Práctica 8

LAS LEYES DE NEWTON



Trabajo realizado por Irene Salinero y Beatriz Valdés el miércoles 6 de mayo. El lugar de la realización de la práctica ha sido nuestro aula del Colegio Base.

-Con esta práctica empezamos a ver una parte de la física que denominamos DINÁMICA: rama de la física que estudia las causas por las que se modifica la velocidad de un cuerpo y establece la relación entre la causa y la variación de velocidad experimentada. El objetivo de realizar este trabajo es presentar las leyes de Newton de forma cualitativa e intuitiva de tal manera qe podamos percibirlas en una experiencia cotidiana. NO ha sido necesaria la toma de datos, puesto que lo importante esta vez era la observación experimental y por último hemos dado un "significado personal" a cada una de las leyes, relacionándolas con experciencias vividas.
El guión de la práctica daba su propio "significado personal" a cada una de las leyes y estos eran los siguientes:
-1ªLey(Principio de Inercia): "Si no lo tocas no cambia"
-2ªLey(Principio fundamental de la Dinámica). La masa es la proporción del cambio"
-3ªLey(Principio de acción y reacción): "Yo te hago a ti lo que tú me haces a mí"

Estos significados nos han sido de mucha ayuda ya que resume en una frase fácil de recordar las características propias de cada ley. Aún asi creemos necesario la investigación de las leyes completas y la explicación de cada uno de los "significados personales"

Newton publicó por primera vez estas leyes en 1687 en una obra titulada Principia Mathematica Philosophiae Naturalis (Principios Matemáticos de Filosfía Natural) donde se hace una verdadera síntesis de la física existente hasta entonces.


La imagen es tan grande ya que si cambiamos la resolución se pierden muchos detalles interesantes como fechas, nombres...

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-La ley de la inercia: Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que esté obligado a cambiar ese estado por efecto de fuerzas que se apliquen sobre él. De otra forma, si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o todas las que actúan se anulan dando una resultante nula, el cuerpo no variará su velocidad.
El "significado personal" resume muchos hechos que podemos encontrarnos en la vida cotidiana. Por ejemplo, ¿que ocurre cuando un autobús arranca o frena bruscamente? En el primer caso, los pasajeros notan presión, como si se estuviesen echando para atras y en el segundo caso los pasajeros mueven su cuerpo para delante, sin hacerlo adrede pero sin poder evitarlo tampoco. De lo que podemos deducir que la inercia es una resistencia al cambio.


-La ley fundamental de la Dinámica: Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, y que no esté equilibrada, produce una aceleración que es proporcional a dicha fuerza. La constante de proporcionalidad es la masa inerte del cuerpo. De otra forma, si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, dicho cuerpo modificará su velocidad(tendrá aceleración). De esta definición se puede sacar una ecuación matemática que relaciona todos estos conceptos, que es F=m x a
¿Pero qué ocurre cuando hay varias fuerzas actuando a la vez? El efecto que producen equivale al de una sola fuerza que se conoce con el nombre de fuerza resultante o fuerza neta.
En el Sistema Internacional de Unidades(SI) vemos que la masa y la aceleración se miden en kilogramos(kg) y m/s^2, respectivamente. Por tanto una unidad de F=1kg m/s^2 (esta unidad recibe el nombre de Newton representado con la letra N)
El "significado personal" resume todo este fenómeno diciendo que cuando aplicamos una fuerza cuya resultante no sea nula, esta fuerza cambiará el estado del objeto en cuestión pero dependiendo de la masa que posea dicho objeto. Un ejemplo: Si tiramos de un carrito de la compra con una cuerda, la aceleración dependerá de la masa del carrito. Si tenemos un carrito de 70N de peso, la aceleración será mayor que si tenemos uno de 90N de peso.

-La ley de acción y reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza(acción) sobre otro, éste ejerce otra fuerza(reacción) igual y de sentido contrario sobre el primero. Ambas fuerzas son simultáneas y se aplican sobre cuerpos diferentes. De otra forma, más que hablar de acciones debería hablarse de interacciones o acciones mutuas; el cuerpo A ejerce una acción sobre el B y el B ejerce otra, igual y contraria, sobre el A.
El "significado personal" resume en una corta frase la situación que indica que si un cuerpo A ejerce una fuerza F1 sobre un segundo cuerpo B, este cuerpo B reacciona ejerciendo sobre A una fuerza F2 igual pero de sentido contrario. Ambas fuerzas pueden ser de contacto o de acción a distancia; pero siempre se cumple F1=-F2 . Es muy importante el hecho de que estas fuerzas no puedan equilibrarse, actúan sobre cuerpos diferentes, ya que si no se deberían anular. Un ejemplo se da cuando tiramos una pelota a la piscina y vemos que en un principio se hunde pero más tarde sube a la superficie . En el primer momento, la pelota ha ejercido una fuerza de acción sobre el agua y más tarde el agua se ha opuesto a esta fuerza con otra igual pero de sentido contrario haciendo que la pelota flote.

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Las fases del experimento(que más tarde explicaremos ya que ahora hay bastantes exámenes) son 4.
La primera fase corresponde al reposo del coche con el globo hinchado y sujeto por nosotros( es por eso que despreciamos el principio de acción y reacción entre el coche y el globo)
La segunda fase corresponde a la aceleración del coche al deshincharse el globo
La tercera fase corresponde a la fase inercial cuando el globo ya se ha deshinchado
La cuarta fase corresponde al reposo del coche con el globo sin aire

-En la primera fase se puede aplicar la ley de la inercia ya que el coche estando en reposo, conserva ese estado hasta que termina esta fase. También se aplica el principio de acción y reacción: El peso del coche ejerce una fuerza sobre la tierra debido a la gravedad y la tierra ejerce otra fuerza igual pero en sentido contraria sobre el coche( de esta forma se evita que el coche traspase el suelo, situación que no nos convendría ya que la tierra estaría llena de baches)

-La segunda fase empieza cuando el globo empieza a vaciarse y el coche comienza a moverse con un movimiento rectilíneo acelerado. Aquí actúa el principio fundamental de la dinámica donde la masa del coche es la constante de proporcionalidad entre la fuerza que ejerce el globo al desincharse y la aceleración que sufre el coche. También actúa la ley de acción y reacción, siendo el rozamiento la causa de la fuerza contraria que se opone al movimiento del móvil.

