PREPA EN LINEA-SEP
MODULO 14 SEMANA 3
ACTIVIDAD INTEGRADORA 5
“LEYES DE NEWTON”
REPORTE DE PRÁCTICA DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON.
ALUMNO: Arturo Armando González Martínez.
FACILITADOR: Ricardo Padilla Ayala.
TUTOR: Diana García Carrillo.
MAYO DE 2016.
Introducción.
Primero veremos una descripción de quien fue Isaac Newton. Newton fue un físico de origen británico, nacido el 4 de enero de 1643 y fallecido en 1727 en Londres. Entre muchas de sus aportaciones, destaca en los campos de la teología, la filosofía, las matemáticas entre otras áreas. Fue fundador de la física clásica el cual mantuvo vigencia hasta los tiempos de Einstein. La obra de Newton destaco por sobre todas las cosas generando la culminación de la revolución científica iniciada por Copérnico un siglo antes. Uno de sus más importantes aportaciones fue el establecimiento de las tres leyes fundamentales del movimiento, deduciendo de ellas la ley de gravitación universal (la cuarta ley), en donde explicaba las orbitas de los planetas, creando así un entendimiento de la mecánica celeste y terrestre. Las leyes de Newton, también se les conoce como las Leyes del Movimiento de Newton, en los cuales explica, sino es que todos; pero si la mayoría de los problemas que se presentan con la dinámica pero sobre todo los relacionados con el movimiento de los cuerpos.
Las leyes de Newton permiten la explicación del movimiento de los astros, de los proyectiles artificiales que el hombre ha creado y por último nos explica el modo de funcionamiento de las máquinas.
A continuación una explicación breve en referencia a la mecánica de cada una de estas leyes de Newton.
Primera ley de Newton o ley de la inercia: Todo cuerpo se moverá con
velocidad constante a menos que se le aplique una fuerza. Esto significa que un cuerpo no puede alterar su estado inicial por cuenta propia, ya sea en reposo o en movimiento en línea recta es decir sin cambiar su dirección; a menos que se le aplique una fuerza.
Segunda ley de Newton o ley de fuerza: Aplicando una fuerza sobre un objeto, este experimentará una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada. Creo que esta ley es un complemento de la primera, pues en este caso si hay fuerzas. El que la aceleración sea directamente proporcional, significa que a menor fuerza aplicada, la aceleración será menor y a mayor fuerza aplicada, mayor será la aceleración. Por lo que la ecuación sería F= m • a, en donde F= fuerza, m= masa y a= aceleración.
Tercera ley de Newton o ley de acción-reacción: Toda acción genera una
reacción de igual magnitud pero en dirección opuesta. Esto significa que las fuerzas siempre las encontramos en pares de igual magnitud, en sentido opuesto y están situadas en la misma recta. Son dos fuerzas que no están aplicadas al
mismo cuerpo creando en ellos dos aceleraciones diferentes según sean sus masas.
El objetivo de este experimento es demostrar que se cumple la segunda ley de Newton en donde establece que a mayor fuerza, mayor será la aceleración y viceversa a menor fuerza, menor será la aceleración. Por otro lado demostrar que entre más masa tenga un objeto, la aceleración será menor. Así mismo, el objetivo radica en que el experimento nos dé la certeza de que nuestro aprendizaje y conocimiento se enriquezca.
Teoría
En 1687 Isaac Newton publicó su libro científico que se le conoce cómo “Principia” considerado como el más famoso de todos los tiempos. Está dividido en tres libros en donde en el primero postula sus tres leyes del movimiento.
En sus principios matemáticos de la filosofía natural, Newton estableció las tres leyes fundamentales de movimiento del cual puedo observar que la segunda ley es un complemento de la primera como lo había expresado anteriormente considerando la aplicación de la fuerza en donde en la primera ley la fuerza es inexistente.
De acuerdo a la segunda ley de Newton, el tamaño de la aceleración es directamente proporcional al tamaño de la fuerza, es decir que si nosotros aplicamos una fuerza a una determinada dirección, el móvil sufrirá una aceleración precisamente a la misma dirección.
