Fuerzas y aceleración (Leyes de Newton)

En la última clase de Ciencias, correspondiente al jueves 27 de octubre, tratamos algunos aspectos relacionados con la aceleración y las fuerzas que la ejercen, ligados con las tres leyes de Newton, además de realizar algunos experimentos relacionados con estos aspectos, y es sobre todo esto sobre lo que voy a hablar a lo largo de esta entrada.

Según la 1ª Ley de Newton, "Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él".

Es decir, para que un objeto sufra una aceleración, debe existir una fuerza que le afecte, ya que de lo contrario permanecerá en reposo o en movimiento uniforme. Por ejemplo, si tenemos tres vagones de diferentes tamaños con ruedas, uno sobre el otro, andando a una velocidad constante y el más largo choca contra una pared, se detendrá, y los demás, debido a que no han sufrido ninguna fuerza, continuarán moviéndose a la misma velocidad hasta que choquen con la pared, tal y como veis a continuación.

 

Esta ley es también la que explica que si tiramos de un mantel con objetos encima dando un golpe seco de tal forma que la fuerza ejercida solo afecte al mantel como tal, los demás objetos permanezcan inmóviles en su posición original.

 

También cabe mencionar que para que un objeto se encuentre en equilibrio, las fuerzas ejercidas hacia ambos lados del mismo deben ser las mismas, de tal forma que se anulen, de esta forma, para que un avión permanezca equilibrando y a velocidad constante cuando vuela, el empuje del avión y la resistencia del viento deben ejercer la misma fuerza.

 

La 2ª ley de Newton hace referencia a la aceleración, definiendo esta como el cambio de velocidades en un tiempo concreto, definición que se plasma en la siguiente fórmula:

 

Aceleración = Cambio de velocidad

                        Porción de tiempo

 

De esta forma, para que un objeto sufra una aceleración debe darse un cambio de velocidad producido por una fuerza, de esta forma, por ejemplo, si tú quieres mover un objeto pesado, deberás superar la fuerza ejercida por la fricción del suelo, de manera que tu fuerza provoque la aceleración del objeto.

 

 

Cabe destacar que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración (a mayor fuerza, mayor aceleración y viceversa) y la masa, a fuerza constante, inversamente proporcional a la aceleración (a mayor masa, menor aceleración).

 

Otro aspecto a recordar dentro de este apartado, es el hecho de que los conceptos de masa y peso no son lo mismo; la masa es la cantidad de materia de un objeto, es invariable y se mide en kilogramos. El peso, sin embargo, es la fuerza de la gravedad sobre un objeto, depende de la gravedad y su unidad de medida es el Newton.

 

Dos de los aspectos en los que nos hemos centrado dentro de esta segunda ley son los que corresponden a la caída libre y no libre.

 

Cuando un objeto cae en caída libre, la única fuerza que influye es la de la gravedad, que tira en la misma dirección que el peso, por lo tanto, ambas fuerzas se suman en la misma dirección, de manera que la aceleración en la caída será mayor cuanto mayor sea el peso.

 

En la caída no libre, hay una fuerza que contrarresta a la de la gravedad y a la del propio peso del objeto, de manera que a la suma de fuerzas del peso y la gravedad, se le debe restar la tira en sentido contrario a la caída, de manera que si esta es mayor a la suma de las dos anteriores, se evita la caída.

 

 

La 3ª Ley de Newton, afirma que "cada fuerza que actúa sobre un cuerpo se enfrenta a una fuerza de igual entidad producida en sentido contrario".

 

Esta ley da explicación a que en el momento en el que un cuerpo sufre una fuerza, se está ejerciendo una fuerza igual en sentido contrario.

 

Esta ley da explicación a hechos tales como que la fuerza de impacto en un choque entre un camión de 5 toneladas que viaja a 20 km/h y un coche de 2 toneladas que viaja a 60 km/h sea mayor en este segundo caso, debido a su mayor velocidad y a su menor masa, pues la fuerza ejercida en ambas direcciones es mayor en este caso que en el camión.

 

En relación a estas leyes, hemos realizado un experimento consistente en que, en caso de que dos personas vayan montados en un patín unidos por una cuerda, y una de las dos tira de ella, la fuerza irá en ambas direcciones; por una parte, tirará de la persona que está en el patín de enfrente, pero también ejercerá fuerza sobre la persona que haya tirado, haciendo que ambas se desplacen hacia el centro.

 

En otro de los experimentos, hemos movido un coche de juguete con un peso determinado añadiendo sobre una cuerda que se encontraba tirando del mismo diferentes contrapesos (fuerzas) y cambiando también la masa del coche, con lo que se comprobaba el hecho de que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración, a la que la masa lo es inversamente, como ya he explicado anteriormente.