Leyes de Newton y Cinemática: Fórmulas Esenciales de Física con Ejemplos

Leyes de Newton

Primera ley de Newton (ley de inercia): si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o la resultante de las fuerzas es cero, el cuerpo permanece en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme (MRU).

Segunda ley de Newton (ley fundamental de la dinámica): la fuerza aplicada a un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que produce.

Tercera ley de Newton (acción y reacción): cuando un cuerpo ejerce una fuerza F sobre otro, ese otro ejerce una fuerza −F sobre el primero.

Conservación y gravitación

Conservación del momento lineal: cuando la fuerza resultante aplicada al cuerpo es nula, el momento lineal del cuerpo se mantiene constante.

Gravitación universal: dos cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.

Conversiones y conceptos básicos

1 kp = 9,8 N

Vectores

Trayectoria: despejas T en X y sustituyes.

Velocidad media: V_m = Δr/Δt; aceleración media: A_m = Δv/Δt; aceleración instantánea: A_i = Δv/Δt.

Aceleración tangencial: A_t = Δv/Δt; aceleración normal: A_n = V²/R.

Cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

S = S₀ + Vt

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)

V_t = V₀ + at
S = S₀ + V₀t + ½at²

Caída libre

v_m = V₀ + ½at²
V_inst = V₀ + at

Movimiento circular uniforme (MCU)

ω = φ/t; v = ωR; frecuencia = vueltas dadas por segundo; periodo T es inverso a la frecuencia; A_n = V²/R.

Movimiento circular uniformemente acelerado (MCUA)

α = (ω_t − ω₀)/t
ω_t = ω₀ + αt
φ = ω₀t + ½αt²
ω_t² − ω₀² = 2α·φ
φ = ½(ω_t − ω₀)t
A_t = αR

Tiro horizontal

V_x = V₀, S_x = V_xt, V_y = −gt, S_y = S_y0 − ½gt²

Tiro oblicuo

V_x = V₀cosα, S_x = (V₀cosα)t, V_y = V₀senα − gt, S_y = S_y0 + (V₀senα)t − ½gt²

Dinámica

Dinámica general

F = ΣF_x + ΣF_y
Cantidad de movimiento: p = mv; p = m₁v₁ + m₂v₂
F = Δp/Δt; F = m·a; P = mg; F·Δt = mv₂ − mv₁

Gravedad

F = G·m₁m₂/d²
g = G·M_t/R²
g = G·M_t/(R_t + h)²

Planos inclinados y rozamiento

P_x = P·senα, P_y = P·cosα, F_roz = μ·N, μ_e = tgα

Muelle

F = k·Δx, donde k es la constante elástica y Δx la deformación.

Dinámica circular

F_c = m·a_n; F_c = m·ω²·R; v = √(μ·g·R)

Circuitos eléctricos

Energía disipada en una resistencia: W = VIt = RI²t julios, o W = 0,24 RI²t calorías.

Potencia: P = VI = RI²

Intensidad: I = (E − E′)/R_total

Potencia del motor: P_motor = P_útil + P_pérdida, P_motor = E′I + I²R

Potencia de la pila: P_pila = E·I