Por tanto, Newton descifra que lo mucho o poco de movimiento es cómo consecuencia del producto de la masa por la velocidad.
Se debe considerar que un móvil no solamente puede ser afectado por una sola fuerza, sino que también puede ser por un conjunto de varias de ellas. Un ejemplo claro en este sentido es al querer jalar con una cuerda un vehículo descompuesto por una pendiente, el vehículo es afectado por su peso, la fuerza normal, la fricción con la pendiente y la tensión de la cuerda. En situaciones como esta en la que intervienen varias fuerzas sobre el cuerpo, la segunda ley de Newton no aplica. Si intervienen varias fuerzas sobre un objeto como en el caso expuesto, este experimentará una aceleración directamente proporcional a la fuerza neta aplicada.
Para que quede un poco más claro, la fuerza neta o total se refiere a la suma “vectorial” de todas las fuerzas que están interactuando sobre el cuerpo, es decir tienen dirección y sentido. Por ejemplo, si quiero empujar un carro con otras dos
personas hacia una misma dirección, cada una con una fuerza de 100 N, la fuerza neta que interactúa sobre el carro es de 300 N.
Siguiendo con la explicación de la segunda ley de Newton, es importante destacar que cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, este se acelerará y ya hemos mencionado que a mayor fuerza mayor aceleración y a menor fuerza menor aceleración, sin embargo; llegará el momento en que alguna otra fuerza lo detendrá ya que de lo contrario el objeto seguiría su movimiento como sucedió con el experimento expuesto en donde la botella de menor masa al aplicarle la fuerza giró con mayor velocidad pero se salió del entorno de la mesa y cayó al suelo siendo detenido por este. En cuanto al recipiente de cristal con una sustancia en su interior como la arena lo que lo hacía más pesado, al ejercer la fuerza, giró pero de una forma mucho más lenta debido a su masa lo cual detuvo su curso por la fricción de la mesa en el cuerpo.
Si en la segunda ley de Newton mantenemos la fuerza constante, podemos observar que a mayor masa menor es la aceleración que produce la fuerza sobre el objeto. Dicho de otra manera, mientras más grande sea el objeto, es más difícil cambiar su estado de movimiento. Por tanto, podemos observar en este caso que la masa corresponde a la propiedad de inercia.
En esta ley, la fuerza es primordial. La fuerza es algo que es capaz de provocar en un cuerpo cambios de velocidad, es decir de aceleración, además de que la dirección de la aceleración es igual a la de la fuerza y el parámetro que relaciona fuerza y aceleración que es justamente la masa del objeto en cuestión.
Cómo se aplica la segunda ley de Newton en la vida cotidiana.
La aplicación de esta ley en la vida cotidiana está presente en todo nuestro entorno, desde entender cómo es que funcionan los movimientos de los objetos aplicándoles una fuerza, hasta cómo es el funcionamiento de las maquinarias y los proyectiles creados por el mismo hombre como anteriormente se había dicho. Nos permite, aunque sea por la más mínima lógica; que para cambiar de lugar un objeto en reposo, necesariamente se le necesita aplicar una fuerza e incluso a que dirección debemos de ejercer el mismo.
Pese a todo lo anterior y aunque aparenta ser muy fácil, todos los movimientos que podemos observar en la naturaleza como son: al caerse un bolígrafo, al caerse objetos en el aire, el movimiento de una patineta o de un coche e incluso el movimiento de un avión, son muy complicados.
Todas estas complicaciones motivaron a estudiosos como Aristóteles, Isaac Newton, entre otros, que se dieran a la tarea de investigar cómo y por qué ocurren estos fenómenos, aunque muchos de estos fueron descartados. Ejemplo de ello es cuando Aristóteles pensó que el movimiento de un cuerpo se detiene cuando la fuerza que lo empuja deja de actuar. Sin embargo, más tarde se comprobó que esto no era cierto pero fueron ideas que perduraron por siglos.
Gracias a todo lo anterior podemos permanecer con el conocimiento del porqué de los movimientos y ejercerlos, no solo actuar por intuición basadas meramente en observación que solo nos permite cometer errores.
Una de las formas en las que podemos observar la segunda ley de Newton es cuando por ejemplo los niños están jugando y uno de ellos jala a otro y al mismo tiempo lo hace correr, la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre ella.
