Fuerzas y movimiento CN-G7-DBA3

Una fuerza es toda interacción entre dos cuerpos que puede modificar el estado de movimiento o de reposo de un objeto, así como deformarlo. La fuerza se describe como un vector: una magnitud que posee módulo (valor numérico en newtons, N), dirección y sentido.

Las leyes de Newton describen el comportamiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. La primera ley (inercia) establece que un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza neta diferente de cero. La segunda ley relaciona fuerza, masa y aceleración mediante la ecuación F = m · a: la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su masa. La tercera ley (acción-reacción) establece que por cada fuerza de acción existe una fuerza de reacción de igual magnitud y sentido opuesto.

El movimiento rectilíneo se clasifica en dos tipos. El MRU (movimiento rectilíneo uniforme) se caracteriza por velocidad constante y aceleración nula; la posición varía linealmente con el tiempo. El MRUA (movimiento rectilíneo uniformemente acelerado) presenta aceleración constante y distinta de cero; la velocidad cambia según la ecuación v = v₀ + a · t, donde v₀ es la velocidad inicial y t es el tiempo transcurrido. Un MRUA tiene aceleración positiva (a mayor que cero, el cuerpo gana velocidad) o aceleración negativa (a menor que cero, el cuerpo pierde velocidad). El caso a = 0 corresponde al MRU.

Las aplicaciones de estos principios abarcan la ingeniería mecánica, la ingeniería aeroespacial —trayectorias de cohetes y satélites—, la biomecánica y la física forense.

Práctica

Observa el diagrama de fuerzas arriba sobre un bloque de 5 kg empujado con 20 N. Aplica la segunda ley de Newton para calcular su aceleración, ignorando la fricción.

Aplicando F = m · a: a = F / m = 20 N / 5 kg = 4 m/s². La segunda ley de Newton establece que la aceleración es proporcional a la fuerza neta; al ignorar la fricción, la fuerza horizontal neta es 20 N. El bloque acelera a 4 m/s² en la dirección de la fuerza aplicada.

¿Por qué cuando un autobús frena bruscamente los pasajeros se inclinan hacia adelante? Relaciona tu respuesta con la primera ley de Newton.

Por la primera ley de Newton (inercia): los pasajeros tienden a mantener su estado de movimiento (avanzar a la velocidad del autobús). Al frenar, la fuerza de rozamiento desacelera el vehículo pero no actúa directamente sobre los pasajeros, quienes continúan moviéndose hacia adelante hasta que el cinturón o el asiento aplica una fuerza contraria.

Un ciclista parte del reposo y acelera uniformemente a 2 m/s² durante 6 segundos. Calcula su velocidad final usando v = v₀ + a · t.

v = 0 + 2 · 6 = 12 m/s. El ciclista parte con velocidad inicial v₀ = 0 (reposo) y tiene aceleración constante a = 2 m/s² (MRUA). Tras t = 6 s, la velocidad final es 12 m/s. Este tipo de movimiento es un MRUA porque la aceleración permanece constante y distinta de cero durante todo el intervalo.