Leyes del Movimiento de Newton

1. Universidad Autónoma de Zacatecas
“Francisco García Salinas”
Área de Ciencias de la Salud
Unidad Académica de Ciencias Químicas
Químico Farmacéutico Biólogo
Física I
Leyes del Movimiento de Newton
David Muñoz Herrera

3.  Sir Isaac Newton (1642-
1727) fue el primero en
enuciar claramente las
leyes del movimiento,
publicandolas en 1687
en su Philosophiae
Naturalis Principia
Mathematica (“Principos
matemáticos de la
filosofía natural”).
Muchos científicos
anteriores a Newton
hicieron contribuciones
a los cimientos de la
mecánica entre ellos:
Copernico, Kepler pero
sobre todo Galileo
Galilei.

4.  Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes
del movimiento de Newton, consiste en tres principios a
partir de los cuales, se explica ¿cuales son las causas
del movimiento? en particular aquellos relativos al
movimiento de los cuerpos.
 Para resolver esta incógnita recurrimos al campo de la
dinámica, la relación entre el movimiento y las fuerzas
que lo causan.

Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el
movimiento de los astros como los movimientos de los
proyectiles artificiales creados por el ser humano, así
como toda la mecánica de funcionamiento de las
máquinas.

5. Fundamentos teóricos de las leyes.

6.  El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que
identifica con la "cantidad de materia".
 Newton asume que la cantidad de movimiento es el
resultado del producto de la masa por la velocidad.
 En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre
lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo,
espacio, lugar o movimiento.
 En este sentido, Newton, entiende el movimiento como una
traslación de un cuerpo de un lugar a otro. De acuerdo con
esto, Newton establece que los movimientos aparentes son las
diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas
son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza
en Newton tiene un carácter absoluto, y no relativo.

7.  Estas leyes enunciadas por Newton y consideradas
como las más importantes de la mecánica clásica
son tres:
-la ley de inercia
-la relación entre fuerza y aceleración
-ley de acción y reacción.
Newton planteó que todos los movimientos se
atienen a estas tres leyes principales formuladas en
términos matemáticos. Un concepto es la
fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la
medición de la cantidad de materia puesta en
movimiento; los dos son denominados habitualmente
por las letras F y m.

8. Primera ley de Newton o ley de
la inercia
 En esta primera ley, Newton expone que “Todo
cuerpo tiende a mantener su estado de reposo y
rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su
estado por fuerzas ejercidas sobre él” en otras
palabras que si la fuerza neta sobre un cuerpo es
cero, su movimiento no cambia.

9. Segunda ley de Newton o ley
de aceleración o ley de fuerza.
 Esta ley dice que “Cuando se aplica una fuerza a un
objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en
dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y
es inversamente proporcional a la masa que se mueve” o
en otras palabras relaciona la fuerza con la aceleración
cuando la fuerza neta no es cero.
 En concreto, esta ley explica qué ocurre si sobre un
cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser
constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el
estado de movimiento cambiando la velocidad y
dirección.

10. Tercera Ley de Newton o Ley
de acción y reacción
 La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa
sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual
intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el
cuerpo que la produjo.
Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en
pares de
igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la
misma recta.
Este principio presupone que la interacción entre dos
partículas se
propaga instantáneamente en el espacio (lo cual
requeriría velocidad infinita), y en su formulación original
no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que
estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo
sino que lo hacen a velocidad finita "c".

11.  Las leyes de Newton no son producto de
deducciones matemáticas, sino una síntesis
obtenida por los físicos que han descubierto al
realizar sus experimentos con cuerpos en
movimiento.
 Dichas leyes son verdaderamente fundamentales
para poder entender la mayor parte de los
movimientos, son la base de la mecánica clásica (o
mecánica newtoniana).
Sin embargo las leyes de Newton no son
universales, requieren modificación a velocidades
altas y para tamaños muy pequeños.

13.  La fuerza es una cantidad vectorial ya que
podemos empujar o tirar de
un cuerpo en diferentes direcciones.
 Por lo tanto para describir una fuerza
debemos indicar su dirección de
acción y su magnitud, la cantidad que
describe cuanto o que tan fuerte.

14. Tipos de fuerza
 -Fuerza de contacto
Que es cuando una fuerza implica contacto
directo entre dos cuerpos.
Esto incluye los tirones o empujones que
ejercemos con la mano o la fuerza de una
cuerda sobre un bloque.
 -Fuerzas de largo alcance
Actúan aunque los cuerpos estén separados.
Un ejemplo es la gravedad, el sol ejerce una
atracción gravitacional sobre la tierra que la
mantiene en su órbita.