Otro ejemplo es cuando las personas que practican “ski” de montaña, la gravedad que actúa sobre ellos les hacen acelerar, combina la fuerza natural y la gravedad. Otro ejemplo podría ser cuando tenemos una camioneta y la aceleramos para avanzar, por tanto la fuerza que actúa sobre la camioneta es directamente proporcional a la aceleración y la masa de proporcionalidad es la masa de la camioneta. En el caso de que si sobre cargamos la camioneta de productos pesados avanzará relativamente más lento ya que a mayor su masa menor es la aceleración.
En este experimento se representa la segunda ley de Newton conocido
también como ley de fuerza en donde nos demuestra su teoría: “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Ésta aceleración es en dirección a la fuerza, es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve.
Material y equipo
El material utilizado en este experimento es:
• Una mesa libre de cualquier objeto que no sea parte del experimento. • Un “bowl” de cerámica de tamaño mediano.
• Un frasco de cristal. • Una botella de PET.
• Un cuarto (1/4) de arena o material similar. A continuación pondré imágenes del material.
Algunas recomendaciones:
• Se recomienda utilizar un tapete y un frasco de cristal mediano para evitar un accidente en caso de caerse.
• Es recomendable aplicar una fuerza moderada al momento del experimento. • En caso necesario de fotografía o video, elegir un espacio bien iluminado y
de preferencia con luz natural.
Procedimiento
Este es un experimento que no tiene mayor complicación, sin embargo; a continuación detallo pasos a seguir para realizarlo.
Paso # 1
Agarrar con cuidado el plato de cerámica previamente limpio y seco para evitar que resbale de las manos, de esta manera se puede evitar cualquier accidente.
Es importante tener a la mano un poco de arena o cualquier material similar que se pueda usar.
Paso # 2
Agarrar e incorporar la arena en el frasco y en el de PET, y asegurarse que este bien tapado.
Paso # 3
Enseguida procederemos a deslizar primero el frasco de PET, y posteriormente el de cristal, los dos ya conteniendo arena.
Como se puede apreciar en las imágenes tomadas y que presento, es muy difícil apreciar el movimiento de los objetos para apreciar la diferencia en la aceleración de un frasco y otro al momento de aplicarles una fuerza igual para su deslizamiento. Pero el frasco de PET tuvo una aceleración mayor debido a que su masa es más liviana, por lo que respecta al frasco de vidrio en manera inversamente proporcional, que nos dice que a más masa menos aceleración, fue lo que sucedió, pues con una fuerza igual, aplicada fue menos su aceleración, más que nada porque es más pesada que el frasco de PET. (Recordemos que el frasco de PET, se cayó de la mesa con la misma fuerza aplicada).
Resultados.
En este experimento, lo que ocurre es que al momento de aplicar la fuerza a la botella de PET, este adquiere una aceleración de acuerdo a la fuerza aplicada, es decir, si le aplicamos una fuerza mayor, mayor será la aceleración y en caso contrario si le aplicamos una fuerza menor, menor será la aceleración.
En el caso del frasco de cristal, al momento de aplicar la fuerza, este tuvo una aceleración mucho más lento comparado con el anterior, aun cuando la intensidad de la fuerza fue la misma. Esto debido a su masa ya que al ser de cristal y contener la arena, presenta mucho más peso.
Los resultados de este experimento, cubren las expectativas de la segunda ley de Newton o ley de fuerza. Al aplicar una fuera a un objeto, este se acelera. Esta aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad e inversamente proporcional a la masa que se mueve.
A mayor fuerza- Mayor aceleración. A menor fuerza- Menor aceleración. Lo anterior lo podemos representar gráficamente de la siguiente manera, en donde F= fuerza y a= aceleración.
Directamente F a
Proporcional a la
Fuerza aplicada F a
Como ya se había mencionado antes, la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo por lo que esto se puede expresar como F= m • a. Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, esto quiere decir que tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. Como ejemplo se podría citar que al empujar una mesa de madera hacia al frente lleva una aceleración inversamente proporcional a la masa de la mesa, esto significa que a más masa menor es la aceleración. En el supuesto caso de que le pongamos peso sobre la mesa, se puede observar que al empujarla la aceleración disminuye debido al aumento de la masa de la mesa. En este sentido han aumentado dos cantidades físicas: el peso que no influye directamente en la aceleración y el rozamiento que si influye en la aceleración.
