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6: Aplicando las leyes de Newton

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    Objetivos de aprendizaje

    • Entender cuándo el movimiento de un objeto se puede modelar como unidimensional (lineal).
    • Ser capaz de desarrollar modelos para objetos sometidos a movimiento lineal.
    • Ser capaz de desarrollar modelos para objetos sometidos a movimiento circular.
    • Ser capaz de desarrollar modelos para objetos sometidos a un movimiento tridimensional arbitrario.
    • Entender las fuerzas involucradas en el movimiento circular, y entender que las fuerzas “centrípetas” y “centrífugas” no son realmente fuerzas.

    En este capítulo, echamos un vistazo más de cerca a cómo usar las Leyes de Newton para construir modelos para describir el movimiento. Mientras que el capítulo anterior se centró en identificar las fuerzas que están actuando sobre un objeto, este capítulo se enfoca en usar esas fuerzas para describir el movimiento del objeto.

    Las Leyes de Newton están destinadas a describir “partículas puntuales”, es decir, objetos que pueden ser pensados como un punto y por lo tanto no tienen orientación alguna. Una cuadra que se desliza por una colina, una persona en un tiovivo, un pájaro que vuela por el aire se pueden modelar como partículas puntuales, siempre y cuando no necesitemos modelar su orientación. En todos estos casos, podemos modelar las fuerzas sobre el objeto usando un diagrama de cuerpo libre ya que la ubicación de donde se aplican las fuerzas sobre el objeto no importa. En capítulos posteriores, presentaremos las herramientas necesarias para aplicar la Segunda Ley de Newton a objetos que puedan rotar, donde veremos que importa la ubicación de donde se ejerce una fuerza.

    preludio

    Si una persona se balancea en un columpio donde las cuerdas están dañadas, ¿dónde es más probable que se rompan las cuerdas?

    1. en la parte inferior de la trayectoria, cuando la velocidad es la mayor.
    2. en la parte superior de la trayectoria, cuando la velocidad es cero.
    3. en el punto de la trayectoria donde la velocidad es la mitad de su valor máximo.

    • 6.1: Estática
      En situaciones estáticas, la aceleración del objeto es cero. Por la Segunda Ley de Newton, esto quiere decir que la suma vectorial de las fuerzas (y los pares, como veremos en un capítulo posterior) ejercidas sobre un objeto debe ser cero. En situaciones dinámicas, la aceleración del objeto es distinta de cero.
    • 6.2: Movimiento lineal
      Podemos describir el movimiento de un objeto cuyo vector de velocidad no cambia continuamente de dirección como movimiento “lineal”. Por ejemplo, un objeto que se mueve a lo largo de una línea recta en una dirección particular, luego cambia bruscamente de dirección y continúa moviéndose en línea recta puede modelarse como experimentando movimiento lineal sobre dos segmentos diferentes. Un objeto que se mueve alrededor de un círculo, con su vector de velocidad continuamente cambiando de dirección, no se consideraría que estuviera experimentando un movimiento lineal.
    • 6.3: Movimiento circular uniforme
    • 6.4: Movimiento circular no uniforme
    • 6.5: Resumen
    • 6.6: Pensando en el material
    • 6.7: Problemas y soluciones

    Miniatura: Stock cars compitiendo en la carrera de Grand National Divisional en Iowa Speedway en mayo de 2015. Los autos suelen alcanzar velocidades de 200 mph (320 km/h)

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