Primera Ley de Newton y DCL

PRIMERA LEY DE NEWTON Y DIAGRAMAS DE CUERPOS LIBRES

Primera Ley de Newton es conocida también como Ley de la 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).

Esta ley insta, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, se encuentre en reposo o con un movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton considera que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

Por ejemplo, los proyectiles continúan en su movimiento mientras no sean retardados por la resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la fuerza de gravedad.

La situación es similar a la de una piedra que gira amarrada al extremo de una cuerda y que sujetamos de su otro extremo. Si la cuerda se corta, cesa de ejercerse la fuerza centrípeta y la piedra vuela alejándose en una línea recta tangencial a la circunferencia que describía (Tangente: es una recta que toca a una curva sin cortarla).

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.

Por otro lado un diagrama de cuerpo libre es un boceto de un objeto de interés despojado de todos los objetos que lo rodean y mostrando todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. El dibujo de un diagrama de cuerpo libre es un paso importante en la resolución de los problemas mecánicos, puesto que ayuda a visualizar todas las fuerzas que actúan sobre un objeto simple. Se debe obtener la fuerza neta externa que actúe sobre el objeto con el propósito de aplicar la segunda ley de Newton al movimiento del objeto.

Un diagrama de cuerpo libre o diagrama de cuerpo aislado, es útil en problemas que impliquen equilibrio de fuerzas.
Los diagramas de cuerpo libre son útiles para establecer problemas mecánicos estándares.

EJERCICIOS PROPUESTOS:

1. Un disco de hockey se 160 gramos va sobre la pista de hielo a 3 Km/h. Halle su cantidad de movimiento.

Solución
La masa del disco en kilogramos es: m=0.160 kg.

La velocidad en metros sobre segundo: v= (3 / 3.6) m/s = 0.8333 m/s


La cantidad de movimiento o momentum p se calcula así: p = m*v = 0.1333 kg* m/s

2. La fricción en el disco anterior se considera nula, por eso se conserva el momentum mientras nada altere el curso recto del disco. Sin embargo se sabe que sobre el disco actúan dos fuerzas: el peso del disco y la fuerza de contacto o normal que el piso ejerce sobre el mismo.

Calcule el valor de la fuerza normal en newtons y su dirección.

Solución

Como se conserva el momentum, la fuerza resultante sobre el disco de hockey debe ser cero. El peso apunta verticalmente hacia abajo y vale: 

P = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

La fuerza normal necesariamente debe contrarrestar al peso, por eso debe apuntar verticalmente hacia arriba y su magnitud será de 1.57 N.

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