Fuerza, masa y aceleración. Segunda Ley de Newton

Fuerza, masa y aceleración. Segunda Ley de Newton
La aceleración se produce cuando una fuerza desequilibrada actúa
sobre un cuerpo. Hay dos factores que influyen en la aceleración de un
objeto: La fuerza neta que actúa sobre él y la masa del cuerpo,
segunda ley de movimiento de Newton que describe cómo la fuerza y
la masa afectan a la aceleración. La ley establece que la aceleración de
un objeto es igual a la fuerza neta que actúa sobre el mismo dividido
por su masa. Esto se representa de la siguiente manera:
o
Relaciones directas e inversas
La segunda ley de Newton muestra que hay una relación directa entre
la fuerza y la aceleración. Cuanto mayor es la fuerza que se le aplica a
un objeto con una masa dada, mayor sera su aceleración.
Por su parte, la relación entre la masa y la aceleración es inversa, es
decir, cuando una variable aumenta, la otra variable disminuye.
Cuanto mayor sea la masa de un objeto, menos se va a acelerar
cuando se le aplique una fuerza dada. Por ejemplo, la duplicación de la
masa de un objeto es resultado de sólo la mitad de la aceleración de la
misma cantidad de fuerza.
Ecuaciones clave
El "movimiento" que Newton menciona en la segunda ley es, en su
lenguaje, el producto de la masa por la velocidad de un objeto y su
ecuación es:
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Marco Teórico
Para calcular la fuerza neta sobre un objeto, es necesario calcular
todas las fuerzas individuales que actúan sobre el objeto y luego
agregarlos como vectores. Esto requiere un poco de habilidad
matemática.
Ejemplo 1
Un pájaro azulejo de 175 g. choca contra una ventana con una fuerza
de 19,0 N. ¿Cuál es la aceleración de las aves?
Pregunta:
Teniendo en cuenta:
Ecuación:
Plug n 'Chug:
Respuesta:
Ejemplo 2
Calcular la aceleración de un cohete que tiene 500N de fuerza de
empuje y una masa de 10 kg.
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Pregunta:
Teniendo en cuenta:
Las ecuaciones:
o, en este caso,
Plug n ' Chug: Uso un diagrama de cuerpos libres para completar la
segunda ecuación de la ley de Newton:
Resumen
• Segunda ley del movimiento de Newton dice que la aceleración de un
objeto es igual a la fuerza neta que actúa sobre el objeto
dividido por la masa del objeto.
• De acuerdo con la segunda ley, hay una relación directa entre la
fuerza y la aceleración y una relación inversa entre la masa y la
aceleración.
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Palabras Claves
• La segunda ley de Newton del movimiento : Ley que indica que
la aceleración de un objeto es igual a la fuerza neta que actúa
sobre el objeto dividido por la masa del objeto.
Ejercicios Resueltos
1) Durante el lanzamiento de un cohete, la aceleración del cohete
aumenta considerablemente con el tiempo. Explica, usando la segunda
ley de Newton. (Pista: la mayor parte de la masa de de la plataforma
de lanzamiento de un cohete se encuentra en el combustible).
2) Cuando arrancas un pedazo de toalla de papel de un rollo de toallas
de papel, ¿por qué un movimiento rápido es más eficaz que un
movimiento lento?
3) Si empuja una carreta con una fuerza de 20 N. y la carreta tiene
una masa de 10 kg. ¿Cuál es la aceleración de la carreta?
4) Un hombre está colgando de una cuerda amarrada a una polea y
unido a sus dos hombros. La polea se encuentra fija en la pared. La
cuerda está diseñada para contener 500 N de peso; si hay mayor
tensión, se romperá. Digamos que el hombre tiene una masa de 80
kg. Dibuje un diagrama de cuerpo libre y explique (usando las leyes de
Newton) si la cuerda se romperá.
5)Ahora el hombre amarra un extremo de la cuerda al suelo y se
sostiene solo con el otro pedazo de cuerda. ¿Se romperá la cuerda en
esta situación? ¿Cuál es la diferencia entre este problema y el
anterior?
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5)Una grúa está bajando una caja con una masa de 50 kg, y su
aceleración es de
.Encuentre la tensión
del cable.
Si la grúa baja la caja a una velocidad constante, ¿cuál es
de la
tensión en el cable?
6)Un estudiante de física que pesa 500 N. se coloca dentro de un
ascensor con una escala y registra su lectura cada cierto tiempo. Los
datos se muestran en el siguiente gráfico. En el momento
, el
ascensor se encuentra en reposo en la planta baja.
Dibuje un diagram de cuerpo libre para la persona, describiendo todas
las fuerzas.
¿Qué lee la escala cuando el ascensor está en reposo?.
Calcule la aceleración de la persona de 5-10 segundos.
Calcule la aceleración de la persona de 10 a 15 seg. ¿El pasajero se
encuentra en reposo?.
Calcule la aceleración de la persona 15 a 20 seg. ¿En qué dirección se
encuentra el movimiento del pasajero?.
El ascensor se encuentra en reposo a los
. Justifica tu
respuesta.
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Respuestas (utilizando
):
1) De acuerdo a la segunda ley de Newton: la aceleración de un objeto
es inversamente proporcional a su masa, es decir, si disminuye su
masa mientras se mantiene la misma fuerza neta, la aceleración se
incrementará.
2) Al jalar la toalla de papel se acelerará mucho más rápido que todo
el rollo haciendo que se rompa. Una vez más, la aceleración es
inversamente proporcional a la masa del objeto.
3)
4) La cuerda no se romperá porque el peso, que es de 800 N., se
distribuirá entre las dos cuerdas.
5) Sí, porque su peso que es de 800 N., es mayor que lo máximo que
la cuerda puede contener.
6) 400 N b. 500 N
7.B) 500 N c.
d. 0 e.
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