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INFORME V: LAS LEYES DE NEWTON

LEON VEGA, Jean Carlos V-17.465.458 Sistemas Sección “A”

San Cristóbal, 08 de Diciembre de 2014

Introducción Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Estudia el movimiento de sus objetos y de su respuesta a las fuerzas. Las descripciones del movimiento comienzan con una definición cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento, el tiempo, la velocidad, la aceleración, la masa y la fuerza.

Objetivos    

Determinar la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo inicialmente en reposo. Interpretar y describir las leyes de Newton. Define y aplica conceptos de dinámica, fuerza, masa y aceleración. Realizar la comprobación experimental de las leyes de newton.

Materiales       

Bloque de madera Pesas Poleas Plano inclinado Cronometro Calculadora Balanza

Definiciones Fuerza: la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. Peso: es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra.

Diagrama de fuerzas que actúan sobre un cuerpo de masa m en reposo sobre una superficie horizontal, donde “mg” es el peso del cuerpo, y “N” la reacción del plano en el que se apoya.

Aceleracion: es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por , o , y su módulo por . En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de Newton):

donde F es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, m es la masa del cuerpo, y a es la aceleración. Masa: es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional.

Fuerza de roce: Se define como la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies de contacto (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.Las fuerzas de roce son fuerzas producidas entre cuerpos en contacto, y que por su naturaleza oponen resistencia a cualquier tipo de movimiento de uno respecto al otro. Fricción estática: no se inicia el movimiento si la fuerza tangencial aplicada T hace que el ángulo sea menor a φ0 (no supera a Fr)

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La fuerza de roce se opone al movimiento de un bloque que se desliza sobre un plano. La fuerza de roce es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. La fuerza de roce no depende del área aparente de contacto. Una vez empezado el movimiento, la fuerza de roce es independiente de la velocidad.

Habiendo dos superficies en contacto, un objeto cualquiera sobre el suelo, por ejemplo, siempre habrá fuerza de roce. Esta fuerza de roce se subdivide en tres tipos: Fuerza de roce estática: Es la que se opone a que un objeto inicie un deslizamiento. Depende de la "rugosidad" que hay entre las superficie de contacto entre el objeto y el lugar donde se va a mover. A mayor rugosidad mayor es la fuerza de roce estática, y mayor será el esfuerzo necesario para empezar a mover algo. Fuerza de roce cinética: Es la que se opone al movimiento de un objeto que ya está en movimiento. Depende, también, de la "rugosidad" que hay entre las superficies de

contacto entre el objeto y el lugar donde se está moviendo. A mayor rugosidad mayor es la fuerza de roce cinética, y mayor será el esfuerzo necesario para mantener el movimiento del objeto. Esta fuerza de roce se manifiesta cuando hay movimiento de deslizamiento entre dos superficies. Fuerza de roce con el aire (fluido en general): Es la que se opone al movimiento de un objeto que está en movimiento en el aire (fluido). Depende de dos factores; la velocidad del objeto y la forma aerodinámica del objeto. Coeficiente de roce Pensemos en la superficie más lisa que se nos ocurra. Según las experiencias personales la respuesta puede variar desde una cerámica o una baldosa encerada o un trozo de hielo. Una superficie áspera puede ser el cemento, una lija, un rallador o una pared. Escojamos una superficie lisa. Al tacto puede que se sienta muy lisa, pero vista con una lupa aquello que nos parece liso al tacto pasa a ser “rugoso” a la vista. Ahora se puede apreciar que cuando una superficie se desliza por sobre otra, o viceversa, para que se produzca el deslizamiento hay dificultades para el desplazamiento, esa dificultad es la que denominamos “rugosidad” y la rugosidad entre dos superficies en contacto se mide por el “coeficiente de roce”. El coeficiente de roce es un valor numérico que varía entre el valor 0 (sin rugosidad) hasta el valor infinito (máxima rugosidad). Para las mismas condiciones de superficie y objeto que se quiere mover o que está en movimiento de deslizamiento, es mayor la fuerza de roce estática que la cinética. Esto significa que para empezar a mover un objeto hay que hacer un esfuerzo mayor que para mantenerlo en movimiento deslizante. Isaac Newton Demostró que la velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para objetos pesados y ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración. Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por

la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Para las partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica (el estudio de las causas del cambio en el movimiento). LAS LEYES DE LA DINÁMICA La primera ley de Newton o ley de la inercia "Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar su estado". En esta ley, Newton afirma que un cuerpo sobre el que no actúan fuerzas externas (o las que actúan se anulan entre sí) permanecerá en reposo o moviéndose a velocidad constante. La segunda ley de Newton o ley de la interacción y la fuerza "El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime". Esta ley explica las condiciones necesarias para modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. Según Newton estas modificaciones sólo tienen lugar si se produce una interacción entre dos cuerpos, entrando o no en contacto (por ejemplo, la gravedad actúa sin que haya contacto físico). Según la segunda ley, las interacciones producen variaciones en el momento lineal. La tercera ley de Newton o ley de acción-reacción "Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos" Esta ley se refleja constantemente en la naturaleza: se tiene una sensación de dolor al golpear una mesa, puesto que la mesa ejerce una fuerza sobre ti con la misma intensidad; el impulso que consigue un nadador al ejercer una fuerza sobre el borde de la piscina, siendo la fuerza que le impulsa la reacción del borde a la fuerza que él está ejerciendo.

Tabla de datos

Madera – Aluminio Madera – Madera

Peso bloque (m1) 96,7 gr 96,7 gr

Madera – Corcho Madera – Fieltro Madera – Madera Madera – Lija

120 gr 120 gr 120 gr 120 gr

Plano horizontal Distancia (x) Tiempo 30 cm 2s 30 cm 1,13 s Plano inclinado 30 cm 1,55 s 30 cm 2,78 s 30 cm 1s 30 cm 1,09 s

Peso 2 (m2) 120 gr 40 gr

Aceleracion (a) 5,4 m/s2 2,86 m/s2

100 gr 80 gr 90 gr 100 gr

1,02 m/s2 2,34 m/s2 1,85 m/s2 0,92 m/s2

Conclusión La segunda ley de dinámica de Newton es la que nos dice y explica que los cambios de movimiento son producidos por las fuerzas, que son empujes o tirones que hacen cambiar y acelerar el movimiento de un cuerpo, su causa puede ser gravitacional, eléctrica, magnética o simplemente un esfuerzo muscular. Las fuerzas siempre aparecen como resultado de la interacción de dos cuerpos, ya que la acción de una fuerza sobre un cuerpo no se puede mantener sin que haya otro que la provoque, ejemplo: en el experimento anterior, el carro no sé hubiera movido si no hubiera habido una pesa que lo halara con cierta fuerza para que el carro se acelerara. Las fuerzas siempre aparecen en pares para cada acción de un cuerpo sobre otro siempre existirá una reacción igual o contraria (acción y reacción). Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un cuerpo, este reacciona con una fuerza de la misma magnitud, misma dirección y sentido contrario.