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Física 4° Secundaria

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SEMANA

Objetivos
Después de completar el estudio de este capítulo el alumno
1. Describirá la relación entre fuerza, masa y aceleración, e indicará las unidades congruentes para cada una
de esas variables en el sistema métrico y en los sistemas de unidades usuales de Estados Unidos
2. Definirá las unidades newton y slug, y explicará por qué son unidades derivadas y no fundamentales
3. Demostrará mediante definiciones y ejemplos su comprensión de la diferencia entre masa y peso
4. Determinará la masa a partir del peso, y el peso a partir de la masa en un lugar donde se conozca la
aceleración debida a la gravedad
5. Dibujará un diagrama de cuerpo libre para objetos en movimiento con aceleración constante,
estableciendo que la fuerza resultante es igual a la masa total multiplicada por la aceleración, y calculará
los parámetros desconocidos

De acuerdo con la primera ley de Newton sobre el movimiento, un objeto sufrirá un cambio en su estado de
movimiento o de reposo únicamente cuando actúe sobre él una fuerza resultante, no equilibrada. Ahora
sabemos que un cambio en el movimiento, por ejemplo un cambio en la velocidad, da por resultado una
aceleración. En múltiples aplicaciones industriales necesitamos ser capaces de predecir la aceleración que se
producirá mediante una determinada fuerza. Por ejemplo, la fuerza hacia adelante que se requiere para
acelerar un automóvil en reposo, hasta una velocidad de 60 km/h en 8 s es algo que interesa a la industria
automotriz. En este capítulo, se estudiarán las relaciones entre fuerza, masa y aceleración

Masa y Fuerza
La masa es una medida cuantitativa de la inercia. Cuanto mayor es la masa, más se “resiste” un cuerpo a
ser acelerado. Es fácil relacionar el concepto con las experiencias cotidianas. Si golpeamos una pelota de ping
- pong y un balón de baloncesto con la misma fuerza, el balón tendrá una aceleración mucho menor porque su
masa es mucho mayor. Si una fuerza causa una aceleración grande, la masa del cuerpo es pequeña; si la
misma fuerza causa una aceleración pequeña, la masa es grande.
La unidad de masa en el SI es el kilogramo. Dijimos que el kilogramo se define oficialmente como la masa de
un trozo de aleación platino - iridio mantenida en una cámara acorazada cerca de París. Podemos usar este
kilogramo estándar, para definir el newton
Un newton es la cantidad de fuerza neta que confiere una aceleración de un metro por segundo al
cuadrado a un cuerpo con una masa de un kilogramo.

(a) a
F x
m

(b) 2a
2F x
m
(c) a F
2
2
x
m

Segunda Ley de Newton
Nos hemos cuidado de decir que la fuerza neta sobre un cuerpo hace que éste se acelere. Los experimentos
  
muestran que si se aplica a un cuerpo una combinación de fuerzas F,F ,F ,..., el cuerpo tendrá la misma
2
1
3
  
aceleración (magnitud y dirección) que si se aplicara una sola fuerza igual a la suma vectorial F  1 F  2 F  3 .... Es
decir, el principio de superposición de las fuerzas también se cumple cuando la fuerza neta no es cero y el
cuerpo se está acelerando.
Existe relación entre la magnitud de la fuerza neta sobre un cuerpo con la magnitud de la aceleración que
produce. También vimos que la dirección de la fuerza neta es la de la aceleración, independientemente de que
la trayectoria del cuerpo sea recta o curva. Newton unió todas estas relaciones y resultados experimentales
en un solo enunciado conciso que llamamos la segunda ley de Newton del movimiento:

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

En símbolos,
Resultante = masa x aceleración
R = m × a

do
2 Bimestre -228-