¿Qué es la Segunda Ley de Newton?
Dice que la aceleración de un objeto depende de dos cosas: la fuerza que se le aplica y su masa. Cuanta más fuerza, más aceleración. Cuanta más masa, más cuesta acelerarlo (más "inercia" tiene).
F = fuerza (en Newton, N) · m = masa (en kg) · a = aceleración (en m/s²)
¿Quién fue Isaac Newton?
Isaac Newton (1642-1727) fue un físico, matemático y astrónomo inglés, considerado una de las mentes más influyentes de la historia de la ciencia. Publicó sus tres leyes del movimiento en 1687, en su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica — un libro que unificó por primera vez las leyes que gobiernan el movimiento en la Tierra con las que gobiernan el movimiento de los planetas.
Además de la mecánica, Newton desarrolló el cálculo infinitesimal (en paralelo y disputa con Leibniz), estudió la naturaleza de la luz y los colores, y construyó el primer telescopio reflector funcional. Pasó sus últimos 30 años como director de la Casa de la Moneda británica.
Normal, peso y masa: no son lo mismo
Acá se confunden casi todos. Esto es lo que representa cada uno:
- Masa (m): cantidad de materia. Se mide en kg. No cambia, no es una fuerza.
- Peso (P): la fuerza con la que la gravedad tira del objeto hacia abajo. P = m·g. Se mide en Newton.
- Normal (N): la fuerza con la que la superficie empuja al objeto hacia arriba, para que no la atraviese. Es una fuerza de reacción, no de gravedad.
En un piso horizontal, sin nada más empujando hacia abajo o hacia arriba, la Normal es igual al Peso — por eso muchos creen que "normal = peso" siempre. Pero no es una regla fija: si alguien empuja la caja hacia abajo en diagonal, la Normal aumenta. Si tira de ella hacia arriba en diagonal, la Normal disminuye. La Normal se ajusta a lo que haga falta para que el objeto no se hunda ni salga volando del piso.
Verde = Normal (superficie empujando hacia arriba) · Ámbar = Peso (gravedad tirando hacia abajo) · Fuerza aplicada horizontal, empujando la caja.
Calcula la aceleración
Mira el movimiento
La caja parte del reposo y acelera empujada por la fuerza que ingresaste. Toca reproducir.
Ejemplo
Empujas una caja de 4 kg con una fuerza de 20 N sobre una superficie sin rozamiento.
a = F / m = 20 / 4 = 5 m/s²
La caja acelera a 5 m/s² mientras se mantenga la fuerza.
Ejercicios con respuesta
- Una fuerza de 15 N actúa sobre un objeto de 3 kg. ¿Cuál es la aceleración?
Ver respuesta
a = 15 / 3 = 5 m/s² - ¿Qué fuerza se necesita para acelerar un carrito de 2 kg a 4 m/s²?
Ver respuesta
F = m×a = 2×4 = 8 N - Un objeto de 10 kg acelera a 2 m/s². ¿Qué fuerza neta actúa sobre él?
Ver respuesta
F = 10×2 = 20 N
Fuerza neta con rozamiento
En la vida real casi nunca hay una sola fuerza actuando. Cuando hay rozamiento, hay que restarle la fuerza de rozamiento a la fuerza aplicada antes de calcular la aceleración con F = m·a.
μ = coeficiente de rozamiento · g = 9.8 m/s² · el resto igual que en el nivel básico.
Calcula con rozamiento
Mira el movimiento con rozamiento
El camión parte del reposo y acelera más lento que sin rozamiento. Toca reproducir.
Ejemplo
Empujas un camión de 10 kg con 50 N, sobre una superficie con μ = 0.3.
Froz = 0.3 × 10 × 9.8 = 29.4 N
a = (50 − 29.4) / 10 = 2.06 m/s²
El rozamiento le "come" gran parte de la fuerza aplicada.
Ejercicios con respuesta
- Empujas un mueble de 20 kg con 80 N, μ = 0.4. ¿Cuál es la aceleración?
Ver respuesta
Froz = 0.4×20×9.8 = 78.4 N → a = (80−78.4)/20 = 0.08 m/s² - Un bloque de 5 kg no se mueve con una fuerza de 15 N. Si μ = 0.35, ¿por qué?
Ver respuesta
Froz = 0.35×5×9.8 = 17.15 N, que es mayor a la fuerza aplicada (15 N), así que el objeto se queda quieto. - ¿Qué fuerza aplicada necesitas para que un objeto de 8 kg (μ = 0.2) acelere a 3 m/s²?
Ver respuesta
Froz = 0.2×8×9.8 = 15.68 N → F = m×a + Froz = 8×3 + 15.68 = 39.68 N
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre masa y peso?
La masa es la cantidad de materia de un objeto (en kg) y no cambia. El peso es la fuerza con la que la gravedad lo atrae (en Newton) y depende de dónde esté: P = m·g.
¿Por qué un objeto muy pesado cuesta más moverlo?
Porque para una misma fuerza, a mayor masa, menor aceleración (a = F/m). Es la inercia: la resistencia del objeto a cambiar su estado de movimiento.
¿Qué pasa si la fuerza aplicada es menor que la de rozamiento?
El objeto no se mueve. La fuerza de rozamiento estático puede igualar exactamente a la fuerza aplicada mientras esta no supere un máximo, así que la aceleración es cero.