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Interacciones, Leyes de Newton y Ejercicios de Fuerzas para 1er año de Ciencias

interacciones y nas leyes de newton portada

Las Interacciones en ciencias, es uno de tantos temas que se puede estudiar desde la perspectiva de la mecánica, la dinámica, la estática, debido a su capacidad de analizarse en cada una de estas áreas de la física.

Para nuestros estudiantes principalmente de 1ero de ciencias o 4to año de bachillerato, sigue representando un reto comprender algunos conceptos, trabajar con fórmulas, hacer diagramas de cuerpo libre, diferenciar unidades y además, trabajar con el análisis vectorial de las fuerzas que interactuan con los masas o cuerpos.

Hoy, en www.educacioneinvestigación.com queremos dar un aporte en pro de ayudar con el reto impuesto en tu aprendizaje y recuperación académica, y de una forma sencilla comprendas un tema de física que tiene mucha relación con lo cotidiano.

Por ello, ¿Qué tenemos en este artículo para tí?, el desarrollo tanto teórico como práctico sobre: «Las interacciones y las Leyes de Newton» y como desde un estudio vectorial podemos desarrollar, tanto un análisis cualitativo como cuantitativo que describe lo que sucede con ciertas masas, tanto en reposo como en movimiento.

Quédate leyendo hasta el final y descubre como se unifica la teoría con la práctica, a través de 4 ejercicios resueltos sobre este tema tan interesante.

¡Vayamos al grano!

Interacciones en física ¿Qué es?

Las interacciones se pueden representar en el universo a través de las acciones mutuas que ejercen los cuerpos entre sí, inclusive todos los objetos físicos que nos rodean están constantemente atracción y/o repulsión.

Ejemplos de interacciones tenemos:

¿Por qué es tan interesante las interacciones en las leyes de Newton?

Las interacciónes tal como viste anteriormente en resúmen están muy presentes en todo el universo, ejerciendose acciones mutuas entre cuerpos a través de las fuerzas.

Lo interesante de las interacciones en las leyes de newton, es ver como se cumplen a cabalidad, se conozcan o no estas leyes. En efecto, muchas de nuestras acciones en el diario vivir, tiene que ver tanto con las interacciones como con las leyes de newton.

Por tal motivo, para los que se dedican a estudiar las ciencias, pueden comprender mejor sobre el límite de las cosas es decir, de lo que se puede y no hacer. Por lo que, con teoría y práctica podemos llegar a tener nuestras propias conclusiones acerca de, que todo tiene un límite en función del tiempo.

¿Cómo aplicamos en la vida cotidiana las interacciones y las leyes de Newton?

Lo bonito de las ciencias y en especial de la física, es que sin forzar los temas, ni llegar a ser un científico, todos podemos llegar a desarrollar el sentido de la lógica y el respeto por las interacciones mutuas entre los cuerpos.

Antes de continuar, quiero que sepas que en el artículo anterior, estuvimos hablando sobre: Condensador eléctrico y capacidad, es uno de los temas que se estudian en física de 5to año y en carreras técnicas y universitarias asociadas con electricidad y electrónica.

Si aún no lo haz leído, te invito a que lo puedas leer, te puede interesar, acá de te dejo un enlace

Conceptos Básicos sobre las Interacciones y Leyes de Newton

Si haz ido entendiendo que la teoría es importante para comprender la práctica, vas por buen camino. He aquí algunos de los conceptos más básicos que guardan relación con las acciones mútuas entre cuerpos y las leyes de newton.

1era Ley de Newton

La primera Ley de Newton, es también conocida como Ley de la Inercia, queda enunciada de la siguiente forma:

«Todo cuerpo en reposo o en movimiento tiende a mantener su estado, siempre y cuando sobre él no actúe una fuerza externa».

Acá se puede apreciar, que si sobre un cuerpo no actúan fuerzas el permanecerá en reposo o también puede estar presente el hecho que al actuar varias fuerzas, se anulen entre sí. Pero, por otra parte, debido a la acción de estas fuerzas puede estar bajo un movimiento rectilíneo y uniforme.

