Fisica

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CAPÍTULO

Cinética de partículas:
segunda ley de Newton

Cuando un automóvil se desplaza sobre el tramo curvo de una pista de carreras, está sujeto a una componente
de aceleración dirigida hacia el centro de la curvatura de su trayectoria. La fuerza de gravedad y las otras fuerzas
externas ejercidas sobre el automóvil debenconsiderarse tanto como las componentes de aceleración. Este capítulo estudiará la relación entre la fuerza, la masa y la aceleración.

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12.1. INTRODUCCIÓN
CINÉTICA DE PARTÍCULAS:
SEGUNDA LEY DE NEWTON
12.1
12.2
12.3

12.4
12.5
12.6
12.7

12.8

12.9

12.10
12.11
12.12
12.13

692

Introducción
Segunda ley demovimiento de
Newton
Cantidad de movimiento de una
partícula. Razón de cambio de la
cantidad de movimiento lineal
Sistemas de unidades
Ecuaciones de movimiento
Equilibrio dinámico
Cantidad de movimiento angular
de una partícula. Razón de
cambio de la cantidad de
movimiento angular
Ecuaciones de movimiento en
términos de las componentes
radial y transversal
Movimiento para una fuerzacentral. Conservación de la
cantidad de movimiento angular
Ley de gravitación de Newton
Trayectoria de una partícula bajo
la acción de una fuerza central
Aplicación en mecánica celeste
Leyes de Kepler del movimiento
planetario

La primera y la tercera leyes de Newton del movimiento se emplearon de
manera amplia en estática para estudiar cuerpos en reposo y las fuerzas
que actúan sobre ellos.Estas dos leyes también se utilizan en dinámica;
en realidad, son suficientes para el estudio del movimiento de cuerpos
que no tienen aceleración. Sin embargo, cuando los cuerpos están acelerados, esto es, cuando cambia la magnitud o la dirección de su velocidad,
es necesario recurrir a la segunda ley de movimiento de Newton para relacionar el movimiento del cuerpo con las fuerzas que actúansobre él.
En este capítulo se estudiará la segunda ley de Newton y se aplicará al análisis del movimiento de partículas. Como se establece en la
sección 12.2, si la resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula no es cero, ésta tendrá una aceleración proporcional a la magnitud
de la resultante y en la dirección de esta fuerza resultante. Además, es
posible utilizar el cociente entrelas magnitudes de la fuerza resultante
y de la aceleración para definir la masa de la partícula.
En la sección 12.3, se define la cantidad de movimiento lineal de
una partícula como el producto L ϭ mv de la masa m y la velocidad v
de la partícula, y se demuestra que la segunda ley de Newton puede
expresarse en una forma alternativa que relaciona la razón de cambio
de la cantidad de movimientolineal con la resultante de las fuerzas,
que actúan sobre la partícula.
La sección 12.4 subraya la necesidad de unidades consistentes en
la solución de problemas dinámicos y ofrece un repaso del Sistema
Internacional de Unidades (unidades del SI) y el sistema de uso común
en Estados Unidos.
En las secciones 12.5 y 12.6 y en los problemas resueltos que siguen,
se aplica la segunda ley deNewton a la solución de problemas de ingeniería, utilizando componentes rectangulares o componentes tangenciales y normales de las fuerzas y las aceleraciones implicadas. Hay que
recordar que en un cuerpo real, incluidos cuerpos tan grandes como un
automóvil, un cohete o un aeroplano, puede considerarse como partícula con el fin de analizar su movimiento mientras sea posible ignorar el
efecto deuna rotación del cuerpo alrededor de su centro de masa.
La segunda parte del capítulo se dedica a la solución de problemas
en términos de las componentes radial y transversal, subrayando de
manera particular el movimiento de la partícula bajo una fuerza central.
La sección 12.7, la cantidad de movimiento angular HO de la partícula
alrededor del punto O se define como el momento alrededor de...