A Leyes de Newton comprenden tres leyes de la Mecánica Clásica: la ley de inercia, la ley fundamental de la dinámica y la ley de acción y reacción.
Pon a prueba tus conocimientos con el 8 preguntas a continuación y no pierda la oportunidad de aclarar sus dudas siguiendo las resoluciones después de la retroalimentación.
Pregunta 1
Relacione las tres leyes de Newton con sus respectivas afirmaciones.
- Primera ley de Newton
- Segunda ley de Newton
- Tercera ley de Newton
Determina que la fuerza neta es igual al producto de la masa por la aceleración del cuerpo.
Afirma que a cada acción hay una reacción de la misma intensidad, la misma dirección y la dirección opuesta.
Indica que un cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o en un movimiento rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza resultante actúe sobre él.
Respuesta correcta: (2); (3) y (1).
ley de inercia (1ª Ley de Newton): indica que un cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza resultante comience a actuar sobre él.
Ley fundamental de la dinámica (2ª Ley de Newton): determina que la fuerza resultante es igual al producto de la masa por la aceleración del cuerpo.
ley de acción y reacción (3ª Ley de Newton): establece que a toda acción hay una reacción de la misma intensidad, la misma dirección y la dirección opuesta.
Pregunta 2
(UFRGS - 2017) Se aplica una fuerza de 20 N a un cuerpo de masa m. El cuerpo se mueve en línea recta con una velocidad que aumenta en 10 m / s cada 2 s. ¿Cuál es el valor, en kg, de la masa m?
a) 5.
b) 4.
c) 3.
d) 2.
e) 1.
Alternativa correcta: b) 4.
Para encontrar el valor de masa, apliquemos la segunda ley de Newton. Para eso, primero necesitamos calcular el valor de aceleración.
Como la aceleración es igual al valor de variación de la velocidad dividido por el intervalo de tiempo, tenemos:
Reemplazo de los valores encontrados:
Por tanto, la masa corporal es de 4 kg.
Pregunta 3
(UERJ - 2013) Un bloque de madera se equilibra en un plano inclinado de 45º con respecto al suelo. La intensidad de la fuerza que el bloque ejerce perpendicularmente al plano inclinado es igual a 2.0 N.
Entre el bloque y el plano inclinado, la intensidad de la fuerza de fricción, en newtons, es igual a:
a) 0,7
b) 1.0
c) 1.4
d) 2.0
Alternativa correcta: d) 2.0.
En el siguiente diagrama representamos la situación propuesta en el problema y las fuerzas que actúan en el bloque:
Dado que el bloque está en equilibrio en el plano inclinado, la fuerza neta tanto en el eje x como en el eje y es igual a cero.
Así, tenemos las siguientes igualdades:
Ffricción = P. sen 45
N = P. porque 45
Si N es igual a 2 N y sen 45 ° es igual a cos 45 °, entonces:
Ffricción = N = 2 newtons
Por lo tanto, entre el bloque y el plano inclinado, la intensidad de la fuerza de fricción es igual a 2.0 N.
vea también:
plano inclinado
Fuerza de fricción
pregunta 4
(UFRGS - 2018) El tira y afloja es una actividad deportiva en la que dos equipos, A y B, tiran de una cuerda por los extremos opuestos, como se muestra en la siguiente figura.
Suponga que el equipo A tira de la cuerda con una fuerza horizontal de módulo 780 N y el equipo B con una fuerza horizontal de módulo 720 N. En un momento dado, la cuerda se rompe. Marque la alternativa que llene correctamente los espacios en blanco en la declaración a continuación, en el orden en que aparecen.
La fuerza neta sobre la cuerda, en el instante inmediatamente anterior a la rotura, tiene un módulo de 60 N y apunta a ________. Los módulos de las aceleraciones de los equipos A y B, en el instante inmediatamente después de que se rompe la cuerda, son, respectivamente, ________, asumiendo que cada equipo tiene una masa de 300 kg.
a) izquierda - 2,5 m / s2 y 2,5 m / s2
b) izquierda - 2,6 m / s2 y 2,4 m / s2
c) izquierda - 2,4 m / s2 y 2,6 m / s2
d) derecha - 2,6 m / s2 y 2,4 m / s2
e) derecha - 2,4 m / s2 y 2,6 m / s2
Alternativa correcta: b) izquierda - 2,6 m / s2 y 2,4 m / s2.
