes del movimiento formuladas por él. Newton describió la gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante sus leyes. Las leyes explican que un objeto permanece en reposo o movimiento uniforme a menos que una fuerza actúe sobre él, que la aceleración de un objeto depende de la fuerza neta actuante y de su masa, y que para toda acción existe una reacción igual y opuesta.

1. FUERZA Y LEYES DE
NEWTON
Presentado por: Kendri H. Peñaranda, 17.947.795, como
requisito ante la asigtura Mecánica Aplicada.

2. Isaac Newton (1642 – 1727)
Nació en las primeras horas del 25 de diciembre de 1642 (4 de enero de
1643, según el calendario gregoriano), en la pequeña aldea de
Woolsthorpe,en el condado de Lincolnshire. fue
un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés.
Autor de los Philosophiae 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. Newton comparte con Gottfried
Leibniz el crédito por el desarrollo del cálculo integral y diferencial,
que utilizó para formular sus leyes de la física También contribuyó en
otras áreas de la matemática desarrollando el teorema del binomio y
las fórmulas de Newton-Cotes.

3. ¿ Qué es Fuerza ?
Se define fuerza como cualquier acción o influencia que modifica el
estado de reposo o de movimiento de un objeto. La fuerza que actúa
sobre un objeto de masa m es igual a la variación del momento lineal
(o cantidad de movimiento) de dicho objeto respecto del tiempo. Para
medir fuerzas en los laboratorios se utilizan dinamómetros.
Un Dinamómetro es un dispositivo formado por un muelle y un
cilindro que sirve de carcasa. Un puntero o aguja indica sobre una
escala el grado de formación del muelle cuando sobre el actúa una
fuerza, generalmente la escala que se utiliza es de tipo lineal.

4. Primera Ley de Newton
La primera ley de Newton es un verdadero enunciado a cerca de los
marcos de referencia. En general, la aceleración de un cuerpo
depende un marco de referencia con relación al cual se mide. Sin
embargo, las leyes de la mecánica clásica son validas en ciertas
series de marcos de referencia. La tendencia de un cuerpo a
permanecer en reposo en un movimiento lineal uniforme se llama
Inercia, y la Primera Ley de Newton suele llamarse también Ley de
Inercia.
Considérese un cuerpo sobre el cual no actué alguna fuerza neta. Si
el cuerpo está en reposo, permanecerá en reposo. Si el cuerpo está
en movimiento a velocidad constante, continuará haciéndolo así.

5. Dicho de otra manera, se necesita la acción de una fuerza para que un
objeto cambie su estado de reposo o de movimiento con velocidad
constante. Al observar esto decimos que la inercia actúa, que la inercia
impide que los cambios sucedan instantáneamente.
La inercia: es una propiedad de la masa, por eso decimos que los
objetos tienen tendencia a permanecer es reposo o en movimiento
rectilíneo uniforme, por su masa inercial.
Ejemplo: Consideremos como ejemplo un vagón en el que se coloca
una mesa con un libro sobre su superficie, de manera que no existe
fricción entre el libro y la mesa. Si el vagón se mueve con velocidad
uniforme y sobre el libro no actúa fuerza alguna, seguirá en reposo
sobre la mesa, tanto para un observador sobre la vagoneta (O) como
para un observador sobre la vía (O´).

6. Sin embargo, supongamos que inicialmente el vagón está en reposo y
que en el instante t= 0 comienza a avanzar con una cierta aceleración .
En este caso el libro permanecerá en reposo respecto a la vía, pero no
respecto al vagón. ¡Y sobre él no actúa ninguna fuerza! Esto quiere
decir que la primera ley de Newton no se verifica en cualquier sistema
de referencia. Se denominan sistemas de referencia inerciales a
aquellos en los que se verifica la ley de la inercia: Un sistema de
referencia inercial es aquel en que un cuerpo que no está sometido a la
acción de ninguna fuerza se mueve con velocidad constante.

7. Movimiento Rectilíneo Uniforme
Es el movimiento que tienen los objetos cuando se desplazan en
línea recta con rapidez constante, dicho de otra manera: se mueve
con velocidad constante. Así, un cuerpo está en equilibrio porque
la fuerza neta en él es cero, y consecuentemente su movimiento es
rectilíneo y con rapidez constante. Este es el movimiento más
simple que además se da en condiciones de equilibrio pues para
que exista, la suma de fuerzas debe ser cero. Las condiciones de
existencia para este movimiento son:
• Trayectoria en línea recta y
• Desplazamiento uniforme en el tiempo
• La expresión que liga estos conceptos es:

