Presento la segunda ley de Newton, que nos expone la aceleración de un cuerpo, y la fricción presente como fuerza contrarrestante, contiene ejemplos, un experimento sencillo que se puede utilizar con los alumnos y un problema desglosado.

La Segunda Ley

La Segunda Ley de Newton establece lo siguiente:

La relación entre aceleración y fuerza podemos encontrarla en experiencias cotidianas. Pensemos que empujamos un carrito de supermercado. La fuerza neta que se ejerce sobre el carrito es la fuerza que yo aplico menos la fuerza de fricción en las ruedas. Si la fuerza neta es F, la aceleración será a, si la fuerza es 2F, la aceleración será 2a, y así sucesivamente. Por tanto, la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada. Pero la aceleración depende también de la masa del objeto. Si mantengo la fuerza neta F y aumento la masa al doble, la aceleración será a/2.

O sea, podemos afirmar

Se escoge la unidad de fuerza de tal modo que la constante de proporcionalidad en, sea 1, y así

a = F/m

Notemos que mediante esta segunda ley podemos dar una definición más precisa de fuerza, como una acción capaz de acelerar un objeto.

Cuando la masa está en kilogramos y la aceleración en metros por segundo al cuadrado, la unidad de fuerza se llama Newton (N), 1 N = 1kgm/s2.

En el sistema inglés, la unidad de fuerza es la libra. Se define como el peso (que es una fuerza) de un cuerpo cuya masa es 0.45359237 kg en determinado lugar de la Tierra en el que la aceleración de gravedad sea 32.1734 pies/s2.

Ejercicio Ilustratorio.

¿Qué fuerza neta se necesita para desacelerar uniformemente a un automóvil de 1500 kg de masa desde una velocidad de 100 km/h. hasta el reposo, en una distancia de 55 m?

SOLUCIÓN

Usamos F = ma. Primero debemos calcular la aceleración a. Suponemos que el movimiento es a lo largo del eje +x. La velocidad inicial es v0 = 100 km/h = 28m/s, la velocidad final v0 = 0, y la distancia recorrida x = 55 m.

De la ecuación cinemática v2 = v02 + 2ax, despejamos a:

a = (v2 - v02)/2x = [0 - (28m/s)2]/(2x55m) = - 7.1 m/s2.

Luego, la fuerza neta necesaria es entonces

F = ma = (1500 kg)(-7.1m/s2)  - 1.1x104 N, que obra en sentido –x

Experimento de la Segunda Ley de Newton

En primer lugar, toma cualquier objeto de tamaño pequeño y poco peso. Átalo con un hilo o soga largo y déjalo sobre una superficie. A continuación, sólo debes halar de la soga fuerte y rápido. Mediante esta experiencia, comprobarás la segunda Ley de Newton: el objeto en cuestión (de poca masa) cae al suelo debido a la aceleración y fuerza que se ejerce sobre él. Entre más aceleración, más lejos irá el objeto. La aceleración depende de la masa y de la fuerza y viceversa.

CONCLUSIÓN: LA SEGUNDA LEY LA PODEMOS LLAMAR LEY DE LA ACELERACIÓN O DE LA INTERACCIÓN DE LAS FUERZAS, Y EXPONE QUE LA FUERZA NETA UTILIZADA SOBRE UN CUERPO, ES LA FUERZA APLICADA MENOS LA DE LA FRICCIÓN.