Leyes del Movimiento de Newton

Primera Ley de Newton: Ley de Inercia

Todo cuerpo sobre el que se aplica una fuerza de resultante total nula, permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.

No hay fórmula específica; solo se aplica cuando la fuerza neta (F_neta) es igual a 0.

Conceptos Clave Relacionados con la Inercia:

• Inercia: Oposición que presenta un cuerpo que tiene masa al cambio de su estado de movimiento (reposo o movimiento uniforme).
• Sistema Inercial: Es todo aquel sistema de referencia donde la aceleración es 0, para lo cual debe cumplirse la Ley de Inercia.

Segunda Ley de Newton: Ley Fundamental de la Dinámica

La fuerza (F) ejercida sobre un cuerpo de masa (m) equivale al producto de dicha masa por la aceleración (a) aplicada al cuerpo, cambiando su estado de inercia.

Esta ley establece que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que se le aplica e inversamente proporcional a su masa.

Fórmulas de la Segunda Ley de Newton:

• F = m · a
• También puede expresarse como: a = F / m

Unidades:

• a = aceleración (metros por segundo al cuadrado, m/s²)
• F = fuerza en newtons (N)
• m = masa en kilogramos (kg)

Equivalencia del Newton:

• 1 N = 1 kg · 1 m/s²

Relación con el Momento Lineal:

• p = m · v (Momento lineal)
• F = dp/dt (La fuerza neta es la derivada del momento lineal respecto al tiempo)

Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción

A toda fuerza aplicada a un cuerpo (llamada acción) corresponde otra fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario (llamada reacción).

Ejemplo: (Fa: fuerza de acción) / (Fr: fuerza de reacción)

Conceptos Fundamentales de la Mecánica

Fórmulas Clave de Movimiento

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU):

Se produce cuando un móvil recorre distancias iguales en tiempos iguales, es decir, su velocidad es constante y su aceleración es nula.

• x_f – x_i = v · t
• Si el punto inicial es 0: x = v · t

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV):

Se produce cuando la velocidad de un cuerpo experimenta variaciones iguales en lapsos de tiempo iguales, es decir, su aceleración es constante y diferente de cero.

• v_f – v_i = a · t
• x_f – x_i = v_i · t + 1/2 · a · t²

Magnitudes Físicas

Una magnitud es todo aquello que se puede medir.

Clasificación de Magnitudes:

• Escalares: Quedan determinadas al conocer su valor numérico y la unidad empleada en su medida.
  • Ejemplos: Longitud (L), Tiempo (T), Masa (M), Temperatura (°C).
• Vectoriales: Quedan determinadas por su módulo (valor numérico), la dirección y el sentido de aplicación.
  • Ejemplos: Fuerza (F), Velocidad (v), Aceleración (a), Trabajo (W), Energía (E), Potencia (P), Presión (P), Carga Eléctrica (Q), Intensidad de Corriente (I), Voltaje (V), Resistencia Eléctrica (R).

Definiciones de Conceptos Físicos

• Trayectoria: Conjunto de todas las posiciones por las que pasa un cuerpo en movimiento.
• Desplazamiento: Mínima distancia en línea recta que hay entre un punto inicial y un punto final. Es una magnitud vectorial.
• Vector Posición: Es el vector que se genera con origen en el centro de coordenadas y con el final en el lugar donde se encuentra la partícula.
• Rapidez: Es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo que se tardó. Es una magnitud escalar.
• Velocidad: Es una magnitud vectorial. Importa la dirección y el sentido hacia el que se dirige el movimiento.
• Aceleración: Relación que hay entre la variación de la velocidad y el tiempo que transcurre en esa acción.
• Fuerza: Acción o influencia capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo.
• Impulso (I): Magnitud física definida como el producto entre la fuerza y el tiempo de aplicación: I = F · Δt.
• Presión (P): Cociente entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la que se aplica: P = F / A.
• Trabajo (W): Producto entre la fuerza aplicada y la distancia recorrida en la dirección de la fuerza: W = F · d.
  • Unidad: Newton-metro (N·m) = Joule (J).
  • Para un ángulo ‘α’ entre la fuerza y el desplazamiento: W = F · d · cos(α).

Tipos de Fuerzas Particulares

• Fuerza de Rozamiento (Fr): Un cuerpo en movimiento no se detendría nunca si no hubiera fuerzas que lo frenaran. Estas fuerzas existen siempre que dos cuerpos estén en contacto e intenten deslizarse uno sobre el otro.
  • Rozamiento Estático (Fr_estática): Fuerza que se opone al inicio del movimiento de un cuerpo en reposo. Se calcula como Fr_estática ≤ μ_s · N, donde μ_s es el coeficiente de rozamiento estático y N es la fuerza normal.
  • Rozamiento Dinámico o Cinético (Fr_dinámica): Oposición al movimiento de un cuerpo que ya está en movimiento. Se calcula como Fr_dinámica = μ_k · N, donde μ_k es el coeficiente de rozamiento cinético y N es la fuerza normal.
• Peso (P): La fuerza que hace que los cuerpos caigan es la fuerza de gravedad y se conoce como peso. El peso de un cuerpo es proporcional a su masa. Se calcula como P = m · g, donde ‘g’ es la aceleración de la gravedad.
• Tensión (T): Es la fuerza de reacción que se ejerce a lo largo de una cuerda, cable o similar cuando está tensa.
• Fuerza Normal (N): Fuerza que ejercen las superficies sobre los cuerpos que se ubican sobre ellas. Estas fuerzas son perpendiculares a la superficie de contacto.

Diferencia entre Masa y Peso

• La masa es una propiedad intrínseca de un cuerpo (cantidad de materia), mientras que el peso es una fuerza.
• La masa se mide en kilogramos (kg), el peso en newtons (N).
• La masa se mide con una balanza, el peso se mide con un dinamómetro.

Momento Lineal y su Relación con la Fuerza

El momento lineal (p) de una partícula de masa (m) que se mueve con una velocidad (v) se define como el producto de la masa por la velocidad:

p = m · v

Se define el vector fuerza (F) como la derivada del momento lineal respecto del tiempo:

Esta imagen representa la fórmula: F = dp/dt