La fuerza resultante apunta a la dirección de mayor fuerza, que en este caso es la fuerza ejercida por el equipo A. Por tanto, su dirección es hacia la izquierda.
En el instante inmediatamente posterior a que la cuerda se rompe, podemos calcular la cantidad de aceleración adquirida por cada equipo a través de la segunda ley de Newton. Entonces tenemos:
Por tanto, el texto con los espacios en blanco correctamente rellenados es:
La fuerza resultante sobre la cuerda, en el instante inmediatamente anterior a la rotura, tiene un módulo de 60 N y apunta a la izquierda. Los módulos de las aceleraciones de los equipos A y B, en el instante inmediatamente posterior a la rotura de la cuerda, son, respectivamente, 2,6 m / s2 y 2,4 m / s2, asumiendo que cada equipo tiene una masa de 300 kg.
vea también: Leyes de Newton
pregunta 5
(Enem - 2017) En una colisión frontal entre dos coches, la fuerza que ejerce el cinturón de seguridad sobre el pecho y el abdomen del conductor puede provocar graves daños en los órganos internos. Teniendo en cuenta la seguridad de su producto, un fabricante de automóviles realizó pruebas en cinco modelos de cinturones diferentes. Las pruebas simularon una colisión de 0,30 segundos y las muñecas que representaban a los ocupantes estaban equipadas con acelerómetros. Este equipo registra el módulo de desaceleración de la muñeca en función del tiempo. Los parámetros como la masa de la muñeca, las dimensiones de la correa y la velocidad inmediatamente antes y después del impacto fueron los mismos para todas las pruebas. El resultado final obtenido está en la gráfica de aceleración por tiempo.
¿Qué modelo de cinturón ofrece el menor riesgo de lesiones internas para el conductor?
a 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Alternativa correcta: b) 2.
El problema nos dice que la fuerza que ejerce el cinturón de seguridad puede provocar lesiones graves en colisiones frontales.
Por tanto, debemos identificar, entre los modelos presentados y en las mismas condiciones, el que ejercerá una fuerza menos intensa sobre el pasajero.
Según la segunda ley de Newton, tenemos que la fuerza resultante es igual al producto de la masa y la aceleración:
FR = m. La
Como el experimento se llevó a cabo utilizando títeres de la misma masa, la fuerza resultante más baja sobre el pasajero se producirá cuando la aceleración máxima también sea menor.
Observando la gráfica, identificamos que esta situación ocurrirá en el cinturón 2.
vea también: Segunda ley de Newton
pregunta 6
(PUC / SP - 2018) Un objeto cúbico, masivo y homogéneo, con una masa igual a 1500 g, se encuentra en reposo sobre una superficie plana y horizontal. El coeficiente de fricción estática entre el objeto y la superficie es igual a 0.40. Una fuerza F, horizontal a la superficie, se aplica sobre el centro de masa de ese objeto.
¿Qué gráfico representa mejor la intensidad de la fuerza de fricción estática Ffricción en función de la intensidad F de la fuerza aplicada? Considere las fuerzas involucradas en las unidades SI.
Alternativa correcta: c.
En la situación que propone el problema, el cuerpo está en reposo, por lo que su aceleración es igual a 0. Considerando la segunda ley de Newton (FR = m. a), entonces la fuerza neta también será igual a cero.
Como se describe en el problema, existe una fuerza F y una fuerza de fricción que actúan sobre el cuerpo. Además, también tenemos la acción de fuerza de peso y fuerza normal.
En la siguiente figura, presentamos el diagrama de estas fuerzas:
En el eje horizontal, mientras el cuerpo permanezca en reposo, tenemos la siguiente situación:
FR = F - Ffricción = 0 ⇒ F = Ffricción
Esta condición será cierta hasta que el valor de la fuerza F alcance la intensidad de la fuerza máxima de fricción.
La fuerza máxima de fricción se encuentra a través de la fórmula:
De la figura presentada arriba, notamos que el valor de la fuerza normal es igual a la intensidad de la fuerza del peso, ya que el cuerpo está en reposo sobre el eje vertical. Luego:
N = P = m. gramo
Antes de reemplazar los valores, debemos transformar el valor de masa al sistema internacional, es decir, 1500 g = 1,5 kg.
