a partir de nuestros aprendizajes previos
Reduce, Reutiliza, Recicla ¿Qué harán con los materiales
al finalizar la experiencia?
Lección 2
Para comprender la segunda ley de Newton, supongamos que, una persona ejerce fuerzas de igual magnitud sobre dos bloques del mismo material y que se encuentran sobre superficies similares, tal como se representa en las siguientes imágenes:
Claramente, al aplicar una fuerza similar sobre ambos bloques, el de menor masa acelerará más y, por lo tanto, recorrerá una distancia mayor.
Similar a la actividad anterior, Newton observó que el efecto de una fuerza de- pende de las características del cuerpo sobre el cual se ejerce, en particular de su masa. Enunció entonces la segunda ley de Newton, también conocida como
principio de las masas, la cual plantea lo siguiente:
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, este adquirirá una acelera- ción directamente proporcional a la fuerza aplicada, donde la masa
del cuerpo es la constante de proporcionalidad.
La aceleración producida tiene la misma dirección y sentido que la fuerza neta, por lo que este principio se puede escribir matemáticamente de la siguiente forma:
F → = m ‧ a →
Masa
Aceleración Fuerza neta
En el ejemplo anterior, si la fuerza aplicada por la persona tiene una magnitud de 40 N y si se desprecia el roce, el módulo de la aceleración que adquirirá cada bloque, de acuerdo a la segunda ley de Newton, será:
a → = F → neta ____ m1 = _____ 20 kg 40 N = 2 m/ s 2 a → = F → neta ____ m2 = _____ 40 N 2 kg = 20 m/ s 2 m1 = 20 kg m 2=2 kg
Aprendiendo a aplicar el segundo principio de Newton.
Situación problema
Para cambiarse de casa, Patricio ejerce una fuerza de 50 N so- bre un sistema compuesto por dos cajas, A y B, de masas 8 kg y 2 kg, respectivamente. ¿Cuál es la aceleración del sistema?, ¿cuál es el valor de la fuerza que actúa sobre la caja A?, ¿cuál sobre la caja B? (Supón que no hay roce).
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PASO Identifico las incógnitas
Para determinar la aceleración del sistema, debemos consi- derar la masa total y aplicar la expresión que da cuenta del segundo principio de Newton:
F → neta = m ‧ a →
La aceleración de cada caja es la misma que la del sistema. Sin embargo, la fuerza que actúa sobre cada una de ellas es distinta. Para determinar esta última, se debe conocer la aceleración y la masa de cada una de las cajas.
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PASO Registro los datos
Masa caja A: mA = 8 kg Masa caja B: mB = 2 kg Módulo de la fuerza: F = 50 N
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PASO Aplico los modelos
En primer lugar, determinaremos el módulo de la aceleración del sistema mediante la siguiente expresión:
Fneta = m · a
Considerando que el valor de la masa del sistema es mA + mB, resulta:
Fneta = (mA + mB) · a
Despejando la aceleración, se obtiene:
a = _______ Fneta
mA + mB
Al reemplazar los datos en la expresión anterior, resulta:
a = _______ Fneta
mA + mB = 50N _________ 8 kg + 2kg = 5 m/s
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Luego, para determinar el módulo de la fuerza que actúa sobre la caja A, nuevamen- te empleamos la segunda ley de Newton.
FA = mA · a A B
Desarrollo de estrategias
F → = 50 N Lección 2 102 Unidad 2 • FuerzasEn parejas, apliquen la segunda ley de Newton en las siguientes situaciones.
1. Jimena aplica una fuerza de 190 N sobre un sistema formado por dos cajas, que produce que este se mueva con una aceleración de módulo 9,5 m/s2.
Determinen la masa de la caja A y la fuerza que actúa sobre cada una de las cajas (supongan que no hay roce).
A
7 kg
190 N
2. Claudia tira, con una fuerza neta de módulo 60 N, un sistema formado por tres cajas, tal como se representa en el siguiente esquema.
2 kg
1 kg 7 kg
60 N Cuerda
Considerando que la masa de la cuerda y la fuerza de roce son despreciables, determinen:
a. La aceleración que adquiere el sistema.
b. La fuerza que actúa sobre cada uno de los bloques.
c. La magnitud de la tensión de la cuerda. Remplazando los valores, se obtiene:
FA = mA · a = 8 kg ‧ 5 m/s2 = 40 N
Para calcular el módulo de la fuerza sobre la caja B, realizamos un procedimiento similar al anterior:
FB = mB · a = 2 kg ‧ 5 m/s2 = 10 N
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PASO Escribo la respuesta
El módulo de la aceleración que experimenta el sistema formado por ambas cajas es 5 m/s2. La magnitud de la fuerza que actúa sobre la caja A es de 40 N y la que
actúa sobre la caja B es de 10 N.
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PASO Aplico lo aprendido
Ingresa el código 18TF2M103a en tu aula digital y utiliza el simulador para identificar la acción de la segunda ley de Newton. las tic
¿Te ha pasado alguna vez que golpeas un objeto con tu mano e instantánea- mente sientes dolor producto del golpe? Algunas personas dirían que esto ocurre porque por cada acción que realizamos existe una reacción. Ahora bien, ¿cómo se relaciona esto con las fuerzas?
En este tema, aprenderás sobre las fuerzas de acción y reacción a partir del aná- lisis de diversas situaciones que se pueden explicar por medio de la tercera ley de Newton, entendiendo la importancia de esta en el conocimiento científico.
La tercera ley de Newton, a la que hace referencia el burro en la paradoja, esta- blece que si se aplica una fuerza sobre un cuerpo (fuerza de acción), el cuerpo también aplicará una fuerza de igual módulo pero en sentido contrario (fuerza de reacción). Pero ¿en qué se equivocó el burro?
Indaguemos
En parejas lean la siguiente paradoja:
Un campesino debe trasladar una carreta bien cargada y, para ello, le pide a su burro que lo ayude. Amarra la carreta al burro y le dice: “¡ya burro, vamos!” El burro, con toda su testarudez, le dice: “¡No lo haré! He estudiado la tercera ley de Newton y descubrí que al aplicarle una fuerza a la carreta, ella aplicará simultáneamente una fuerza de igual magnitud pero en sentido contrario, por lo tanto, ambas fuerzas se anularán haciendo imposible mover la carreta”. El campesino, con la cara llena de sorpresa, le dice al burro: “yo no sé de Newton, pero sí sé que llevarás mi carreta, así que camina”. Y el burro caminó y la carreta lo siguió.
Debatan en torno a lo leído y respondan las siguientes preguntas:
1. ¿Han oído hablar sobre la tercera ley de Newton? De ser así, explíquenla brevemente.
2. ¿Por qué el burro pudo mover la carreta?
3. ¿En qué situaciones se aplica este mismo problema? Describan otras dos situaciones.
4. ¿Cuál puede ser la pregunta de investigación para establecer el error del burro?
4.
Actividad grupal Objetivo: Reconocer situaciones en
donde se apliquen fuerzas. Habilidad: Plantear explicaciones a situaciones cotidianas.
Actitud:Establecer preguntas para
comprender mejor situaciones cotidianas.
Tiempo: 20 minutos.
¿Podrías mencionar un ejemplo concreto de una acción y su reacción?