Aplicaciones de Newton

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APLICACIÓN DE LAS
LEYES DE NEWTON

METAS DE
APRENDIZAJE
Al estudiar este capítulo,
usted aprenderá:

• Cómo usar la primera ley de
Newton para resolver problemas
donde intervienen fuerzas que
actúan sobre un cuerpo en
equilibrio.
• Cómo usar la segunda ley de
Newton para resolver problemas
donde intervienen fuerzas que
actúansobre un cuerpo en
aceleración.
• La naturaleza de los diferentes
tipos de fuerzas de fricción:
fricción estática, fricción
cinética, fricción de rodamiento
y resistencia de fluidos; y cómo
resolver problemas relacionados
con tales fuerzas.
• Cómo resolver problemas donde
intervienen fuerzas que actúan
sobre un cuerpo que se mueve
en una trayectoria circular.
• Las propiedades clave delas
cuatro fuerzas fundamentales
de la naturaleza.

?

Suponga que el ave
que vuela entra en una
corriente de aire que
asciende con rapidez
constante. En esta
situación, ¿qué tiene
mayor magnitud: la
fuerza de gravedad
o la fuerza ascendente
del aire sobre el ave?

E

n el capítulo 4 vimos que las tres leyes de Newton del movimiento, cimientos
de la mecánica clásica, tienen unplanteamiento muy sencillo; no obstante, su
aplicación a situaciones como un velero para hielo que se desliza sobre un
lago congelado, un trineo que se lleva colina abajo o un avión que efectúa una vuelta cerrada requiere capacidad analítica y técnica. En este capítulo ampliaremos las
destrezas para resolver problemas que el lector comenzó a desarrollar en el capítulo
anterior.
Comenzaremoscon problemas de equilibrio, donde un cuerpo está en reposo o
se mueve con velocidad constante. Luego generalizaremos nuestras técnicas de resolución de problemas a cuerpos que no están en equilibrio, para lo que necesitaremos
examinar con precisión las relaciones entre fuerzas y movimiento. Aprenderemos a
describir y analizar la fuerza de contacto que actúa sobre un cuerpo que descansa o
sedesliza en una superficie. Por último, estudiaremos el caso importante del movimiento circular uniforme, en el que un cuerpo se mueve en una trayectoria circular
con rapidez constante.
En todas estas situaciones interviene el concepto de fuerza, que usaremos en todo
nuestro estudio de la física. Cerraremos el capítulo con una mirada a la naturaleza
fundamental de la fuerza y las clases defuerzas que hay en nuestro Universo físico.

5.1 Empleo de la primera ley de Newton:
Partículas en equilibrio
En el capítulo 4 aprendimos que un cuerpo está en equilibrio si está en reposo o se
mueve con velocidad constante en un marco de referencia inercial. Una lámpara
colgante, un puente colgante y un avión que vuela en línea recta a altitud y rapidez
constantes son ejemplos de situacionesde equilibrio. Aquí sólo consideraremos el
equilibrio de un cuerpo que puede modelarse como partícula. (En el capítulo 11 veremos los principios adicionales que necesitaremos aplicar, cuando esto no sea posible.)
El principio físico fundamental es la primera ley de Newton: si una partícula está en

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5 .1 Empleo de la primera ley de Newton:Partículas en equilibrio

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reposo o se mueve con velocidad constante en un marco de referencia inercial, la
fuerza neta que actúa sobre ella —es decir, la suma vectorial de todas las fuerzas que
actúan sobre ella— debe ser cero:
S

aF 5 0

(partícula en equilibrio, forma vectorial)

(5.1)

Normalmente usaremos esta ecuación en forma de componentes:
a Fx 5 0

a Fy 5 0(partícula en equilibrio, forma de componentes) (5.2)

Esta sección trata sobre el uso de la primera ley de Newton para resolver problemas de cuerpos en equilibrio. Quizás algunos de los problemas parezcan complicados; no obstante, lo importante es recordar que todos los problemas que implican
partículas en equilibrio se resuelven igual. La estrategia siguiente detalla los pasos a
seguir. Estudie...