Con esta Ley de Newton, se recalca el principio de inercia que es aplicable a sistemas en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme.

Ejemplos de la Primera Ley de Newton:

A.- Un automóvil con movimiento al frenar de forma repentina, se puede observar que los pasajeros irán impulsados hacia adelante, como si los ocupantes del automóvil intentaran seguir en movimiento.

B.- Un atomóvil está detenido, pero luego arranca de forma brusca, lo que sucederá es que los pasajeros serán impulsados hacia atrás, como si los ocupantes intentaran continuar el estado de reposo

2da Ley de Newton

Esta segunda Ley de Newton o Ley Fundamental de la dinámica, es muy conocida debido a su relación de estudio con las fuerzas, que son capaces de generar variaciones de velocidades y de aceleraciones; Quedando enunciada de la siguiente forma:

«La Aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.»

Toda fuerza es directamente proporcional a la aceleración, y si se aumenta la fuerza también se aumenta la aceleración en la misma proporción.

En cambio, la aceleración del sistema es inversamente proporcional a la masa.

Ejemplos de la Segunda Ley de Newton:

A.- Un balon es golpeado con una fuerza, que es capaz de generar tanto un cambio de posición, como de variación de velocidad y por ende de aceleración, que será proporcional a la fuerza que se aplicó.

B.- Un cuerpo, recibe el doble de una fuerza conocida, se evidencia en el movimiento que dicha aceleración se duplicó.

3era Ley de Newton

Esta Ley se le conoce también como Ley de Acción y Reacción, debido a que se trata de las fuerzas capaces de producir efectos que tal vez en más de una vez hayamos podido comprobar.

Por lo antes mencionado, se puede decir que se refiere a cuerpos que ejercen fuerzas sobre otros, y éstos ejercerán fuerzas sobre el primero pero, de la misma magnitud y en sentido opuesto. Quedando enunciada la tercera ley de Newton de la siguiente forma:

«Si un cuerpo cualquiera ejerce una fuerza (acción) sobre éste se produce otra fuerza de la misma magnitud (reacción), pero de sentido contrario, sobre el primero.»

Ejemplos de la Tercera Ley de Newton:

A.- Una pelota de tenis es golpeada contra una pared, podemos decir que está ejerciendo una fuerza sobre la pared (acción) y de forma simultánea la pelota rebota (Reacción) en sentido opuesto a la fuerza aplicada.

B.- Un persona sentada en un boteaplica una fuerza con el remo contra el muelle para alejarse de la orilla (acción), observaremos que el bote se empezará a mover en dirección opuesta a la fuerza a plicada.

Fuerza

Es toda causa capaz de originar dos efectos dinámico o deformador, por ello las interacciones entre cuerpos permite una relación directa con las leyes de newton y con la mecánica entre otras áreas más.

Aunque, la fuerza está muy presente en muchas de las cosas que hacemos en el diario vivir, se puede tanto interpretar como cuantificar la fuerza.

Peso

El Peso es considerado como una fuerza de atracción, debido a que la masa tierra atraé a hacia así misma todos los cuerpos de menor masa. Además, la gravedad es la fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia la tierra.

Se determina con la siguiente ecuación P = m . g; donde el peso y la aceleración de gravedad son magnitudes vectoriales y la masa es una magnitud vectorial.

En los diagramas de cuerpo libre el Peso se representa con un vector vertical pero, descendente.

Roce o fricción

El roce está presente entre dos o más cuerpos que se deslizan el uno sobre el otro, y dicha fricción puede generar desgaste, ruído, calor.

Sin Fricción muchas de las actividades que realizamos a diario serían incapaces de hacerlas como: caminar, trotar, bailar, entre muchas otras.

Un detalle interesante sobre estas interacciones que admiten el roce o fricción es que nos ayudan a comprender que la fuerza del roce siempre se genera en dirección opuesta al movimiento.

