El movimiento es un tema importante en la mecánica.
Existen diferentes leyes que explican el movimiento y las causas de los cambios en el movimiento. La más famosa de estas leyes de movimientos fue propuesta por Sir Issac Newton. Compiló las tres leyes del movimiento en Principios matemáticos de la filosofía natural (publicado en 1687).
Antes de comenzar a discutir las Leyes de movimiento de Newton, veamos ciertos términos y conceptos básicos que se utilizan para describir el movimiento.
La fuerza es un empuje o un tirón que actúa sobre un objeto para moverlo o cambiar su movimiento.
La velocidad también se conoce como velocidad. La velocidad de un objeto está influenciada por las fuerzas.
La aceleración es una medida de cuánta velocidad cambia un objeto en un tiempo determinado (un segundo).
La masa es la cantidad de algo presente y se mide en gramos o kilogramos.
El momento es la cantidad total de movimiento presente en un cuerpo.
La primera ley del movimiento de Newton
Un cuerpo continúa en reposo o en movimiento uniforme a lo largo de una línea recta, a menos que se le aplique una fuerza externa. Ya sea que empujemos los pedales de la bicicleta para subir la colina, empujemos el suelo para caminar hacia el parque o tiremos de un cajón atascado para abrirlo, la fuerza que ejercemos hace que las cosas se muevan. La primera ley de Newton nos dice que cuando actúa la fuerza neta cero, la velocidad del objeto debe permanecer constante. Si el objeto está parado, continúa parado. Si se mueve inicialmente, continúa moviéndose en línea recta a una velocidad constante.
La primera ley de Newton define la inercia y con razón se llama la Ley de Inercia . Para desalojar el ketchup del fondo de una botella de ketchup, a menudo se da la vuelta y se empuja hacia abajo a alta velocidad y luego se detiene abruptamente.
Algunas aplicaciones de la primera ley de movimiento de Newton son las siguientes:
- Para tomar un autobús en movimiento de manera segura, debemos correr hacia adelante en la dirección del movimiento del autobús.
- Siempre que sea necesario saltar de un autobús en movimiento, siempre debemos correr una corta distancia después de saltar en la carretera para evitar que caigamos en la dirección hacia adelante.
- La sangre corre de la cabeza a los pies mientras se detiene rápidamente cuando viaja en un elevador descendente.
- La cabeza de un martillo se puede apretar sobre el mango de madera golpeando la parte inferior del mango contra una superficie dura.
- Los reposacabezas se colocan en automóviles para evitar lesiones por latigazo cervical durante colisiones traseras.
- Al andar en patineta (o vagón o bicicleta), vuela hacia afuera del tablero cuando golpea una acera o una roca u otro objeto que detiene bruscamente el movimiento de la patineta.
Segunda ley del movimiento de Newton
De acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton, la tasa de cambio de momento es directamente proporcional a la fuerza aplicada y este cambio siempre tiene lugar en la dirección de la fuerza aplicada. La fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual al producto de la masa del objeto y su aceleración.
Fuerza neta = masa * aceleración o F = ma
Mientras más masa tenga el objeto, más fuerza neta debe usarse para moverlo.
Algunas aplicaciones de la segunda ley del movimiento de Newton son las siguientes:
- Si usa la misma fuerza para empujar un camión y empujar un automóvil, el automóvil tendrá más aceleración que el camión, porque el camión tiene menos masa.
- Es más fácil empujar un carrito de compras vacío que uno lleno porque el carrito de compras lleno tiene más masa que el vacío. Esto significa que se requiere más fuerza para empujar el carrito de compras completo.
- Un jugador de cricket baja las manos mientras atrapa la pelota. Si un jugador no baja las manos mientras atrapa la pelota, el tiempo para detener la pelota es muy pequeño. Entonces, se debe aplicar una gran fuerza para reducir la velocidad de la pelota a cero o para cambiar el impulso de la pelota. Cuando un jugador baja las manos, aumenta el tiempo necesario para detener la pelota y, por lo tanto, se debe aplicar menos fuerza para causar el mismo cambio en el impulso de la pelota. Por lo tanto, las manos del jugador no están lesionadas.
- Un jugador de karate rompe las pilas de fichas o ladrillos con un solo golpe. Cuando un jugador de karate golpea las pilas de fichas con sus manos, lo hace lo más rápido posible. En otras palabras, el tiempo necesario para golpear las pilas de fichas es muy pequeño. Como el impulso de la mano de un jugador de karate se reduce a cero cuando sus manos golpean las pilas de fichas en un intervalo de tiempo muy muy pequeño, por lo tanto, se ejerce una fuerza muy grande sobre la pila de fichas. Esta fuerza es suficiente para romper la pila de fichas.
La tercera ley del movimiento de Newton
La tercera ley del movimiento establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta que actúa con el mismo impulso y la velocidad opuesta. La declaración significa que en cada interacción, hay un par de fuerzas que actúan sobre los dos objetos que interactúan. El tamaño de las fuerzas sobre el primer objeto es igual al tamaño de la fuerza sobre el segundo objeto. La dirección de la fuerza sobre el primer objeto es opuesta a la dirección de la fuerza sobre el segundo objeto. Las fuerzas siempre vienen en pares: pares de fuerzas de acción-reacción iguales y opuestas.
Algunas aplicaciones de la tercera ley de movimiento de Newton son las siguientes:
- Cuando el aire sale de un globo, la reacción opuesta es que el globo vuela.
- Cuando te zambulles en un trampolín, empujas hacia abajo el trampolín. El tablero retrocede y te obliga a volar.
- Piensa en cómo los peces nadan en el agua. Un pez usa sus aletas para empujar el agua hacia atrás. El agua también empuja al pez hacia adelante impulsando al pez a través del agua. El tamaño de la fuerza sobre el agua es igual al tamaño de la fuerza sobre el pez; La dirección de la fuerza sobre el agua (hacia atrás) es opuesta a la dirección de la fuerza sobre el pez (hacia adelante). Para cada acción, hay una fuerza de reacción igual (en tamaño) y opuesta (en dirección). Los pares de fuerza de acción-reacción hacen posible que los peces naden.
- Considere el movimiento volador de las aves. Un pájaro vuela usando sus alas. Las alas de un pájaro empujan el aire hacia abajo. Como las fuerzas resultan de interacciones mutuas, el aire también debe empujar al pájaro hacia arriba. El tamaño de la fuerza sobre el aire es igual al tamaño de la fuerza sobre el pájaro; La dirección de la fuerza en el aire (hacia abajo) es opuesta a la dirección de la fuerza sobre el pájaro (hacia arriba). Estos pares de fuerza de acción-reacción hacen posible que las aves vuelen.
