Solucionario de Las leyes de newton serway 6ta edicion

F´
ısica I. Curso 2010/11
Departamento de F´
ısica Aplicada. ETSII de B´jar. Universidad de Salamanca
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Profs. Alejandro Medina Dom´
ınguez y Jes´ s Ovejero S´nchez
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Tema 2. Leyes de Newton y sus aplicaciones
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Indice
1. Introducci´n
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2. Primera ley de Newton. Sistemas de Referencia Inerciales

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3. Fuerza, masa y segunda Ley de Newton

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4. Ley de acci´n yreacci´n
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5. Fuerzas de rozamiento

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5.1. Fricci´n est´tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
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5.2. Fricci´n cin´tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
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5.3. Fuerzas de arrastre en fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6. Movimiento relativo a sistemas dereferencia no inerciales

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7. Problemas

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Tema 2. Leyes de Newton y sus aplicaciones

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Tema 2. Leyes de Newton y sus aplicaciones

1.

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Introducci´n
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La Din´mica estudia las relaciones entre los movimientos de los cuerpos y las causas que
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los provocan, en concreto las fuerzas que act´an sobre ellos. Aqu´ estudiaremos la Din´mica
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desde el punto de vistade la Mec´nica Cl´sica, que es apropiada para el estudio din´mico de
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sistemas grandes en comparaci´n con los atomos (∼ 10−10 m) y que se mueven a velocidades
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mucho menores que las de la luz (∼ 3,0 × 108 m/s).
Para entender estos fen´menos, el punto de partida es la observaci´n del mundo cotidiano. Si
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se desea cambiar la posici´n de un cuerpo en reposo es necesarioempujarlo o levantarlo, es decir,
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ejercer una acci´n sobre ´l. Aparte de estas intuiciones b´sicas, el problema del movimiento es
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muy complejo. Todos los movimientos que se observan en la Naturaleza (ca´ de un objeto
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en el aire, movimiento de una bicicleta o un coche, de un cohete espacial, etc) son realmente
complicados.
Estas complicaciones motivaron que el conocimiento sobreestos hechos fuera err´neo duo
rante muchos siglos. Arist´teles pens´ que el movimiento de un cuerpo se detiene cuando la
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fuerza que lo empuja deja de actuar. Posteriormente se descubri´ que esto no era cierto, pero el
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gran prestigio de Arist´teles como fil´sofo y cient´
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ıfico hizo que estas ideas perduraran muchos
siglos.
Un avance muy importante se debi´ a Galileo (1564-1642)qui´n introdujo el m´todo cient´
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ıfico, que ense˜a que no siempre se debe creer en las conclusiones intuitivas basadas en la obsern
vaci´n inmediata, pues esto lleva a menudo a equivocaciones. Galileo realiz´ un gran n´mero
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de experiencias en las que se iban cambiando ligeramente las condiciones del problema y midi´ los resultados en cada caso. De esta manera pudo extrapolar susobservaciones hasta llegar
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a entender un experimento ideal. En concreto, observ´ c´mo un cuerpo que se mueve con velooo
cidad constante sobre una superficie lisa se mover´ eternamente si no hay rozamientos ni otras
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acciones externas sobre ´l.
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Inmediatamente se present´ otro problema: ¿si la velocidad no lo revela, qu´ par´metro del
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movimiento indica la acci´n de fuerzasexteriores? Galileo respondi´ tambi´n a esta pregunta,
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pero Newton (1642-1727) lo hizo de manera m´s precisa: no es la velocidad sino su variaci´n
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la consecuencia resultante de la acci´n de arrastrar o empujar un objeto.
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Esta relaci´n entre fuerza y cambio de velocidad (aceleraci´n) constituye la base fundameno
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tal de la Mec´nica Cl´sica. Fue Isaac Newton (hacia 1690) el primeroen dar una formulaci´n
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completa de las leyes de la Mec´nica. Y adem´s invent´ los procedimientos matem´ticos necea
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sarios para explicarlos y obtener informaci´n a partir de ellos.
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Antes de enunciarlas, introduciremos con precisi´n los conceptos de masa y fuerza, que son
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b´sicos en ellas:
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Masa.
Es el par´metro...