INTRODUCCION

En este trabajo daremos a conocer distintos puntos relacionados con ideas principales de lo que es la fuerza y el movimiento, desde lo que fueron los pensamientos del Gran Aristóteles, pasando por Galileo, hasta las leyes de Newton, las cuales son las teorías aceptadas de la época contemporánea. Dentro de este trabajo también nos referiremos a la vida del importante físico inglés, Isaac Newton.

Objetivos generales

1.- Más que nada a través de este informe queremos mostrar todo lo aprendido dentro de nuestras investigaciones con el fin de dejarnos claro a nosotros mismos y a quien lea el  trabajo, varios conocimientos acerca de: Fuerza, Movimiento y las Leyes de Newton.

2.- Queremos además explicar la evolución que ha tenido esta rama de la física con el pasar de los años, en cuanto a las creencias y teorías que ha tenido el hombre acerca de ésta, pasando por el maestro Aristóteles, siguiendo por Galileo, y llegando hasta las creencias que se tienen en nuestros días, impuestas por el gran genio inglés de la física Isaac Newton.

3.- El último de nuestros tres objetivos es, explicar a través de simples ejemplos, fáciles de entender para todo tipo de personas, las tres leyes o teorías de Newton. Esto lo lograremos citando algunos ejemplos de estas leyes que ocurran en nuestra vida cotidiana.

¿Quien fue Isaac Newton?

Sir Isaac Newton fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés, autor de los Philosophiae naturalis principia mathematica, más conocidos como los Principia, donde describió la ley de gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre.

LEYES DE NEWTON

Primera ley o ley de inercia

Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.

Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica

La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.

Tercera ley o Principio de acción-reacción

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

PRIMERA LEY DE NEWTON

La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).

Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.

EJEMPLOS:

Un proyectil es cualquier objeto que se proyectara una vez que continúa en el movimiento por su propia inercia y es influenciado solamente por la fuerza hacia abajo de la gravedad.

Si se elige el marco de referencia tal que la dirección y sea vertical y positiva hacia arriba, entonces ay = - g (como en la caída libre unidimensional), y ax = 0 (debido a que se ignora la fricción del aire).

Materiales y equipo



*Cilindro de cemento

*Pelota pequeña

*Lanzador o disparador de objetos

*Cronometro

Desarrollo



*Tomamos la altura de la mano de un compañero a la cual iba a ser lanzado el cilindro.

*Este objeto fue lanzado por diez veces por el compañero tomando en cada vez el alcance que obtuvo el objeto.

Nº de ensayo	Tiempo (s)	Distancia de alcance (m)	Velocidad inicial (m/s)	Distancia vertical (m)
1	0.69	3.76	5.44	1.58
2	0.84	4.56	5.42	1.58
3	0.55	4.20	7.63	1.58
4	0.98	4.37	4.45	1.58
5	0.94	4.46	4.74	1.58
6	0.90	4.75	5.27	1.58
7	1.03	5.24	5.08	1.58
8	0.94	4.46	4.74	1.58
9	1.02	5.40	5.29	1.58
10	0.94	5.30	5.63	1.58

SEGUNDA LEY DE NEWTON

La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto.

F = m·a

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza.

Si una fuerza cualquiera genera un movimiento, una fuerza doble generara el doble de movimiento una triple el triple, tanto si la fuerza es impresa entera y a la vez como si lo es gradual y sucesiva. Y cuando el cuerpo se movía antes, este movimiento (dirigido siempre siguiendo a la fuerza generadora) se añade, se resta, o se une oblicuamente al movimiento anterior, según Coadyuve, se oponga o se vincule oblicuamente a el, componiendo así un nuevo movimiento por la determinación de ambos.

TERCERA LEY DE NEWTON

Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
 

La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.



Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.


Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros tambien nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.


Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actuan sobre cuerpos distintos.

ma = mg + kv
         m d²y  = mg + k dy   
             dt²                    dt


esta es la formula por lo cual nosotros sabremos cual es le fuerza aplicada.

PESO, FUERZA Y MOMENTO DE FUERZA

Supon que levantas una pelota desde el suelo y despues la sueltas; esat se acelera hacia abajo, entonces la tierra debe estar ejerciendo sobre ella una fuerza hacia abajo. la fuerza gravitacional ejercida por un cuerpo grande(usualmente la tierra) a esto se le denomina peso. Al iagual que cualquier otra fuerza, el peso se puede expresar en newtons.

Podemos determinar el peso de un cuerpo a partir de la segunda Ley de Newton;Si un cuerpo celeste se acerca a la superficie terreste solo actua la fuerza de gravedad, el objeto caera hacia abajo con una aceleracion igual a 9.81 m/s2 en dirrecion hacia abajo.

En todos los abojetos siempre actua la fuerza de gravedad, no importa que wl objetivo este cayendo, se encuentre en reposo sobre el suelo o este siendo levantado; la tierra siemre lo empuja hacia ella.

La fuerza de gravedad esta dada por la ecuacion:
F=mg
Esta fuerza se denomina peso de un objeto; su simbolo es W. De la ecuacion anterior se puede escribir:
W=mg

Es una magnitud que representa cuánto rotará un objeto aplicandole una determinada fuerza (por ejemplo la fuerza que aplicas al empujar una puerta).

Matemáticamente se expresa como un producto vectorial:
t = r x F

Donde:
t = Torque
r = Distancia entre el centro de giro y el punto de aplicación de la fuerza
F = Fuerza aplicada que se ven.

CONDICIONES DE EQUILIBRIO

Esta condición de equilibrio implica que una fuerza aislada aplicada sobre un cuerpo no puede producir por sí sola equilibrio y que, en un cuerpo en equilibrio, cada fuerza es igual y opuesta a la resultante de todas las demás. Así, dos fuerzas iguales y opuestas, actuando sobre la misma línea de acción, sí producen equilibrio.

El equilibrio puede ser de tres clases: estable, inestable e indiferente. Si un cuerpo está suspendido, el equilibrio será estable si el centro de gravedad está por debajo del punto de suspensión; inestable si está por encima, e indiferente si coinciden ambos puntos. Si un cuerpo está apoyado, el equilibrio será estable cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad caiga dentro de su base de sustentación; inestable cuando pase por el límite de dicha base, e indiferente cuando la base de sustentación sea tal que la vertical del centro de gravedad pase siempre por ella.

Ahora por medio de la descomposición de los vectores, calculamos la fuerza de cada uno de ellos.

F_1x = - F₁ cos 45°*

F_1y = F₁ sen 45°

F_2x = F₂ cos 0° = F2

F_2y = F₂sen0°=0

F_3x = F₃cos90°=0

F_3y = - F₃ sen 90° = - 8 N*

Porque los cuadrantes en los que se localizan son negativos.

Como únicamente conocemos los valores de F₃, F₂ y la sumatoria debe ser igual a cero en x e y, tenemos lo siguiente:

EF_x=F_1x+F_2x+F_3x=0

EF_y=F_1y+F_2y+F_3y=0

Por lo tanto tenemos lo siguiente:

EF_x=-F₁ cos 45+F₂=0

          F₂=F₁(0.7071)

EF_y=-F₁sen45-8N=0

          8N=F₁(0.7071)

          F₁=8N/0.7071=11.31 N

Para calcular F₂, se sustituye F₁ de la ecuación siguiente:

F₂=F₁(0.7071)

F₂=11.31(0.7071)=8N

Bueno esta es una de las ecuaciones que utilizaríamos para calcular la masa de cada piedra como las que se muestran en la imagen y así veremos el equilibrio de las piedras.

FRICCION

Fricción es la acción y efecto de friccionar (restregar, frotar mucho). Se conoce como fuerza de fricción a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre otra, o a la fuerza opuesta al inicio de un movimiento.