Con el experimento realizado con el frasco y la botella, hemos comprobado que la segunda ley de Newton se ha cumplido en todas sus facetas tal como se ha venido explicando a lo largo de este reporte de práctica. La fuerza neta que actúa sobre un objeto, es proporcional a la aceleración que adquiera al moverse, y a la masa de dicho objeto.
Conclusiones:
Los resultados del experimento comprueban lo que dice la segunda ley de Newton: Aplicando una fuerza sobre un objeto, este experimentara una aceleración directamente proporcional a la fuerza aplicada. Se ha comprobado también, que esta ley podría ser un complemento de la primera, ya que en este caso hemos visto que existen las fuerzas. El que la aceleración sea directamente proporcional, significa que a menor fuerza aplicada, la aceleración será menor y a mayor fuerza aplicada, mayor será la aceleración.
También observamos que al momento de ejercer fuerza en la primera botella de PET, dicha fuerza provoca en él una aceleración y se desliza tan rápido, al grado de que se sale del entorno de la mesa, debido a la fuerza, y debido a la fuerza de
gravedad, finaliza su trayectoria al impactarse con el suelo, que es precisamente la otra fuerza que lo detuvo. También es posible observar que en el segundo caso, que es el frasco de vidrio con un poco de arena en su interior, al ejercer una fuerza sobre él, le provoca una aceleración de mucho menor intensidad comparado con el primero, que probablemente se deba a su masa y como consecuencia la fuerza aplicada fue menor.
Todo lo realizado y explicado, nos lleva a entender mejor nuestro entorno y que para cambiar la posición de un cuerpo en reposo, es necesario empujarlo o levantarlo. Es así, como también se explicar el movimiento de los astros, el movimiento de los proyectiles artificiales creados por el hombre como se había mencionado anteriormente, así como también la mecánica de funcionamiento de algunas máquinas.
En descripción de la conclusión, se puede afirmar que se ha comprobado la segunda ley de Newton, de acuerdo con los resultados obtenidos en la práctica del experimento, todo lo anterior basado en las definiciones teóricas investigadas. Al igual se debe reconocer la importancia de seguir de forma cabal y ordenada los procedimientos con el fin de los resultados más aproximados posibles.
Los pasos del método científico que puse en práctica fueron los cinco y que a continuación relaciono:
Observación: En primera instancia examiné a nivel científico el fenómeno el
cual debería yo de estudiar.
Recolección de datos: Además de revisar los contenidos extensos, usé
otros materiales de la red tanto en videos como en texto.
Formulación de hipótesis: Al momento de buscar el experimento a
realizar, formule preguntas y miré ejemplos por lo que esta parte del método científico fue aplicado.
Experimentación: Al momento de hacer el experimento estaba
comprobando la hipótesis planteada.
Conclusión: Al momento de concluir el experimento, confirmé la hipótesis y
los resultados para que al final sacara mis conclusiones y comprobar que la segunda ley de Newton se ha cumplido.
Módulo 14 “Universo natural”. Unidad 2 “Universo”. Contenido extenso. (Material didáctico). Prepa en Línea-SEP. México, D.F. Secretaria de Educación Pública.
https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA Consultado el 6 de mayo de 2016.
https://www.youtube.com/watch?v=_X-BTbwj3xU Consultado el 6 de mayo de 2016. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/newt.html#strmas Consultado el 6 de mayo de 2016. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Leyes_de_Newton.html Consultado el 6 de mayo de 2016. https://sites.google.com/site/timesolar/fuerza/segundaleydenewton Consultado el 6 de mayo de 2016. http://cursa.ihmc.us/rid=1JK54KWMJ-2093R9C-XFF/LEYES%20DE
%20NEWTON.cmap Consultada y tomada la imagen el 6 de mayo de 2016.
http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/newton.htm Consultado el 6 de mayo de 2016.
