Page 88 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

4.2 Segunda ley de Newton 69

los efectos de las fuerzas. En este capítulo continuaremos el estudio de las fuerzas en relación
con los cuerpos en reposo. Estudiaremos también la fuerza de fricción, de suma importancia
para el equilibrio en numerosas aplicaciones, como una extensión natural de nuestro trabajo
con fuerzas de todo tipo.

Primera Sey de Newton

Por experiencia sabemos que un objeto estacionario permanece en reposo a menos que una
fuerza externa actúe sobre él. Una lata de aceite permanece en la mesa de trabajo hasta que
alguien la derriba. Un objeto suspendido estará colgando hasta que se suelte. Sabemos que son
necesarias las fuerzas para hacer que algo se mueva si originalmente estaba en reposo.
Resulta menos obvio que un objeto en movimiento continuará en ese estado hasta que
una fuerza exterior cambie el movimiento. Por ejemplo, una barra de acero que se desliza por
el piso de la tienda pronto quedará en reposo debido a su interacción con el piso. La misma
barra se deslizaría una distancia mucho mayor, antes de detenerse, si estuviera sobre hielo,
lo cual se debe a que la interacción horizontal, llamada fricción, entre el piso y la barra es
mucho mayor que la fricción entre el hielo y la barra. Esto nos sugiere la idea de que una
barra que se deslizara sobre una superficie horizontal, totalmente carente de fricción, perma­
necería moviéndose para siempre. Tales ideas forman una parte de la primera ley de Newton
del movimiento.

Primera ley de Newton. Un cuerpo permanece en estado de reposo o de
m ovimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa no equilibra­
da actúe sobre él.

Debido a la existencia de la fricción, no existe ningún cuerpo real que esté totalmente libre de
la acción de fuerzas externas. Sin embargo, hay situaciones en las que es posible hacer que
la fuerza resultante sea igual o aproximadamente igual a cero. En tales casos, el cueipo debe
comportarse de acuerdo con la primera ley del movimiento. Puesto que reconocemos que la
fricción nunca puede ser eliminada por completo, también debemos aceptar que la primera
ley de Newton es una expresión de una situación ideal. Un volante que gira sobre cojinetes
lubricados tiende a mantenerse girando; pero aun la más leve fricción hará que tarde o tem­
prano se detenga.
Newton llamó inercia a la propiedad de una partícula que le permite mantenerse en un
constante estado de movimiento o de reposo. Su primera ley a veces se conoce como ley de
inercia. Cuando un automóvil se acelera, los pasajeros obedecen esta ley tendiendo a perma­
necer en reposo hasta que la fuerza externa de los asientos los obliga a moverse. De manera
similar, cuando el automóvil se detiene los pasajeros continúan en movimiento a rapidez
constante hasta que son detenidos por los cinturones de seguridad o por su propio esfuerzo.
Toda la materia posee inercia. El concepto de masa será presentado más adelante como una
medida de la inercia de un cuerpo.

Segunda Sey de Newton

En virtud de que el estado de un objeto en reposo o en movimiento no será modificado sin la
acción de una fuerza de desequilibrio ahora debemos considerar qué sucede si hay una fuerza
resultante. La experiencia nos indica que cuanto más y más grandes fuerzas resultantes se
ejerzan en un objeto, más y más grande será el cambio en la velocidad de éste (véase la figura
4.1). Además, si se mantiene constante la fuerza resultante y se aplica a masas cada vez más
grandes, el cambio en la velocidad disminuye. El cambio de velocidad por unidad de tiempo
se define como aceleración a.
Newton demostró que hay una relación directa entre la fuerza aplicada y la aceleración
resultante. Por añadidura, probó que la aceleración disminuye proporcionalmente con la iner­
cia o masa (m) del objeto. En la segunda ley de Newton se postula este principio.