pregunta y problemas sobre leyes de Newton.

130 C APÍTULO 4 Leyes del movimiento de Newton
Términos clave
dinámica, 107
leyes del movimiento de Newton, 107
mecánica clásica (newtoniana), 107
fuerza, 108
fuerza de contacto, 108
fuerza normal, 108
fuerza de fricción, 108
fuerza de tensión, 108
fuerzas de largo alcance, 108
peso, 108
superposición de fuerzas, 109
fuerza neta, 110
primera ley del movimiento de Newton, 111inercia, 112
equilibrio, 112
marco de referencia inercial, 113
masa, 116
kilogramo, 116
newton, 116
segunda ley del movimiento de Newton, 117
tercera ley del movimiento de Newton, 123
par acción-reacción, 123
tensión, 126
diagrama de cuerpo libre, 127
Respuesta a la pregunta de inicio de capítulo ?
La tercera ley de Newton nos dice que el niño sentado (a quien llamaremos
Raymundo) empujasobre el niño que está de pie (a quien llamaremos
Esteban) justo tan fuerte como Esteban empuja a Raymundo, pero
en la dirección opuesta. Esto es válido si Raymundo empuja “activamente”
sobre Esteban (por ejemplo, si Raymundo empujó su mano
contra Esteban) o “pasivamente” (si la espalda de Raymundo es la que
empuja, como en la fotografía con que inicia el capítulo). Las magnitudes
de fuerzaserían mayores en el caso “activo” que en el caso “pasivo”,
pero de cualquier modo, el empuje de Raymundo sobre Esteban es tan
fuerte como el empuje de Esteban sobre Raymundo.
Respuestas a las preguntas de
Evalúe su comprensión
4.1 Respuesta: iv) La fuerza gravitacional sobre el bloque apunta directo
hacia abajo. En la figura 4.6 el eje x apunta hacia arriba a la derecha,
y el eje y apuntahacia arriba a la izquierda. Por lo tanto, la fuerza
gravitacional tiene tanto una componente x como una componente y, y
ambas son negativas.
4.2 Respuesta: i), ii) y iv) En i), ii) y iv) el cuerpo no acelera, por lo
cual la fuerza neta sobre él es cero. En la situación iv), la caja permanece
estacionaria o en reposo, vista en el marco de referencia inercial
del suelo, mientras el camiónacelera hacia adelante, como la patinadora
de la fig. 4.11a. En la situación iii), el halcón se mueve en un círculo;
por lo tanto, está acelerando y no está en equilibrio.
4.3 Respuesta: iii), i) y iv) (empatados), ii) La aceleración es igual a
la fuerza neta dividida entre la masa. Por lo tanto, la magnitud de la
aceleración en cada situación es
i)
ii)
iii)
iv)
4.4 La astronauta requeriríaesforzarse el doble para caminar porque su
peso en ese planeta sería el doble que en la Tierra. En cambio, sería
igualmente fácil atrapar la pelota que se mueve horizontalmente. La
masa de la pelota no cambia, así que la fuerza horizontal que la astronauta
tendría que ejercer para detenerla (esto es, para impartirle la misma
aceleración) sería la misma que en la Tierra.
4.5 Por la terceraley de Newton, las dos fuerzas tienen la misma magnitud.
Puesto que la masa del automóvil es mucho mayor que la del
mosquito, el vehículo sufre una aceleración minúscula, imperceptible,
en respuesta a la fuerza del impacto. En cambio, el mosquito, con su
masa tan pequeña, sufre una aceleración catastróficamente alta.
4.6 Respuesta: iv) La fuerza de flotabilidad es una fuerza hacia arriba
queel agua ejerce sobre el buzo. Por la tercera ley de Newton, la otra
mitad del par acción-reacción es una fuerza hacia abajo que el buzo
ejerce sobre el agua y tiene la misma magnitud que la fuerza de flotabilidad.
Es cierto que el peso del buzo es también hacia abajo y tiene la
misma magnitud que la fuerza de flotabilidad; sin embargo, el peso actúa
sobre el mismo cuerpo (el buzo) que lafuerza de flotabilidad y, por
lo tanto, estas fuerzas no constituyen un par acción-reacción.
a 5 1 8.0 N 2 / 1 8.0 kg 2 5 1.0 m/s2.
a 5 1 2.0 N 2 / 1 8.0 kg 2 5 0.25 m/s2;
a 5 1 8.0 N 2 / 1 2.0 N 2 5 4.0 m/s2;
a 5 1 2.0 N 2 / 1 2.0 kg 2 5 1.0 m/s2;
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