1

Introducción a la Física Leyes del movimiento de Newton

1a. Ley:

“Todo objeto continua en su estado de reposo o velocidad uniforme en una línea recta,

en tanto no actué en él una fuerza neta”

2

Introducción a la Física

2a. Ley:

“ La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta

que actúa sobre el, y es inversamente proporcional a su masa. La dirección de la

aceleración es en la dirección de la fuerza neta que actúa sobre el objeto”

Unidades para masa y fuerza

Sistema masa fuerza

SI kilogramo

(kg)

Newton (N)

(= kg m/s2)

cgs gramo (g) dina (= g cm/s2)

británico slug libra

Factores de conversión: 1 dina= 10-5 N

1 lb≈ 4.45 N

aceleración: es el cambio de la velocidad por unidad de tiempo

Leyes del movimiento de Newton

w= peso de la manzana

el peso es una fuerza

m=masa de la manzana

g= gravedad

Fuerza debida a la

gravedad de la tierra

3

Introducción a la Física

3a. Ley:

“Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto,

éste ejerce una fuerza igual en la dirección opuesta sobre el primero”

Leyes del movimiento de Newton

F12 F21

Fuerza de la mano sobre la mesa

(acción)

Fuerza de la mesa sobre la mano

(reacción)

4

Introducción a la Física

Es un diagrama vectorial que describe todas las fuerzas que actúan sobre un objeto o cuerpo

Diagramas de cuerpo libre

D. c. l. Nudo: punto en el que actúan todas las fuerzas

Nudo

Fuerzas que actúan sobre el nudo Fuerzas ejercidas por el nudo

5

Introducción a la Física Cómo construir un diagrama de cuerpo libre

1. Trace un bosquejo e indique las condiciones del problema. Asegúrese de representar

todas las fuerzas conocidas y desconocidas y sus ángulos correspondientes.

2. Aísle cada cuerpo del sistema en estudio. Realice esto mentalmente o dibujando un

círculo alrededor del punto (nudo) donde se aplican todas las fuerzas.

3. Construya un diagrama de fuerzas para cada cuerpo que va a estudiar en el plano

cartesiano. Las fuerzas se representan como vectores con su origen situado al centro

de un sistema coordenado rectangular.

4. Descomponga todas las fuerzas en sus componentes rectangulares e identifíquelas.

5. Determine los ángulos conocidos a partir de las condiciones dadas en el problema.

En un diagrama de cuerpo libre, el peso del objeto o cuerpo es un vector cuya dirección

debe considerarse siempre hacia abajo.

6

Introducción a la Física

Ejemplo: un bloque de peso W cuelga de una cuerda atada a otras dos cuerdas, A y B, las cuales, a

su vez, están sujetas del techo. Si la cuerda B forma un ángulo de 60º con el techo y la cuerda A

uno de 30º, trace el diagrama de cuerpo libre del nudo.

Cómo construir un diagrama de cuerpo libre

Pasos 3 , 4 y 5

Pasos 1 Y 2 nudo

7

Introducción a la Física

Ejemplo:

Cómo construir un diagrama de cuerpo libre

Fuerza ejercida por el extremo del soporte hacia la pared

Fuerza ejercida por la pared sobre el extremo del soporte

Pasos 3 , 4 y 5

nudo

Pasos 1 y 2

8

Introducción a la Física Primera condición de equilibrio

Ejemplo:

9

Introducción a la Física

Ejemplo: Una pelota de 100 N suspendida por una cuerda A es jalada hacia un lado en

forma horizontal mediante otra cuerda y sostenida de tal manera que la cuerda A forma un

ángulo de 30º con el muro vertical . Encuentre las tensiones en las cuerdas A y B.

nudo

D. c. l.

1. Trace un bosquejo.

2. Construya un diagrama de fuerzas.

3. Descomponga todas las fuerzas con sus componentes y ángulo.

4. Aplicar la primera condición de equilibrio.

Paso 1 Paso 2 y 3

Paso 4:

A =115.47 N

B =57.73 N

Solución:

Primera condición de equilibrio

10

Introducción a la Física

Ejemplo: un semáforo pesa 125 N y cuelga de un cable unido a otros dos cables fijos a un

soporte. Los cables superiores forman ángulos de 37º y 53º con la horizontal. Determine la

tensión entre los cables.

Primera condición de equilibrio

37o 53o

T1

T2

T3

W

T3

W

y

x

T2

T1

T3

37o 53o

T1 =75.3 N

T2 =99.9 N

T3 = 125 N

Solución:

Ejercicio: En que situación será T1= T2?

Cómo resolvería el ejercicio si le dijeran que la masa del semáforo= 10 kg?

(g=9.81 m/s2)

D.c.l.

12

Introducción a la Física

Fuerza normal:

Primera condición de equilibrio

Si m= 10 kg:

13

Introducción a la Física

Plano inclinado:

Primera condición de equilibrio

Diagrama de cuerpo libre (W1):

Diagrama de cuerpo libre (W2):

T

W1

x

y

60o

N1

T

W2

x

y

30o

N2

Fuerza normal perpendicular a la superficie del plano

14

Introducción a la Física

Ejemplo: un bloque de 200 N descansa sobre un plano inclinado sin fricción, que tiene una pendiente de

30º. El bloque esta atado a una cuerda que pasa sobre una polea sin fricción colocada en el extremo

superior del plano y va atada a un segundo bloque. Cuál es el peso del segundo bloque si el sistema se

encuentra en equilibrio?

Primera condición de equilibrio

Solución:

W2=100 N

n1=173 N T

W1

x

y

30o

n1

Diagrama de cuerpo libre (W1):

T

W2

x

y

Diagrama de cuerpo libre (W2):

15

Introducción a la Física

Ejemplo: Los sistemas mostrados en la figura están en equilibrio. Si las balanzas de resortes están

calibradas en newtons, qué lectura indican en cada caso? (ignore la masa de las poleas y cuerdas y

suponga que el plano inclinado es sin fricción).

Primera condición de equilibrio

Solución:

Lectura: 49 N Solución:

Lectura: 98 N

Solución:

Lectura: 24.5 N

16

Introducción a la Física

Ejemplo: Un costal de cemento cuelga de tres alambres, como se indica en la figura. Los dos alambres

forman ángulos θ1 y θ2 con la horizontal. Si el sistema esta en equilibrio,

a) Demostrar que

b) Dado que W=325 N, θ1= 10º y θ2= 25º, encuentre las tensiones T1 , T2 y T3 en los alambres

Primera condición de equilibrio

W

θ1 θ2

T1 T2

T3

Diagrama de cuerpo libre (nudo):

y

x

T2 T1

T3

θ2 θ1

W

x

y

Diagrama de cuerpo libre (W):

T3

Solución b): T1 = 513.6 N, T2 = 558.1 N y T3 = 325 N

Consulta: Libro Giancoli sexta edición capítulos 4 y 9

: Libro Paul E.Tippens, Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, capítulo 4