Fuerza, masa y aceleración. Segunda Ley de Newton



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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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