Fuerzas y leyes de Newton - Movimiento y Estabilidad

¿Qué es una fuerza?

Una fuerza es un empujón o un jalón que un cuerpo ejerce sobre otro. Las fuerzas pueden poner en movimiento un objeto, frenarlo, cambiar su dirección o deformarlo. Se miden en newtons (N).

Las fuerzas más comunes son:

Peso: la fuerza con la que la Tierra atrae a los objetos hacia abajo.
Normal: la fuerza con la que una superficie sostiene a un objeto apoyado en ella.
Fricción: la fuerza que se opone al deslizamiento entre dos superficies.
Tensión: la fuerza que transmite una cuerda o un cable cuando se estira.

Peso

P = m \cdot g

Donde m es la masa (kg) y g = 9.81 m/s². Una persona de 60 kg pesa 60 · 9.81 = 588.6 N.

Diagrama de cuerpo libre de un bloque con las flechas de peso, normal y fricción — Figura 1: Diagrama de cuerpo libre: cada flecha representa una fuerza que actúa sobre el bloque. Fuente: ver Autoría

Primera ley de Newton: inercia

Un cuerpo en reposo sigue en reposo, y un cuerpo en movimiento sigue moviéndose en línea recta y con la misma velocidad, mientras ninguna fuerza lo obligue a cambiar.

A esa resistencia a cambiar se le llama inercia. Por eso, cuando el camión frena de golpe, tu cuerpo se va hacia adelante: quiere seguir moviéndose.

Retrato de Isaac Newton — Figura 2: Isaac Newton (1643-1727) publicó las tres leyes del movimiento en 1687. Fuente: ver Autoría

Segunda ley de Newton: fuerza y aceleración

La aceleración de un cuerpo es mayor cuanto más grande es la fuerza que recibe, y menor cuanto más grande es su masa.

Segunda ley de Newton

F = m \cdot a

Donde F es la fuerza (N), m la masa (kg) y a la aceleración (m/s²).

Ejemplo resuelto

¿Qué fuerza se necesita para que un carrito de 10 kg acelere a 3 m/s²?

F = m \cdot a = (10 kg) (3 m/s²) = 30 N

Simulador: segunda ley de Newton

Cambia la fuerza y la masa: con más fuerza acelera más, con más masa acelera menos.

Fuerza (N): 40 Masa (kg): 8

Tercera ley de Newton: acción y reacción

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo responde con una fuerza igual pero en sentido contrario. Las fuerzas siempre aparecen en pares.

Al caminar empujas el suelo hacia atrás y el suelo te empuja hacia adelante. Un cohete expulsa gases hacia abajo y los gases lo empujan hacia arriba.

Resumen de las tres leyes

Ley	Enunciado sencillo	Ejemplo cotidiano
1.ª Inercia	Nada cambia su movimiento si no hay una fuerza que lo obligue.	Irte hacia adelante cuando el camión frena.
2.ª F = m · a	A más fuerza, más aceleración; a más masa, menos aceleración.	Empujar un carrito vacío es más fácil que uno lleno.
3.ª Acción y reacción	Toda fuerza tiene otra igual y contraria.	El retroceso al saltar de una lancha.

Video explicativo

Mira esta explicación de las tres leyes de Newton con ejemplos:

Dato curioso: El cinturón de seguridad existe por la primera ley de Newton: en un choque el auto se detiene, pero tu cuerpo seguiría avanzando por inercia si nada lo sujetara.