Fuerzas y leyes de Newton

Desde cero: fuerza neta e inercia

Una fuerza es una interacción que puede cambiar la velocidad o deformar un cuerpo. Es vectorial: importan magnitud, dirección y sentido. La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas sobre el mismo cuerpo.

La primera ley establece que, en un marco inercial, un cuerpo conserva su velocidad si la fuerza neta es cero. No se necesita una fuerza neta para mantener velocidad constante. La segunda ley relaciona fuerza neta, masa y aceleración mediante F neta = ma.

Aplicación: masa, peso y contacto

La masa mide la inercia y se expresa en kilogramos. El peso es la fuerza gravitatoria mg y se expresa en newtons. La normal es una fuerza de contacto perpendicular a la superficie; solo coincide con el peso en ciertos equilibrios.

La tercera ley describe pares de fuerzas de igual magnitud y sentido opuesto que actúan en cuerpos distintos. Por eso no se cancelan al calcular la fuerza neta de un solo cuerpo.

Reto: rozamiento y sistemas acelerados

La fricción cinética ideal tiene magnitud μₖN y se opone al deslizamiento relativo. La fricción estática ajusta su valor hasta un máximo μₛN: no siempre alcanza ese máximo.

Para un sistema de varios cuerpos, las fuerzas internas se cancelan por pares al sumar las ecuaciones. Las fuerzas externas determinan la aceleración del sistema completo. Esta selección ahorra ecuaciones, pero exige definir bien qué cuerpos se incluyen.

Sigue el razonamiento

Una caja de 4 kg recibe 12 N hacia la derecha y 4 N hacia la izquierda. La fuerza neta vale 8 N hacia la derecha.

La aceleración es 8/4 = 2 m/s². Usar 12 N como fuerza neta ignoraría una interacción que sí actúa.

Sigue el razonamiento

Una mochila de 6 kg reposa sobre una mesa horizontal. Con g = 10 m/s², pesa 60 N hacia abajo y recibe una normal de 60 N hacia arriba.

El par del peso es la fuerza gravitatoria que la mochila ejerce sobre la Tierra, no la normal de la mesa.

1. Sobre un cuerpo actúan 9 N al este y 5 N al oeste. ¿Cuál es la fuerza neta?

1. 0 N
2. 14 N al este
3. 4 N al oeste
4. 4 N al este

2. Con g = 10 m/s², ¿cuánto pesa una caja de 7 kg?

1. 700 N
2. 7 N
3. 0.7 N
4. 70 N

3. Una caja desliza con N = 80 N y μₖ = 0.25. ¿Cuál es la fricción cinética?

1. 80 N
2. 320 N
3. 20 N
4. 0.25 N