Fuerza Normal

La fuerza normal, es aquella que se presenta solo en la superficie de contacto cuando un cuerpo se apoya sobre otro. También, en el caso que una masa este en reposo en una superficie, esta lo que hace es sostener y empujar con una fuerza de igual magnitud, pero contraria al peso.

Dicha fuerza normal, es perpendicular a la superficie que la sostiene. Por lo que, si la superficie cambia de horizontal a inclinado esta fuerza rota hasta tener el valor de 90° con respecto a la superficie.

Tensión de Cuerdas

La tensión de cuerdas tal como su nombre principalmente lo describe, se refiere a la fuerza que experimentan las cuerdas al soportar pesos, arrastrar objetos, levantar o bajar objetos a través de una polea.

Aunque originalmente, aplica a cuerdas la tensión en sí misma puede ser aplicada a otros elementos que tengan propósitos similares como: cadenas, guayas aceradas, alambres, entre otras.

4 Ejercicios resueltos sobre Fuerzas e Interacciones

1.- Calcular la aceleración y tensión de cuerda que experimentan dos cuerpos unidos entre sí, donde a la masa o cuerpo 2 se le aplica una fuerza externa en dirección horizontal y sentido hacia la derecha de 350 New, donde se tienen los siguientes datos:

Masa 1 = 10 kg, la masa 2 = 20 Kg, y el coeficiente de fricción será de 0,30.

Procedamos sacando los datos, luego el diagrama de cuerpo libre y finalmente obtener las ecuaciones para calcular la aceleración y tensión de cuerda.

2.- Se tienen 2 masas unidas por una cuerda y cuelgan sobre la garganta de una polea, se desprecia el roce entre la cuerda y la polea. Por otro lado, se conoce que la masa 1 de 50 kg arrastra tras de ella a la masa 2 de 30 kg, debido a sus pesos. Calcular la aceleración y la tensión de cuerda que se aplica en el sistema.

3.- Dos masas unidas por una cuerda que pasa por la garganta de una polea en la que la segunda masa arrastra a la primera, se sabe que la masa 2 es de 30 Kg y la masa 1 de 20 Kg además, la masa 2 está colgando y la masa 1 apoyada sobre una superficie horizontal, si se desprecia la fuerza de roce, calcular la aceleración del sistema.

4.- Dos masas unidas por una cuerda que pasa por la garganta de una polea en la que la segunda masa arrastra a la primera, se sabe que la masa 2 es de 40 Kg y la masa 1 de 20 Kg. Además, la masa 2 está colgando y la masa 1 apoyada sobre una superficie inclinada de 30°, si se desprecia la fuerza de roce, calcular la aceleración del sistema.

Preguntas Relacionadas:

Esta sección está pensada para dar respuesta a interrogantes relacionadas, pero que en el desarrollo del tema no se abarcaron, que de igual forma pueden ser útiles e interesantes.

1.- ¿Qué pasaría si no existieran las leyes de Newton?

Aunque pudiera darse el caso hipotético de que no existieran las leyes de newton, en la naturaleza como en todas las cosas que hiciéramos de igual forma se manifestarían las fuerzas, pero sin un menor nivel de comprensión y se generaría muchos retrasos sobre todo a nivel mecánico.

Recordemos, la física estudia los fenómenos que se desarrollan en la naturaleza en algunos casos tomando en cuenta las causas que las originan y en otras solo sus consecuencias.

Por tal motivo, las leyes de newton son la base de la física y especialmente en la mecánica, y da respuesta efectiva a las causas y consecuencias de las acciones mutuas o interacciones entre los cuerpos.

2.- ¿Cómo se originan las fuerzas elásticas?

Las fuerzas elásticas se conciben en aquellos cuerpos, materias y sustancias que poseen la propiedad de estirarse, elongarse, alargarse y luego de liberarse la presión que acciona la fuerza, siemplemente este tendrá la capaciada de regresar a fu forma o medida original.

Gracias a la ley de Hooke, hoy día existen muchas aplicaciones en el campo de la ciencia con respecto a las propiedades elásticas, mayormente aplicados a muelles o resortes.

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