Leyes de Newton

Introducción

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 mecánica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo (Wikipedia, 2016). Estas leyes constituyen la base de la mecánica clásica.

La primera ley de Newton, establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza externa. Puede verse como un enunciado de la ley de inercia, en que los objetos permanecerán en su estado de movimiento cuando no actúan fuerzas externas sobre el mismo para cambiar su movimiento (HyperPhysics, 2016).

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que ·la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo”. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera (genesis.uag. 2016):

F=m∙a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:

F = m∙ a

La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que, “si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario (cica, 2016).”

Ley utilizada en el experimento

La ley que debo destacar es la primera ley de newton, la cual también es conocida como la ley de la inercia y la cual establece que todo cuerpo en reposo tenderá a permanecer en reposo o en movimiento continuo rectilíneo, siempre y cuando no sea afectado por una fuerza externa.

Objetivo

El objetivo del presente experimento es demostrar por medio de la observación de los resultados que, la primera ley de newton se cumple en condiciones propias determinadas en la mecánica clásica.

Teoría

Como ya se mencionó anteriormente, en el experimento se pretende demostrar cómo se aplica la primera ley de newton, para esto primero se analizará la teoría que explica esta ley. Como primer paso debemos saber que las tres leyes de Newton son tres principios que explican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica, y se cumplen solo “en los sistemas de referencia inerciales (que se mueven a velocidad constante). Solo son aplicables a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz; cuando la velocidad del cuerpo se va aproximando a los 300 000 km/s (lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-inerciales) aparecen una serie de fenómenos denominados efectos relativistas, donde ocurren efectos tales como el aumento de masa y contracción de longitud fundamentalmente (Wikipedia, 2016). Tampoco aplica en escalas muy pequeñas a nivel del átomo, donde debe usarse la mecánica cuántica (hyperphysics, 2016).

Entonces vemos que la primera ley de Newton, establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza externa. Puede verse como un enunciado de la ley de inercia, en que los objetos permanecerán en su estado de movimiento cuando no actúan fuerzas externas sobre el mismo para cambiar su movimiento. Cualquier cambio del movimiento implica una aceleración y entonces se aplica la Segunda ley de Newton; de hecho, la primera ley de Newton es un caso especial de la segunda ley, en donde la fuerza neta externa es cero (hyperphysics, 2016).

Ejemplo en la vida cotidiana de la inercia o primera ley de Newton.

            En la vida cotidiana se puede ver la aplicación de esta ley cuando, por ejemplo, se pretende iniciar una caminata o empezar a correr, ya que nuestro cuerpo que se encuentra en reposo, no se moverá a menos que se aplique una fuerza, es decir que si se pretende romper esa inercia de reposo se necesitara aplicar una fuerza que inicie el movimiento. También esta fuerza de inercia de reposo es observable en la vida cotidiana cuando un vehículo automotor se encuentra en reposo, para que inicie el movimiento se necesita que se aplique una fuerza que rompa esa inercia, o cuando estamos en un autobús de pasaje si el vehículo inicia el movimiento, nuestro cuerpo tiende a permanecer en su lugar debido a la inercia. En el experimento tratado en esta actividad se observa este fenómeno.

 Material y/o equipo

Los materiales que se necesitan y que se ilustran en la imagen son:

·         Una caja de pastillas

·         Una moneda de 10 pesos

·         Un vaso de vidrio

·         Monedas de 1 de 2 y de 5 pesos

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    Procedimiento:

1  1.  Colocar un vaso de vidrio sobre una mesa

          

2. Colocar una caja de pastillas sobre el vaso

           

3. Colocar una moneda sobre la caja de pastillas

      

        

4.  Golpear la cajetilla de tal forma que se ponga en movimiento.

     5.  Al golpear la caja de pastillas, esta saldrá expulsada, pero la moneda que se encuentra encima de ella, permanecerá en su lugar y caerá dentro del vaso.

         

1.      Se repite el procedimiento con monedas de diferente tamaño de 1, 2 y 5 pesos.

NOTA: No hay acciones de riesgo por lo que no es necesario tomar medidas de seguridad de importancia.

Resultados

            Los resultados que se obtuvieron de realizar el experimento con diferentes monedas fue el mismo, ya que al golpear y romper la inercia de la cajita de pastillas esta inicia un movimiento y cambia de lugar, mientras que las monedas permanecen en su lugar, ya que a estas no se les aplica una fuerza externa que modifique su posición o estado de reposo.

Denominación de moneda	Resultado
1 peso	Al golpear la cajita, esta se mueve y la moneda cae dentro del vaso.
2 pesos	Al golpear la cajita, esta se mueve y la moneda cae dentro del vaso.
5 pesos	Al golpear la cajita, esta se mueve y la moneda cae dentro del vaso.
10 pesos	Al golpear la cajita, esta se mueve y la moneda cae dentro del vaso.

Conclusiones

Analizando los resultados obtenidos, puedo decir que la primera ley de Newton o la ley de la inercia se cumple en todos los casos, teniendo en cuenta como mencione al principio, que estos casos deben ser aquellos que se contemplen dentro de la mecánica clásica y no en casos donde se manejen velocidades cercanas a la velocidad de la luz o en dimensiones propias de los átomos y partículas subatómicas, los cuales son casos manejados dentro de la mecánica relativista y la mecánica cuántica respectivamente. Entonces tomando en cuenta que estos son ejemplos que se incluyen en la mecánica clásica puedo decir que ciertamente se cumple la ley de la inercia en este experimento, me parece prudente mencionar que este tipo de experimentos llevan realizándose por los científicos a lo largo de más de dos siglos, desde que la formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiæ naturalis principia mathematica y lo han hecho a través del método científico que también utilice en este experimento.

            En este experimento se utilizó el método científico, es decir que en la vida cotidiana se puede observar algunos casos en las que se ve involucrada la primera ley de Newton, como ya mencione antes el hecho de solo estar parado sin movernos implica que para dirigirnos hacia algún lugar diferente debemos aplicar una fuerza para romper la inercia de reposo, entonces partiendo de esta observación podemos realizar un planteamiento a través de la formulación de preguntas como por ejemplo ¿esto se aplica a todos los cuerpos en reposo o en movimiento?. Para responder a esta pregunta podemos establecer una hipótesis que se puede verificar por medio de la experimentación como el caso de esta actividad, donde la recolección de datos nos permite analizar y contrastar los resultados que nos han servido para llegar a una conclusión, que en este caso fue que la primera ley de Newton se cumple en todos los casos de los cuerpos en reposo o movimiento.

Fuentes de información:

·         (Hyperphysics, 2016), Leyes de Newton, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/newt.html

·         (Wikipedia, 2016), Leyes de Newton, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

·         (Wikipedia, 2016), Sistemas de referencia inercial, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_referencia_inercial

·         (Wikipedia, 2016), Mecánica clásica, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica

·         (Genesis.uag, 2016,) segunda ley de Newton, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/leyesnewton3.htm

·         (Cica, 2016) Leyes de Newton, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html

·         (El mundo de la física, 2016) La inercia de la vida diaria, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: https://elmundodelafisica.wikispaces.com/la+inercia+de+la+vida+diaria

·         (Unam, 2016), Método científico y sus etapas, recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: http://www.ingenieria.unam.mx/~guiaindustrial/solucion/info/3/3.htm

·         (Prepa en línea SEP, 2016), recuperado el 28 de julio de 2016, sitio web: http://148.247.220.212/c4/mod/resource/view.php?id=4883

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