-En la tercera fase el coche mantiene su movimiento aún cuando el globo se ha desinchado y no se ejerce ninguna fuerza esterna sobre él. Actúa el principio de inercia por el cual el móvil mantiene su movimiento sin que se le aplique ninguna fuerza externa y también se ejerce una fuerza de rozamiento.

-En la última fase el coche se ha parado y se queda en reposo indefinidamente por las mismas causas y por la actuación de las mismas leyes que en la fase 1.


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Nos hemos dado cuenta de que la fase inercial no está correctamente nombrada ya que si fuese correcta, el coche tendería a mantener su velocidad al tratarse de un movimiento rectilíneo uniforme y no pararse nunca. Pero como hemos dicho en un principio, si el estado del cuerpo(en este caso del coche) cambia, es por efecto de otras fuerzas que se le apliquen. Es aquí donde aparece el rozamiento; El rozamiento es la fuerza existente entre dos superficies en contacto que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra(el coche va frenando) o la fuerza que se opone al inicio del movimiento(hay que ejercer una fuerza para que el coche arranque). Se genera debido a las imperfecciones de las superficies en contacto, aunque estas imperfecciones suelan ser microscópicas. Éstas hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perpendicular entre ellas, sino que forma un angulo φ con la normal, llamado ángulo de rozamiento. Por lo tanto, la fuerza resultante se compone del rozamiento, que es paralela a las superficies en contacto, y de la fuerza normal, perpendicular a estas superficies. Un ejemplo para entenderlo mejor: Empujamos un carro de la compra con velocidad constante por el pasillo del supermercado. Si soltamos el carro dejamos de ejercer una fuerza sobre él, observando que la velocidad del carro disminuye hasta pararse. Como explicación de por qué no funciona el principio de inercia, debemos distinguir entre la fuerza que nosotros ejercemos sobre el carro y la fuerza resultante que actúa sobre él. Cuando estamos empujando el carro con velocidad constante, la fuerza que ejercemos no es cero; pero si es nula la fuerza resultante ya que la fuerza de rozamiento es igual y opuesta a la que nosotros estamos ejerciendo sobre el carro. Cuando soltamos el carro la fuerza resultante ya no es cero porque el rozamiento sigue actuando mientras que la fuerza que anteriormente le estabamos aplicando nosotros ha desaparecido, así el rozamiento sigue actuando hasta que el carro se para.

Las diferentes superficies sobre las que se encuentre el coche influyen en su frenado ya que las superficies tienen diferentes factores de rozamiento. A mayor rozamiento( más imperfecciones) mayor oposición al movimiento, por tanto el coche frenaría antes y viceversa

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Si aumentas la masa del coche y le aplicas la misma fuerza, la velocidad y la aceleracion que sufre es mucho menor. Cuando realizamos el experimento en clase el coche con menor masa y la misma cantidad de aire llegó hasta la puerta (unos 3 metros) y cuando le añadimos más masa el coche apenas recorrió un metro.
- El coche menos cargado se acelera más que el mas cargado. Esto se debe a la interacción del rozamiento. Esto se puede comprobar deslizando la mano por una mesa. Cuanta más fuerza aplicas más te cuesta deslizar la mano. La fuerza que haces al apretar la mano es la misma que cuando pones una pesa encima del coche para que pese más. La fuerza del rozamiento es por la adherencia entre el movil y la superficie sobre la que se desliza.

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Se trata de un coche a reacción porque el que el coche se mueva es el resultado de la acción de que el globo suelte el aire que contiene. Al dejar salir el aire del globo el coche sale en sentido contrario. Newton, en el libro de los Principia dice: "A cada acción se le opone siempre una reacción igual y opuesta" y lo aclaraba con la siguiente afirmación: "siempre que tiramos de algo, somos tirados o presionados por ello"


Ejemplos:

- El disparo de un arma (pistola, escopeta..) --> La acción es apretar el gatillo y la reaación es que la bala salga disparda (el mecanismo debe de ser más complicado pero esto es lo que se ve a primera vista)

- El lanzamiento de un cohete --> La acción es expulsar fuego por la parte de atrás, que está en el suelo, en dirección a este y la reacción es que el cohete salga a gran velocidad en la dirección contraria.

- El movimiento de una barca a remo--> la acción es empujar del remo hacia atrás y la reacción es que la barca se mueve hacia alante (parecido al experimento del coche)

- ...

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A primera vista las fuerzas deberian de anularse, ya que son iguales en valor y dirección pero en sentido contrario.Pero las fuerzas (Facc y Freacc) no estan aplicadas en el mismo sitio. Facc está aplicada en el coche y Freacc esta aplicada en el suelo.(esto ya lo hemos explicado antes)

Bibliografía

Para realizar este trabajo hemos tenido que consultar el libro de física que utilizamos en clase, que es el correspondiente a 4º E.S.O de la editorial McGraw Hill, hemos visitado la wikipedia para entender mejor el concepto de rozamiento y nos hemos servido del blog de física donde aparecen situaciones de la vida cotidiana donde vemos estas leyes y cuya dirección es http://cbasefisqui4eso.wikispaces.com/