16.  “Todo cuerpo persevera en su estado de
reposo o movimiento uniforme y
rectilíneo a no ser que sea obligado a
cambiar su estado por fuerzas impresas
sobre él”

18. En la ausencia de fuerzas externas,
cuando se observa desde un marco
inercial de referencia, un objeto en
reposo permanece en reposo y un
objeto en movimiento continúa en
movimiento con velocidad constante.

20.  Al tratar anteriormente la primera ley
de Newton, se pudo observar que
cuando ninguna fuerza o fuerza neta
cero, actúa sobre cierto cuerpo este
tendrá una velocidad constante y
aceleración igual a cero

21.  Pero
¿Qué
sucedería
si la
fuerza
neta no
es cero?

22. La conclusión es que el que se
encuentre una fuerza neta que actúe
sobre un cuerpo hará que este se
acelere. La dirección de la aceleración
es la de la fuerza neta. Si la magnitud
de está es constante, también será
constante la magnitud de la
aceleración

23. Todas las conclusiones
anteriores también son
aplicables para un cuerpo
que se mueve en trayectoria
curva .
Si un cordel sujetará el disco
hacia abajo se ejerce una
fuerza de magnitud constante
hacia el centro del circulo,
teniendo como resultado una
aceleración de magnitud
constante dirigida al centro
del círculo, la rapidez del
disco será constante y por la
tanto se deduce que será un
movimiento circular uniforme

24. Si se altera la
magnitud de la
fuerza neta, la
magnitud de la
aceleración cambiará
en la misma
proporción, si se
duplicara la fuerza
neta se duplicará la
aceleración y al
reducir la fuerza neta
la aceleración hará lo
mismo

25. La masa es una medida cuantitativa de la inercia,
y cuanta mayor masa tenga un cuerpo mayor
será su resistencia a ser acelerado . Si una
fuerza causa una aceleración grande, la masa
del cuerpo es pequeña, si la fuerza causa una
aceleración pequeña, la masa de cuerpo es por
lo tanto grande.
La unidad de masa dada por SI es el KG, o como
la masa de un trozo de aleación Pt-Ir

26. Cantidad de fuerza neta que proporciona una
aceleración de un metro por segundo al cuadrado a un
cuerpo con masa de un kilogramo .
Por la forma en que se define el Newton se relaciona
con las medidas de masa, longitud y tiempo,
representándola de la siguiente forma con esta
ecuación

27. También se puede utilizar
la siguiente ecuación para
realizar una comparación
de una masa con la masa
estándar y así “medir”
masas.

28. Si una fuerza externa neta actúa sobre un
cuerpo, este por ende acelerará. La dirección
de la aceleración es la misma que la de la
fuerza neta. El vector de fuerza es igual a la
masa del cuerpo multiplicada por su
aceleración

29. En un enunciado alterno se
establece que para calcular la
aceleración de un cuerpo, será igual
a la relación de la suma de las
fuerzas que actúan sobre el cuerpo
dividido entre su masa , de manera
simbólica sería de la siguiente
manera

30. Se pueden tomar al menos unos 4
aspectos de esta segunda ley de
Newton la ecuación vista
anteriormente es solamente
vectorial.
Normalmente será utilizada en forma
de componentes y con una ecuación
para cada componente de fuerza (x,
y , z) y su aceleración
correspondiente.

32. PESO
 Es la fuerza con la
que la tierra atrae al
cuerpo.
 Es una fuerza
ejercida sobre un
cuerpo por la
atracción de la tierra
u otro cuerpo
grande.
N
m
m
g

33. MASA
 La masa caracteriza las propiedades inerciales de
un cuerpo.
 A mayor masa, mas fuerza se necesita para causar
una aceleración dada; esto se refleja en la segunda
ley de Newton, ∑F= ma.

34. ¿Qué relación exacta hay entre masa y
aceleración?
Según la leyenda, se le ocurrió a
Newton cundo estaba sentado bajo un
manzano viendo caer la fruta. Un
cuerpo en caída libre tiene una
aceleración igual a g y, por la segunda
ley de Newton, una fuerza debe producir
esa aceleración. Si un cuerpo de 1kg
cae con una aceleración de 9.8m/s2, la
fuerza requerida tiene la magnitud
F= ma= (1kg)(9.8m/s2)= 9.8kg•m/s2= 9.8N

35.  La fuerza que hace que el cuerpo se
acelere hacia abajo es la atracción
gravitacional de la Tierra, o sea, el peso
del cuerpo. Cualquier cuerpo con masa
de 1kg, cercano a la superficie de la
Tierra debe tener un peso de 9.8N para
sufrir la aceleración que observamos en
la caída libre.