N = 1,5. 10 = 15 N
Por tanto, el valor de Ffrictionmax se encontrará haciendo:
Ffrictionmax= 0,4. 15 = 6 N
Por lo tanto, la Ffricción sobre el cuerpo será igual a la fuerza F hasta alcanzar el valor de 6N, cuando el cuerpo estará al borde del movimiento.
pregunta 7
(Enem - 2016) Se atribuye a Arquímedes un invento que supuso un gran avance tecnológico en la Antigüedad, la polea compuesta o la asociación de poleas (287 a. C. hasta 212 a. C.). El aparato consiste en asociar una serie de poleas móviles con una polea fija. La figura ejemplifica una posible disposición de este aparato. Se informa que Arquímedes le habría demostrado al rey Hieram otra disposición de este aparato, moviéndose solo, sobre el arena en la playa, un barco lleno de pasajeros y carga, algo que sería imposible sin la participación de muchos hombres. Suponga que la masa del barco es de 3000 kg, el coeficiente de fricción estática entre el barco y la arena es 0,8 y que Arquímedes tira del barco con una fuerza , paralelo a la dirección del movimiento y con un módulo igual a 400 N. Considere los cables y poleas ideales, aceleración de la gravedad igual a 10 m / s2 y que la superficie de la playa sea perfectamente horizontal.
El número mínimo de poleas móviles utilizadas, en esta situación, por Arquímedes fue
a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.
Alternativa correcta: b) 6.
Las fuerzas que actúan sobre el barco se representan en el siguiente diagrama:
En el diagrama, notamos que el bote, para salir del reposo, requiere que la fuerza de tracción T sea mayor que la fuerza máxima de fricción estática. Para calcular el valor de esta fuerza, usaremos la fórmula:
En esta situación, el módulo de peso es igual al módulo de fuerza normal, tenemos:
Reemplazando los valores informados, tenemos:
Ffricción max = 0,8. 3000. 10 = 24 000 N
Sabemos que la fuerza F ejercida por Arquímedes fue igual a 400 N, por lo que esta fuerza debe multiplicarse por un cierto factor para que su resultado sea mayor que 2400 N.
Cada polea móvil utilizada duplica el valor de la fuerza, es decir, haciendo una fuerza igual a F, la fuerza de tracción (la fuerza que tirará de la embarcación) será igual a 2F.
Usando los datos del problema, tenemos la siguiente situación:
- 1 polea → 400. 2 = 400. 21 = 800 N
- 2 poleas → 400. 2. 2 = 400. 2 2 = 1600 N
- 3 poleas → 400. 2. 2. 2 = 400. 23 = 3200 N
- n poleas → 400. 2No > 24.000 N (para salir del reposo)
Por lo tanto, necesitamos saber el valor de n, entonces:
Sabemos que 25 = 32 y que 26 = 64, ya que queremos encontrar el número mínimo de poleas móviles, entonces utilizando 6 poleas será posible mover la embarcación.
Por tanto, el número mínimo de poleas móviles utilizadas, en esta situación, por Arquímedes fue de 6.
pregunta 8
(UERJ - 2018) En un experimento, los bloques I y II, con masas iguales a 10 kg y 6 kg, respectivamente, están interconectados por un cable ideal. Al principio, se aplica una fuerza de intensidad F igual a 64 N al bloque I, generando una tensión T en el alambre.LA. Luego, se aplica una fuerza de la misma intensidad F al bloque II, produciendo tracción TB. Mira los esquemas:
Sin tener en cuenta la fricción entre los bloques y la superficie S, la relación entre las tracciones corresponde a:
Alternativa correcta: .
Aplicando la segunda ley de Newton y la ley de acción y reacción (tercera ley de Newton), podemos escribir los sistemas para cada situación:
1ra situación
2da situación
Tenga en cuenta que en ambas situaciones el valor de aceleración será el mismo, ya que la fuerza F es igual y las masas también permanecen iguales.
Reemplazando los valores y calculando la aceleración, tenemos:
Conociendo el valor de aceleración, podemos calcular los valores de las tracciones:
TLA = mII. La
TLA = 6. 4 = 24 N
TB = mI . La
TB = 10. 4 = 40 N
Calculando la relación entre los tirones, encontramos:
Por lo tanto, la relación entre los tirones corresponde a .
Para obtener más información, consulte también:
- Tercera ley de Newton
- fuerza peso
- Fuerza normal
