Leyes de Newton, Cinemática y Movimiento: MRU, MRUV y Caída Libre

Leyes de Newton

Primera Ley de Newton (Principio de Inercia)

Un cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante). Solamente por acción de una fuerza externa podrá salir de ese estado.

Segunda Ley de Newton (Principio de Masa)

La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que adquiere este. Los vectores de fuerza neta y aceleración tienen igual dirección y sentido.

Tercera Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción)

Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, este reacciona sobre A con una fuerza de la misma magnitud, misma dirección y de sentido contrario.

Cinemática

Es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos.

Desplazamiento

El desplazamiento es la variación entre la posición final (Xf) y la posición inicial (Xo) que se encuentra un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el metro.

Velocidad Media (Vm)

Vm = ΔX/ΔT

Es el cociente entre el desplazamiento realizado y el tiempo empleado. Su unidad es el metro sobre segundo.

Fórmulas de Desplazamiento

Xf = Xo + Vm.ΔT

ΔX = Xf - Xo

Caída Libre

Un cuerpo entra en caída libre si se mueve en una trayectoria recta y vertical, actuando sobre él únicamente fuerzas producidas por un campo gravitatorio.

Posición

Se representa con la letra Y.

Desplazamiento

ΔY = Xf - Xo

Aceleración

La aceleración es el valor de la gravedad terrestre.

a = g

g = -10 m/s²

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

El movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es aquel en el que la trayectoria es una línea recta y la velocidad es constante. El movimiento rectilíneo uniforme cumple las siguientes propiedades:

• La aceleración es cero (a=0) al no cambiar la velocidad de dirección ni variar su módulo.

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)

El MRUV es aquel movimiento en que la velocidad varía uniformemente con el tiempo y, por lo tanto, la aceleración permanece constante.

Características del MRUV

• La trayectoria es una línea recta.
• La velocidad varía uniformemente.
• La aceleración es constante.

Fórmulas del MRUV

a = Δv/Δt

Xf = Xo + 1/2 (Vf - Vo) . Δt

Xf = Xo + Vo.Δt + 1/2 . a . Δt²

Desplazamiento

Se calcula mediante áreas.

Área del Trapecio

(Base mayor + Base menor) . H / 2

Desplazamiento Final

Se calcula mediante áreas.

Proyectiles

Eje X

Vx = Vo . cos(ángulo)

Vx = ΔX / ΔT

ΔX = Vx . Δt

Eje Y

Voy = Vo . sen(ángulo)

Vfy = Voy - g . Δt

Vfy² = Voy² - 2g . (ΔY)

Yf = Yo + Voy . Δt - 0,5 . g . Δt²

Vx = Vo . cos(ángulo)

Voy = Vo . sen(ángulo)

ΔX = Vx . Δt

Hmax = Yf

Vimp = √(Vx² + Vfy²)

Ejemplo 1

1. Diagrama de fuerzas
2. P = m . g
3. N = P
4. Froz = μ . N
5. Fn = m . a
6. T - Froz = m . a
7. Fn = T - Froz
8. T - 4 = 4 . a

Cuerpo 2

P = m2 . g

P = 80

1. Fn = m . g
2. P - T = m . a
3. Fn = P - T
4. 80 - T = 8 . a
5. T - 4 = 4 . a
6. 80 - T = 8 . a
7. 76 = 12 . a
8. 76 / 12 = a
9. a = 6,3

Masa

T - 4 = 4

T = 4(6,3) + 4

T = 29,2

1. Reacción vale 50 N, el cuerpo que ejerce esta reacción es la lata, se aplica en el pie del niño.

Ejemplo 2

1. Diagrama de fuerzas
2. Descomposición
3. Eje X
4. Fn = N
5. T2x = T1x
6. T2 . cos(30) = T1 . cos(60)
7. 90 . cos(30) / cos(60) = T1
8. T1 = 156
9. Eje Y
10. T1y + T2y = T3
11. T1y + T2y = T3
12. T1 . sen(60) + T2 . sen(30) = T3
13. 156 . sen(60) + 90 . sen(30) = T3
14. 180 = T3
15. Masa = T3 / g
16. Masa = 180 / 10 = 18 kg