36. En términos generales, un cuerpo de masa
m debe tener un peso de magnitud w
dada por:
w= mg
(magnitud del peso de un cuerpo de masa
m)
El peso de un cuerpo es una fuerza,
una cantidad vectorial, y podemos escribir
la ecuación como ecuación vectorial:
w= mg

37. Variación de g con la ubicación
 La gravedad de la Tierra es 9.8m/s2.
 Realmente el valor de g varia un poco
en diferentes puntos de la superficie
terrestre, entre 9.78 y p.82m/s2, porque
la tierra no es perfectamente esférica y
por efectos de su rotación y movimiento
orbital.

38.  En un punto donde la g= 9.8m/s2, es el
peso de un kilogramo estándar es 9.8N.
 En un punto donde g= 9.78m/s2, el peso
es w= 9.78N, pero la masa sigue siendo
1kg.
 El peso puede variar de un lugar a otro,
pero la masa sigue siendo la misma.

39. Ejemplo
 Si llevamos 1kg estándar a la superficie
lunar, donde la aceleración en caída libre
(igual al valor de g en la superficie lunar) es
1.62m/s2, su peso será 1.62N, pro su masa
será aun 1kg.

40. Medición de masa y peso
 La forma mas fácil de
medir la masa de un
cuerpo es medir su peso,
generalmente
comparándolo con uno
estándar.
 Podemos comparar pesos
con mucha precisión; la
conocida balanza de
brazos iguales puede
determinar con una gran
precisión (hasta 1 parte en
106) si los pesos de
dos cuerpos son iguales y,
por tanto, si sus masas
son iguales.

42.  Establece que a toda acción siempre se
opone una reacción de igual valor, o , las
acciones mutuas de dos cuerpos entre si
siempre se dirigen hacia la parte contraria.
F1-2 = - F2-1

43. 2
1
F1-2
F2-1= m1g
Todos los cuerpos son
atraídos por la tierra
con una fuerza igual a
su peso, a su vez el
cuerpo atrae a la tierra
con la misma fuerza.

44. mg
N

46. Diagrama de Cuerpo Libre
• En un diagrama de
cuerpo libre, solo se
requieren las
fuerzas que actúan
sobre un objeto en
particular
• Las fuerzas normal
y gravitacional son
las que actúan
sobre el monitor

47. Ejemplos de la Primera Ley de
Newton
 Hay muchos ejemplos excelentes de la primera
ley de Newton implican la aerodinámica. El
movimiento de un avión cuando el piloto cambia
la posición del acelerador del motor es descrito
por la primera ley. El movimiento de una bola
cayendo a través de la atmósfera, o un modelo de
cohete que se lanzó a la atmósfera son dos
ejemplos de la primera ley de Newton.

48.  El equilibrio de una partícula, si una
partícula esta sujeta a la aplicación de dos
fuerzas estará en equilibrio si ambas tienen
la misma magnitud, la misma línea de
acción y sentidos opuestos. Entonces la
resultante de las fuerzas será cero

50. Ahora se analizarán problemas de “dinámica”, en donde
será aplicada la ley que estaos tratando a cuerpos con
aceleración. En esta caso, la fuerza neta que actúa
sobre el cuerpo no es cero, y es igual a la masa del
cuerpo que es multiplicada por su aceleración,
demostrada con la siguiente ecuación (forma vectorial):
Normalmente utilizaremos la siguiente
relación en la forma de sus componentes

51. EJEMPLO 5.6
Un velero para hielo
descansa sobre una
superficie sin fricción.
Sopla un viento
constante (en la dirección
de los patines del trineo)
de modo que 4.0 s
después de soltarse el
velero, adquiere una
velocidad de 6.0 m/s
(unos 22 km/h). ¿Qué
fuerza constante Fv
ejerce el viento sobre el
velero? La masa total
(velero + tripulante) es de
200 kg

52. SOLUCIÓN
IDENTIFICAR: Nuestra incógnita es una de las fuerzas (Fv )
que actúan sobre el velero, así que se necesitará el uso de la
segunda ley de Newton. Implicando fuerzas y aceleración,
pero sin darnos está así que habrá que calcularla, se supone
que el viento es constante así que las fuerzas no cambian
con el tiempo y la aceleración producida es constante.
Implicando que se podrá utilizar una de las formulas de
aceleración constante.
PLANTEAR: Puesto que no se da la aceleración, se tendrá
que obtener a partir de otros datos del problema: la velocidad
final Vx = 6.0 m/s y el tiempo transcurrido t = 4.0 s. El velero
parte del reposo, así que la velocidad inicial es V0x .
EJECUTAR: La fuerza Fv tiene la dirección de +x y –y,
respectivamente. Por lo tanto las ecuaciones de x y y para la
segunda ley de Newton son:
SFx = Fv = ma
SFy = n + (-mg) = 0

