Segunda y Tercera Ley de Newton. Presentación PowerPoint de Ana Lynch, Profesora de Física Unidad Educativa Monte Tabor Nazaret

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Jesús Romero Padilla
hace 7 años
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1 Segunda y Tercera Ley de Newton Presentación PowerPoint de Ana Lynch, Profesora de Física Unidad Educativa Monte Tabor Nazaret

3 NASA El transbordador espacial Endeavor despega para una misión de 11 días en el espacio. Todas las leyes de movimiento de Newton la ley de inercia, acciónreacción y la aceleración producida por una fuerza resultante- se exhiben durante este despegue. Crédito: NASA Marshall Space Flight Center (NASA- MSFC).

4 Objetivos: Después de completar este capítulo, deberá: Reconocer situaciones de equilibrio donde la fuerza neta es cero y por lo tanto la aceleración es cero. Aplicar la Segunda Ley de Newton F = m a, a partir del diagrama de cuerpo libre. Reconocer que la aceleración y la fuerza neta tienen la misma dirección. Identificar pares de fuerzas usando la Tercera Ley de Newton.

5 Segunda Ley de Newton La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración y tiene la misma dirección de la aceleración. Matemáticamente: F = m a donde m es la masa del objeto.

6 Aceleración y fuerza con fuerzas de fricción cero Empujar el carro con el doble de fuerza produce el doble de aceleración. Tres veces la fuerza triplica la aceleración.

7 Aceleración y masa de nuevo con fricción cero F F a a/2 Empujar dos carros con la misma fuerza F produce la mitad de la aceleración. La aceleración varía inversamente con la cantidad de material (la masa).

8 Aceleración y fuerza F a 2F 2a Jalar el carrito con el doble de fuerza produce el doble de aceleración y la aceleración está en la dirección de la fuerza.

9 Ejemplo de aceleración + v 0 = +2 m/s t = 3 s v f = +8 m/s Fuerza El viento cambia la rapidez de un bote de 2 m/s a 8 m/s en 3 s. Cada segundo cambia la rapidez por 2 m/s. La fuerza del viento es constante, por tanto la aceleración es constante.

10 Newton: La unidad de fuerza Un newton es aquella fuerza resultante que imparte una aceleración de 1 m/s 2 a una masa de 1 kg. F (N) = m (kg) a (m/s 2 ) Qué fuerza resultante dará a una masa de 3 kg una aceleración de 4 m/s 2? 3 kg F =? Recuerde: F = m a 2 F = (3 kg)(4 m/s ) a = 4 m/s 2 F = 12 N

11 Ejemplo: Qué fuerza resultante F se requiere para dar a un bloque de 6 kg una aceleración de 2 m/s 2? a = 2 m/s 2 6 kg F =? F = ma = (6 kg)(2 m/s 2 ) F = 12 N Recuerde unidades consistentes para fuerza, masa y aceleración en todos los problemas.

12 Ejemplo. Una fuerza neta de 4.2 x 10 4 N actúa sobre un avión de 3.2 x 10 4 kg durante el despegue. Cuál es la fuerza sobre el piloto del avión, de 75 kg? Primero encuentre la aceleración a del avión. F = 4.2 x 10 4 N F = ma m = 3.2 x 10 4 kg + a 4 F 4.2 x 10 N = = 4 a = 1.31 m/s m 3.2 x 10 kg 2 Para encontrar F sobre el piloto de 75 kg, suponga la misma aceleración: F = ma = (75 kg)(1.31 m/s 2 ); F = 98.4 N

13 Ejemplo. Una fuerza resultante de 40 N da a un bloque una aceleración de 8 m/s 2. Cuál es el peso del bloque cerca de la superficie de la Tierra? a F = 40 N Para encontrar el peso, primero debe encontrar la masa del 8 m/s 2 W=? bloque: F F = ma; m = a 40 N m = = 2 5 kg 8 m/s Ahora encuentre el peso de una masa de 5 kg en la Tierra. W = mg = (5 kg)(9.8 m/s 2 ) W = 49.0 N

15 Ejemplo : En ausencia de fricción, cuál es la aceleración por el plano inclinado de 30 0? W N mg sen mg N ΣF x = m a x mg cos 60 0 = m a a = g cos 60 0 a = (9.8 m/s 2 ) cos 60 0 a = 4.9 m/s 2

17 Ejemplo. Problema de dos cuerpos: Encuentre la tensión en la cuerda de conexión si no hay fricción sobre las superficies. n 2 kg 4 kg 12 N Encuentre la aceleración del sistema y la tensión en la cuerda de conexión. Primero aplique F = ma a todo el sistema (ambas masas). 12 N ΣF x = (m 2 + m 4 ) a 12 N = (6 kg) a (m 2 + m 4 )g a = 12 N 6 kg a = 2 m/s 2

18 Ejemplo (Cont.) Problema de dos cuerpos. 2 kg 4 kg 12 N Ahora encuentre la tensión T en la cuerda de conexión. Aplique F = m a a la masa de 2 kg donde a = 2 m/s 2. n m 2 g T ΣF x = m 2 a T = (2 kg)(2 m/s 2 ) T = 4 N

19 Ejemplo (Cont.) Problema de dos cuerpos. 2 kg 4 kg 12 N La misma respuesta para T resulta de enfocarse en la masa de 4 kg. Aplique F = m a a la masa de 4 kg donde a = 2 m/s 2. T n 12 N ΣF x = m 4 a 12 N - T = (4 kg)(2 m/s 2 ) m 2 g T = 4 N

20 Ejemplo Encuentre la aceleración del sistema y la tensión en la cuerda para el arreglo que se muestra. 2 kg N T T m 2 g 4 kg + a Primero aplique F = m a a todo el sistema a lo largo de la línea de movimiento. ΣF x = (m 2 + m 4 ) a Note que m 2 g se balancea con n. m 4 g = (m 2 + m 4 ) a m (4 kg)(9.8 m/s 2 4 g ) a = = m 2 + m 4 2 kg + 4 kg m 4 g a = 6.53 m/s 2

21 Ejemplo (Cont.) Ahora encuentre la tensión T dado que la aceleración es a = 6.53 m/s 2. 2 kg Para encontrar T, aplique F = m a sólo a la masa de 2 kg, ignore 4 kg. N 4 kg T + a T m 2 g m 4 g ΣF x = m 2 a o T = m 2 a T = (2 kg)(6.53 m/s 2 ) T = 13.1 N Misma respuesta si usa 4 kg. m 4 g - T = m a 4 T = m 4 (g - a) = 13.1 N

22 Ejemplo 11. Encuentre la aceleración del sistema que se muestra abajo. (Máquina de Atwood.) Primero aplique F = ma a todo el sistema a lo largo de la línea de movimiento. ΣF x = (m 2 + m 5 ) a a mg mg= ( m + m) a mg 5 2 = = m + mg m kg + 5 kg 2 (5 kg 2 kg)(9.8 m/s ) 2 kg 5 kg T +a T a = 4.20 m/s 2 m 2 g m 5 g

23 Tercera ley de Newton Para cada fuerza de acción debe haber una fuerza de reacción igual y opuesta. Fuerza de hombre sobre techo Fuerza de techo sobre hombre Fuerza de suelo sobre hombre Fuerza de hombre sobre suelo Fuerza de pared sobre manos Fuerza de manos sobre pared Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes.

24 Tercera ley de Newton Dos ejemplos más: Acción Reacción Reacción Acción Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre objetos diferentes. No se cancelan mutuamente!

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