Existen 2 tipos de fricción una de ellas es la fricción estática ocurre cuando un motor se encuentra parado durante mucho tiempo. Por otra parte, la fricción dinámica puede verse a partir de la acción de los neumáticos de un coche al momento de frenar.

La fricción dinámica, es la magnitud constante que se opone al movimiento cuando ésta ya se inició.

Es decir que las dos leyes mantienen un equilibrio constante en la cual los seres vivos  mantenemos una fricción constante en la vida diaria.

ejemplo

En la siguiente figura mostramos un bloque de masa m que se desliza por una superficie horizontal con velocidad constante. Sobre el bloque actuán tres fuerzas: el peso mg , la fuerza normal N, y la fuerza de fricción Fk entre el bloque y la superficie. Si el bloque se desliza con velocidad constante, la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de fricción Fk.

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Podemos ver que si duplicamos la masa m, se duplica la fuerza normal N, la fuerza F con que tiramos del bloque se duplica y por tanto Fk se duplica. Por tanto la fuerza de fricción cinética Fk es proporcional a la fuerza normal N.

Fk = m k N

La constante de proporcionalidad m k es un número sin dimensiones que se denomina coeficiente de fricción cinético.

MATERIAL	mS	mK
Madera sobre madera	0.7	0.4
Acero sobre acero	0.15	0.09
Metal sobre cuero	0.6	0.5
Madera sobre cuero	0.5	0.4
Caucho sobre concreto, seco	0.9	0.7
húmedo	0.7	0.57

LEYES DE KLEPER

Como se puede mostrar en la información existen tres leyes de famoso Johannes Kepler que fue uno de la revolucion cientifica, matematico y un gran astronomo, ya que se le reconose por las leyes de movimiento de los planetas.

La primera ley fue:

Como  los planetas describen órbitas elípticas estando el Sol que el factor principal de los planetas así como se muestra en la imagen.:

Una de las ecuaciones las cuales kleper pudo calcuar la distancia de cada orbita de los plantas el rededor del sol y supongamos que el sol es un foco y la distancia de las elipce

r₁ es la distancia más cercana al foco (cuando q=0) y r₂ es la distancia más alejada del foco (cuando q=p).

Una elipse es una figura geométrica que tiene las siguientes características:

• Semieje mayor a=(r₂+r₁)/2
• Semieje menor b
• Semidistancia focal c=(r₂-r₁)/2
• La relación entre los semiejes es a²=b²+c²
• La excentricidad se define como el cociente e=c/a=(r₂-r₁)/(r₂+r₁)

SEGUNDA LEY DE KLEPER

Segun en la  posición de cualquier planeta respecto del Sol, barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales.

La ley de las aéreas es equivalente a la constancia del momento angular es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular L es el producto de la masa del planeta, por su velocidad y por su distancia al centro del Sol.as{i a comose muestra en la imagen:

En la siguiente ecuación se mostrara cual es la distancia de las elipses al rededor del solo:

L=mr₁·v₁=mr₂·v₂

 _{como se les mostrara el la tabla siguiente  un acercamiento a las distancias de los planetas al sol.}

TERCERA LEY DE KLEPER

En la tercera ley de kleper se representan los periodos de los planetas al dar el rota miento complete a las elipses  al rededor del sol así como se muestra en la imagen:

  

esta seria la ecuación para el periodo para que los planetas giren al rededor de las elipses al rededor del sol.

P²=k·a³

Como podemos apreciar, el periodo de los planetas depende solamente del eje mayor de la elipse. Los tres planetas de la animación tienen el mismo eje mayor 2a=6 unidades, por tanto, tienen el mismo periodo.

 cose puede mostrar en la siguiente tabla queremos darles a entender cual seria el periodo de los planetas el dar el giro de las elipses al rededor del sol..