Trabajo
Fuerzas
La fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es toda causa agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.
La fuerza es una modelización matemática de intensidad de las interacciones, junto con la energía. Así por ejemplo la fuerza gravitacional es el jalón que se dan los cuerpos que tienen masa, el peso es el jalón que la tierra da a los objetos en las cercanias de su superficie, la fuerza elastica son los empujones o jalones que ejerce un resorte comprimido o estirado respectivamente, etc.
DCL (Diagrama de cuerpo libre)
Antes de ver las Leyes de Newton, comenzaremos con los DLC. Un DCL o diagrama de cuerpo libre es un elemental caso particular de un diagrama de fuerzas. Estos diagramas son una herramienta para descubrir las fuerzas desconocidas que aparecen en las ecuaciones del movimiento del cuerpo. El diagrama facilita la identificación de las fuerzas y momentos que deben tenerse en cuenta para la resolución del problema. También se emplean para el análisis de las fuerzas internas que actúan en estructuras.
Primero, el diagrama de un cuerpo libre que anda en reposo
Como se puede ver, las unicas fuerzas que actuan sobre un objeto son la del peso y la fuerza normal.
Peso se define como la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad, y la Fuerza Normal se define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre la misma. Ésta es de igual magnitud y dirección, pero de sentido opuesto, a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie.
Al hacer la sumatoria de fuerzas, estas serian de la siguiente forma:
∑Fy: N - W = 0
Siempre tomando nuestra referencia que todo lo que sube es positivo.
Segundo caso, un objeto en movimiento sin frición
Como se puede ver se le ha aplicado una fuerza al objeto, conocida como fuerza F. La sumatoria de fuerzas seria de la siguiente manera:
∑Fy: N - W = 0
∑Fx: F = (m) * (a)
Donde, a es una aceleracion constante.
Tercer caso, un objeto en movimiento con fricción
Ahora se puede ver una nueva fuerza implicada, la Fuerza de fricción, esta se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Por lo tanto la sumatoria de fuerzas quedaría así:
∑Fy: N - W = 0
∑Fx: F - Fr = m * a
La Fuerza de fricción también puede hallarse atravez de la multiplicacion de la Fuerza Normal por el coeficiente de fricción (estático o dinámico).
Cuarto caso, un objeto sostenido por una cuerda
Ahora se puede ver el uso de una nueva fuerza conocida como Tensión y se define como la fuerza que, aplicada a un cuerpo elástico, tiende a producirle una tensión. Existen diversas definiciones de tensión, de acuerdo a la rama del conocimiento. Esta nueva fuerza hace que el objeto no se caiga y produciendo una fuerza contraria al peso.
Por lo tanto la sumatoria de fuerzas para este ejemplo sería:
∑Fy: T - W = 0
Ya que este objeto esta en reposo su sumatoria de fuerzas es igual a cero.
Quinto caso, un objeto con tres tensiones afectandolo.
La sumatoria de fuerzas del objeto:
∑Fy: T3 - W = 0
Sumatoria de fuerzas del nodo:
∑Fy: T1*Sin(A) + T2*Sin(B) - T3 = 0;
∑Fx: T2*Cos(A) - T1*Cos(B) = 0
Quinto Caso, Un objeto en un plano inclinado
Aquí el objeto fue colocado en un plano con una inclinacion, el concepto es el mismo para el DCL, solo que ahora las hay componentes para el Peso, ¿Por qué?, esto se debe a que el Peso es una fuerza que se ejerce por la acción de la gravedad, esta siempre ira hacia abajo.
El DCL de este objeto quedaria de la siguiente manera:
∑Fy: N - Wy = 0
∑Fx: Wx = m*a
Donde, Wy = W*Cos(A)
, y
Wx = W*Sin(A)
¿Por qué el ángulo cambia?, eso ya seria su trabajo investigar mas afondo.
Ahora si a ver las leyes de Newton para una mejor comprensión de esta parte del tema.
Leyes de Newton
Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, 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.
Primera ley de Newton o Ley de la inercia
La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él
dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
Segunda ley de Newton o Ley de fuerza
La segunda ley del movimiento de Newton dice que
El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.
Esto quiere decir que la sumatoria de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es igual a una masa por la aceleración del objeto, solo si el objeto no está en reposo ó su velocidad sea constante.
Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas
Dicho de otra forma establece que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en dirección