53. Las cantidades conocidas son la masa = 200
kg, la velocidad final Vx = 6.0 m/s, la velocidad
inicial V0t = 0 y el tiempo transcurrido T = 4.0 s.
Las incógnitas son aceleración ax , la fuerza
normal y la fuerza horizontal.
Para obtener Fv, primero obtendremos ax de la
ecuación para la aceleración constante y se
sustituye la ecuación de S Fx
Vx – V0x 6.0 m/s – 0 m/s
ax = = = 1.5
m/s2
t 4.0 s
Fv = max = (200 kg) (1.5m/s2) = 300 kg . m/s2 ó N
n – mg = (200 kg) (p.81 m/s2) = 2.0 x 103 N

54. Fricción
Se le llama friccion a la fuerza que se opone al deslizamiento de 2 superficies.
P
Las fuerzas de fricción son paralelas a las
superficies en contacto y se oponen al
movimiento.
Fricción estática: No ahí
movimiento.
Fricción cinética: Movimiento.
Fn

56. En el movimiento circular uniforme, cuando
una partícula se mueve en un circulo con
rapidez constante, su aceleración siempre
es hacia el centro del circulo con rapidez
constante, su aceleración siempre es
hacia el centro del circulo (perpendicular a
la velocidad instantánea). La magnitud
arad de la aceleración es constante y esta
dada en términos de la rapidez v y el
radio R del circulo por;
arad= v2/R

57.  También podemos expresar la aceleración
centrípeta arad en términos del periodo T,
el tiempo que tarda una revolución:
T= 2π/v
 En términos del periodo, arad es
arad= 4π2R/T2

58.  El movimiento circular uniforme, como
todos los movimientos de una partícula,
se rige por la segunda ley de Newton. La
aceleración hacia el centro del circulo
debe ser causada por una o varias
fuerzas, tales que la resultante ∑F sea
siempre un vector dirigido hacia el centro.
La magnitud de la aceleración es
constante, así que la magnitud Fneta de la
fuerza neta radical también debe serlo

60.  La magnitud de la aceleración radial
esta dada por:
arad = marad = m(v2/R)
El movimiento circular uniforme puede ser
resultado de cualquier combinación de
fuerzas que produzcan una fuerza radial
neta hacia el centro del circulo.

61. Movimiento en un circulo vertical
 El movimiento en un circulo vertical, es
diferente a los demás. Tomando en cuenta
que la gravedad siempre actúa hacia
abajo, la dirección del peso es la misma en
la parte mas alta de la trayectoria que en la
parte mas baja de ella. No obstante, las
fuerzas que conservan el movimiento
circular siempre deben dirigirse hacia el
centro de la trayectoria. Cuando sobre un
objeto actúa mas de una fuerza, es la
fuerza resultante la que origina la fuerza
centrípeta.

63.  Actualmente se cree que todas la
fuerzas son expresiones de cuatro
clases de fuerzas o interacciones
fundamentales entre las partículas;
○ Interacciones gravitacionales
○ Interacciones electromagnéticas
○ La interacción fuerte
○ Interacción débil

64. Interacciones gravitacionales
 El peso de un cuerpo se debe a la acción
de la atracción gravitacional terrestre
sobre el. La atracción gravitacional del Sol
mantiene a la tierra en su orbita casi
circular en torno al sol.

65. Interacción
electromagnética
 Es la interacción que ocurre entre las
partículas con carga eléctrica. Desde
un punto de vista macroscópica y fijado
un observador, suele separarse en dos
tipos de interacción, la interacción
electrostática, que actúa sobre cuerpos
cargados en reposo respecto al
observador, y la interacción magnética,
que actúa solamente sobre cargas en
movimiento respecto al observador.

66. Interacción fuerte
 Esta fuerza es la responsable de
mantener unidos a los nucleones
(protones y neutrones) que coexisten en
el núcleo atómico, venciendo a la
repulsión electromagnética entre los
protones que poseen carga eléctrica del
mismo signo (positiva) y haciendo que
los neutrones, que no tienen carga
eléctrica, permanezcan unidos entre sí y
también a los protones.

67. Interacción débil
 Las interacciones débiles son las
responsables del hecho que todos los quarks
y leptones más pesados decaigan, para
producir quarks y leptones más livianos.
Cuando una partícula decae, ella desaparece
y en su lugar aparecen dos o más partículas.
La suma de las masas de las partículas
producidas es siempre menor que la masa de
la partícula original. Ésta es la razón por la
cual la materia estable que nos rodea contiene
sólo electrones y los dos quarks más livianos
(up y down).