Leyes de Newton y conceptos físicos fundamentales

PRIMERA LEY DE NEWTON (Ley de Inercia)

“Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas o la suma de todas las fuerzas que actúan es nula, el cuerpo permanecerá en reposo o moviéndose con movimiento rectilíneo uniforme.” ISAAC NEWTON, 1687.

SEGUNDA LEY DE NEWTON (Ley Fundamental de la Dinámica)

“Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta no nula, aparecerá en él una aceleración proporcional a dicha fuerza y de misma dirección y sentido que esta e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.” ISAAC NEWTON, 1687.

TERCERA LEY DE NEWTON (Ley de Acción-Reacción)

“Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (ACCIÓN), este cuerpo B ejercerá la misma fuerza y de forma simultánea sobre el cuerpo A pero en sentido contrario (REACCIÓN). Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre cuerpos distintos, es por ello que no se anulan entre ellas.” ISAAC NEWTON, 1687.

FUERZA

Es una magnitud que provoca cambios en el estado de movimiento de un cuerpo (aceleraciones) o deformaciones. Tiene carácter vectorial, simbolizada con F y se mide en (N) en el SI. Para que aparezca una F debe haber dos cuerpos implicados (“uno que ejerza la fuerza y otro que la ‘sufra’”).

CONSECUENCIAS DE LA ACTUACIÓN DE FUERZAS CONSERVATIVAS SOBRE LOS CUERPOS

Cuando sobre un cuerpo solamente actúan fuerzas conservativas, además de permanecer constante su energía mecánica, el trabajo neto realizado por dichas fuerzas dependerá únicamente de la posición inicial y de la posición final del cuerpo, siendo totalmente independiente de la trayectoria seguida. Esto hace que, si actúan fuerzas conservativas y la posición inicial y final es la misma, el trabajo total realizado sobre el cuerpo es cero. Además, cuando una fuerza conservativa actúa, tiende a disminuir la energía potencial del cuerpo a costa de aumentar en la misma proporción su energía cinética.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO

FUERZA DE ROZAMIENTO CINÉTICO: Fuerza que ejerce una superficie sobre otra al haber deslizamiento entre ellas. Esta fuerza es independiente de la velocidad de deslizamiento relativo y del valor del área de apoyo. Su dirección coincide con la dirección del desplazamiento y su sentido es contrario al sentido del movimiento. Su valor es proporcional al coeficiente de rozamiento entre ambas superficies (μ) y a la fuerza normal.
FUERZA DE ROZAMIENTO ESTÁTICO: Fuerza que ejerce una superficie sobre otra al intentar sacar del reposo a una de ellas. Esta fuerza es siempre mayor que la fuerza de rozamiento cinético correspondiente.
SISTEMAS DE REFERENCIA NO INERCIALES: Son sistemas de referencias acelerados, es decir, puntos de vista del observador en los cuales éste posee una aceleración. Cuando el observador se sitúa en uno de estos sistemas aparecen fuerzas ficticias o de inercia en los análisis dinámicos (ej.: fuerza centrífuga).
TRABAJO: También llamado trabajo mecánico, es una magnitud escalar que mide la variación de energía de un cuerpo o la transformación de parte de esa energía de un tipo a otro. El trabajo se simboliza W.

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA

Energía que posee un cuerpo asociada a su posición en un campo gravitatorio. Esta energía se representa U y es directamente proporcional al valor de la gravedad, a la masa del cuerpo y a su altura con respecto a un sistema de referencia. Al ser una energía, se mide en julios (J) en el SI.
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA: Energía que posee un cuerpo sujeto a un resorte elástico. Esta energía se representa U y es directamente proporcional a la deformación del resorte y de su constante elástica (k). Al ser una energía, se mide en julios (J) en el SI.
ENERGÍA MECÁNICA: Energía que representa la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo mecánico. Esta energía se simboliza E y es igual a la suma de la energía cinética más las energías potenciales del cuerpo. Al ser una energía, se mide en julios (J) en el SI.
FUERZA CONSERVATIVA: Dícese de aquellas fuerzas que, al actuar sobre un cuerpo y ejercer un trabajo sobre él, este trabajo no provoca una variación de la energía mecánica del cuerpo. Es decir, cuando actúan fuerzas conservativas sobre un cuerpo, su energía mecánica se conserva. (Ejemplos de fuerzas conservativas: fuerza gravitatoria (peso), fuerza eléctrica y fuerza elástica).

FUERZA NO-CONSERVATIVA

Dícese de aquellas fuerzas que, al actuar sobre un cuerpo y ejercer un trabajo sobre él, provocan en dicho cuerpo una variación de su energía mecánica. Es decir, cuando actúan fuerzas no-conservativas sobre un cuerpo, su energía mecánica variará. (Ejemplos de fuerzas no-conservativas: cualquier tipo de fuerza de rozamiento, fuerza magnética, fuerzas externas no conservativas).
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA: Cuando sobre un cuerpo (o un sistema) solamente actúan fuerzas conservativas, el valor de su energía mecánica permanece constante.
INERCIA: Resistencia que ofrece un cuerpo a cambiar su estado de movimiento.
MASA: También llamada masa inercial (m), es una magnitud escalar que representa una medida cualitativa de la inercia de un cuerpo. En el SI se mide en kilogramos (kg).
CANTIDAD DE MOVIMIENTO o MOMENTO LINEAL: Es una magnitud vectorial que relaciona la masa de un cuerpo con su velocidad. Es, por tanto, una magnitud que caracteriza el estado de movimiento de un cuerpo. Se simboliza p y se mide en kilogramos por metro partido por segundo en el SI (kg·m/s). La dirección y el sentido del vector cantidad de movimiento, p, coincide con el del vector velocidad.

FUERZA; las fuerzas siempre aparecen de dos en dos (a cada acción le corresponde una reacción). Para poder ejercer una fuerza es necesario un contacto físico (excepto con la fuerza gravitatoria, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética). TRABAJO, es directamente proporcional a la fuerza ejercida sobre un cuerpo, al desplazamiento en la dirección de esa fuerza y al ángulo que forman el vector fuerza con el vector desplazamiento. Puesto que se trata de una energía, su unidad en el SI es el J.