Lleis de Newton "fàcil d'entendre"
Per a l'estudi de el moviment s'utilitzen com a base les lleis de Newton. En aquesta s'estableixen les relacions entre els moviments i les forces.
En aquestes lleis s'explica els fenòmens de la natura pel que fa a el moviment. Observant la natura es va arribar a el principi d'inèrcia, a l'observar que els cossos que estan en moviment el mantenen per si sol sense que ningú els empenta.
La inèrcia d'un cos es pot vèncer a l'exercir sobre ell una força, presentant el cos una acceleració. La segona llei estableix la relació per determinar l'acceleració que experimenta un cos sota l'acció d'una força.
sent les tres lleis de Newton les bases de la mecànica, s'exposen, de forma senzilla, aquests principis: d'inèrcia, de massa i el principi d'acció i reacció, amb exercicis fàcils de comprendre.
CONCEPTES BÀSICS "per entendre les lleis de Newton"
massa:
La massa d'un cos és la quantitat de matèria que el forma. Es mesura en quilograms (kg) o lliures (lb). [1]
moviment:
Canvi de posició d'un cos, respecte a un sistema de referència. [2]
Moviment Rectilini Uniforme:
És aquell moviment d'un cos a velocitat constant (magnitud i direcció), amb una trajectòria recta. [3]. Veure figura 1.
acceleració:
Canvi de la velocitat d'un objecte per unitat de temps.
força:
Acció que exerceix un cos sobre un altre, produint moviment o deformació.
Primera Llei de Newton "Principi d'Inèrcia"
La inèrcia és la propietat de la matèria, per la qual, si un cos està en moviment, tendeix a seguir en moviment, si està en repòs tendeix a mantenir-se en repòs. Veure figura 2. Com més gran és la massa d'un cos major és la seva inèrcia.
El principi d'inèrcia, establert per Isaac Newton, postula que "si sobre un cos no actua cap força, o actuen diverses forces que s'anul·len entre si, llavors el cos està en repòs o bé en moviment rectilini uniforme". [4]. Veure figura 3.
La sensació desagradable a l'estómac que se sent quan arrenca bruscament un ascensor, és a causa de la inèrcia, a la resistència de el cos a posar-se en moviment. La inèrcia també s'observa quan el conductor d'un vehicle accelera i els passatgers de el vehicle s'inclinen cap enrere, si el conductor frena sobtadament, els passatgers s'inclinen cap endavant, tendint a seguir amb el moviment que tenien.
Segona Llei de Newton "Principi de Massa"
Per vèncer la inèrcia d'un cos es pot aplicar una força. La segona llei de Newton estableix la relació entre la força aplicada, la massa de l'objecte i l'acceleració que aquest adquireix.
A la figura 4, es tenen dos cavalls que exerceixen la mateixa força sobre una carreta, però en la carreta de la dreta hi ha major massa, així que la carreta es mourà més lent, amb menor acceleració.
A la figura 5, es tenen dues carretes que tenen igual massa. Sobre la carreta de la dreta s'exerceix major força ja que té dos cavalls, així que la carreta es mourà amb més acceleració que la de l'esquerra.
La segona llei de Newton estableix que "L'acceleració que adquireix un cos, sota l'acció d'una força, és directament proporcional a la força en inversament proporcional a la seva massa". Veure figura 6.
Exercici 1 Què acceleració adquireix el carro blau de la figura 7, quan es jala amb una força de 2000 N? El carro té una massa de 1.000 kg.
Solució:
Aplicant la segona llei de Newton, l'acceleració és el quocient entre la força aplicada i la massa de la portadora
Així el carro tindrà una acceleració de 2 m / s2. Per cada segon que transcorri la seva velocitat ira augmentant 2m / s.
Pes d'un objecte
El pes d'un cos és la força amb la qual la qual la terra l'atreu cap a ella. Si un objecte es deixa caure lliurement adquireix una acceleració d'aproximadament 9,81 m / s 2, coneguda com "acceleració de la gravetat (g)".
El pes és una força que sempre va dirigida cap a la terra. Per la segona llei de Newton, ve donada per: Pes = mg
En qualsevol lloc de la planeta la massa d'un cos és la mateixa, no varia, però, l'acceleració de la gravetat varia d'uns punts a uns altres de la terra, per tant, el pes també varia. Això es deu al fet que la Terra es comporta com si tot el seu poder d'atracció estigués acumulat en el seu centre, com més a prop de el centre s'estigui ubicat major serà la força d'atracció, més pes. Veure figura 8.
Exercici 2 Quina és la massa d'una dona que pesa 600 N?
Solució
Per determinar el pes d'un cos s'aplica la segona llei de Newton, tal com es mostra a la figura 9.
Exercici 3 Determineu el pes d'un home la massa és de 70 quilograms, quan se situa a:
a) El mar. A nivell de la mar l'acceleració de la gravetat és g = 9,81 m / s 2
b) En el pol nord, on la gravetat és de g = 9,83 m / s 2
c) En l'equador, amb g = 9,78 m / s 2
Solució
A la figura 10 es presenta el càlcul de l'pes de l'home a nivell de la mar, al pol nord i en l'equador. Ja que la gravetat és diferent, els pesos són diferents, però la massa es manté constant.
Tercera llei de Newton "Principi d'Acció i Reacció"
La tercera Llei de Newton estableix que "Sempre que un cos exerceix una força (acció) sobre un altre cos, aquest reacciona amb una força igual i oposada aplicada sobre el primer cos". [5].
A la figura 11 es pot observar aquest principi: quan una persona sobre el pot A empeny amb el rem a el pot B. El pot B, es mou cap a la dreta, mentre que el pot A, es mou cap a l'esquerra per la força de reacció de el pot B sobre el pot A.
Exercici 4 Determineu la força amb la qual la taula empeny a el llibre.
Solució:
Per llei d'acció i reacció (tercera llei de Newton), la força que fa el llibre sobre la taula, és la mateixa que la força que fa la taula sobre el llibre, només que és en sentit contrari. Ja que les magnituds de les forces són de la mateixa magnitud, però en sentit contrari, la suma de les forces és nul·la i el llibre es manté en repòs (primera llei de Newton). Veure figura 13.
CONCLUSIONS:
El principio de inercia establece las relaciones entre los movimientos y las fuerzas que se aplican sobre un cuerpo. Si la fuerza es nula, el movimiento es rectilíneo y uniforme, o el cuerpo se mantiene en reposo. Si la fuerza sobre el cuerpo no es nula hay una aceleración (cambio de velocidad).
El principio de masa, la segunda Ley de Newton, establece la relación entre la fuerza aplicada, la masa del objeto y la aceleración que experimenta. La aceleración es directamente proporcional a la fuerza aplicada, e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
El principio de acción y reacción, o tercera Ley de Newton, enuncia que la fuerza ejercida de un cuerpo A sobre un cuerpo B, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la ejercida por el cuerpo B sobre el cuerpo A.