8. Segunda Ley de Newton
La primera ley de Newton explica que le sucede a un objeto
cuando la resultante de todas las fuerzas externas sobre él es nula.
La segunda explica lo que le sucede cuando se ejerce una fuerza
neta no nula sobre él. En realidad, estas dos leyes pueden
considerarse como una definición de la fuerza. Una fuerza es la
causa capaz de provocar en un cuerpo un cambio de velocidad, es
decir, una aceleración. Además, la dirección de la aceleración
coincide con la de la fuerza y el parámetro que relaciona fuerza y
aceleración es precisamente la masa del objeto, una propiedad
intrínseca a él.
Sin embargo, la experiencia nos dice que algunas veces la fuerza
se manifiesta de forma ligeramente distinta. Cuando actúa una
fuerza sobre un cuerpo extenso este puede acelerarse (y
desplazarse) o simplemente deformarse.

9. Ejemplo: Un estudiante empuja un trineo cargado cuya
masa es de 240 Kg a través de una distancia de 2,3 Mt, una
fuerza horizontal constante F de 130 N (29 Lb), el tiempo
pasa del reposo ¿Cuál es la Velocidad Final?
A causa que la aceleración es constante, podemos usar la ecuación:

10. Unidades de Fuerza
Como todas las ecuaciones, la segunda ley de Newton, debe ser
dimensionalmente consistente. No importa cuál sea el origen de la
fuerza (gravitatoria, eléctrica, nuclear, o cualquier otra) y no
importa que tan complicada sea la ecuación que se escriba a la
fuerza, deben mantenerse para ella las dimensiones.
Sistema Fuerza Masa Aceleración
SI Newton (N) Kilogramo (kg) 𝑚
𝑠2.
cgs dina Gramo (g) 𝑐𝑚
𝑠2.
Inglés libra slug 𝑝𝑖𝑒𝑠
𝑠2.

11. Tercera Ley de Newton
Esta ley dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro B, este reacciona
sobre el primero con una reacción igual y de sentido contrario. Ambas cosas
ocurren simultáneamente y siempre las dos fuerzas actúan sobre distintos
objetos. Es decir cuando dos cuerpos ejercen fuerzas mutuas entre sí, las dos
fuerzas son siempre de igual magnitud y de dirección distintas.
¿De dónde provienen las fuerzas? Si empujas un sillón para moverlo por el piso,
¿También te empuja a ti?, Si es así, ¿cómo afecta ese empuje tu propio
movimiento?, Preguntas como éstas ayudan a entender la tercera ley de Newton
del movimiento.
Si empujas con las manos un sillón, u otro objeto grande (o pequeño), por
ejemplo, una pared, sentirás que el objeto también empuja tus manos. Una
fuerza actúa sobre ellas y puedes sentirla cuando las comprime. Tus manos
interactúan con el sillón, la pared o una pelota, y ese objeto las empuja hacia ti
cuando tú empujas el objeto.

12. Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo resultan de otros cuerpos
que conforman su entorno. Si examinamos a las fuerzas que actúan
sobre un segundo cuerpo, uno anteriormente considerado como
parte del entorno del segundo cuerpo, entonces el primer cuerpo es
parte del entorno del segundo cuerpo y es, en parte, responsable de
las fuerzas que actúan sobre el segundo cuerpo. Toda fuerza es
parte de la interacción mutua de entre los cuerpos.
Ejemplo: Un martillo golpeando un clavo sobre un trozo de madera. El
martillo ejerce fuerza sobre el clavo al golpearlo, . Y el clavo también sobre el
martillo, , pero como la masa del clavo es mucho más pequeña, el martillo
consigue que entre en la madera.

13. Síntesis Newtoniana
La síntesis de Isaac Newton se apoyó en las primeras tres leyes
para demostrar la naturaleza de las fuerzas externas del
movimiento planetario. Hasta ese momento no era evidente que
para que los planetas guardaran equilibrio y se moviesen en órbitas
casi circulares, debía existir una fuerza que los desviaría de su
trayectoria rectilínea, pero manteniéndolos en trayectoria definida.
Newton llegó a la conclusión de que los planetas experimentan una
fuerza dirigida hacia el sol llamada fuerza centrípeta, la cual hace
que se mantengan en trayectoria elíptica aunque casi circular
estable. De igual forma, hizo referencia a como la luna gira
alrededor de la tierra y cómo otros satélites giran alrededor de su
propio planeta.

14. Ejemplo: Encuentra el vector resultante de 3 vectores de desplazamiento.
Estos son: A = 300m, 600, B = 400m, 140º y C = 540m, 290º.
Calculemos las tres componentes en dirección horizontal (x) de los tres
vectores dados.
La componente x de la solución es:

15. Calculemos las tres componentes en dirección vertical (y) de los tres
vectores dados.
La componente y de la solución es: