Tercera ley de Newton. Fuerzas de fricción
y Ley de Gravitación Universal
Introducción
Continuaremos en esta sesión hablando de las leyes de Newton y específicamente de la Tercera Ley de Newton. Inicialmente se tratará el concepto de la tercera ley y ejemplificaremos diferentes situaciones en los que ésta se pone de manifiesto en la interacción de los cuerpos u objetos.
Se explicará qué es la fuerza de fricción, como se manifiesta, los diferentes tipos que existen, así como las ventajas y desventajas de que la fricción se haga presente, exista y forme parte inherente de nuestras vidas. A la vez, al introducirnos en esta cuestión cobraremos conciencia de que las fuerzas nunca pueden presentarse de manera individual, sino que más bien, siempre existen y se presentan en pares, una como reflejo necesario pero contrario de la otra.
El tratamiento y aprendizaje de las fórmulas para calcular la magnitud de la fuerza de fricción estática o dinámica hace imprescindible aprender otros conceptos adicionales tales como el diagrama de cuerpo libre, la fuerza normal de reacción, el planteamiento de la segunda ley de Newton para el equilibrio, así como el concepto de plano inclinado y la deducción delas fórmulas correspondientes que nos permitan comprender, asimilar y aplicar estos conocimientos en la solución de problemas sencillos.
Por último, aprenderemos la fórmula de la Ley de Gravitación Universal, sus unidades y las diferentes situaciones en que ésta puede ser aplicada en la solución de problemas que de hecho tienen aplicación en nuestro contexto, por ejemplo, en el uso y ubicación de los satélites de comunicaciones.
Desarrollo del tema
Tercera Ley de Newton
Las leyes de Newton tratan de explicar el comportamiento y modo de acción de las fuerzas que actúan en el Universo como causas del estado de movimiento de los cuerpos u objetos. En particular la tercera ley de Newton, conocida como ley de acción y reacción, nos dice que a toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de la misma magnitud, pero de sentido contrario.
En la primera imagen vemos un ejemplo de la tercera ley de Newton donde las fuerzas se muestran en pares, cada fuerza de acción con su correspondiente fuerza de reacción. En la segunda imagen, la ley de gravitación universal de Isaac Newton es también un ejemplo clásico de las fuerzas de acción y reacción; la figura presenta la fuerza FTL que ejerce la Tierra sobre la Luna y la fuerza FLT que la Luna ejerce sobre la Tierra. Las fuerzas son de la misma magnitud, de sentido contrario y actúan en cuerpos diferentes, una actúa sobre la Tierra y la otra sobre la Luna.
El estudio del siguiente video te ayudará a comprender lo anterior:
Fuerzas de fricción estática y dinámica
Las fuerzas de fricción son aquellas fuerzas que se oponen al movimiento relativo de dos cuerpos y se presentan en la superficie de contacto de ambos objetos; éstas se presentan, primeramente, cuando los cuerpos se intentan mover uno con respecto al otro, sin lograrlo, y se llama fuerza de fricción estática, como se muestra en la imagen 3, a la izquierda.
Sin embargo, una vez que los cuerpos se están moviendo, la fuerza de fricción que se opone al movimiento relativo sigue existiendo, aunque en este caso de menor magnitud, llamándose ahora fuerza de fricción cinética o dinámica; ésta se aprecia actuando en el cuerpo de la derecha en la imagen 3.
A continuación, debes leer el documento «Fuerzas de fricción estática y dinámica» en el que se describen los diferentes parámetros, sus características, cómo actúan las fuerzas de fricción y las fórmulas que permiten calcularlas.
Ahora estudia los videos que se incluyen a continuación, los cuales te serán útiles como preparativo para entender de una mejor manera la solución de problemas de fricción, ya que contienen algunos conceptos fundamentales, tales como el diagrama de cuerpo libre, el plano inclinado, la obtención de las ecuaciones de equilibrio; se explica también la solución de algunos ejemplos.
Una vez que has repasado los videos anteriores, estás en condiciones de estudiar la solución de los siguientes ejemplos de fricción estática y dinámica.
Ley de Gravitación Universal
Esta ley fue deducida por Sir Isaac Newton en 1684 como producto de la observación científica, a partir de sus 3 leyes del movimiento. En el siguiente archivo se estudia con detalle este concepto, su fórmula, las unidades y la solución de 2 ejemplos. Ley de gravitación universal.
El examen y reflexión de los videos que se incluyen a continuación te ayudará a entender mejor el concepto y te apoyará en la solución de la tarea correspondiente a esta lección 8.
Conclusión
Arribamos al final de esta sesión 2 en la que hemos tratado el concepto y las diferentes situaciones que constituyen ejemplos muy claros de la Tercera Ley de Newton, también conocida como la ley de acción y reacción, de la cual hemos aprendido que las fuerzas siempre se presentan en pares.
En primer lugar, abordamos las fuerzas de fricción y aprendimos que éstas pueden presentarse en dos situaciones fundamentales: en condiciones estáticas y aun cuando los cuerpos ya están en movimiento, esto es, que la fricción puede ser estática o dinámica. Sabemos ahora que podemos caminar, correr, sostener objetos, empujar, jalar o frenar un automóvil y que esto puede ser así gracias a que existen las fuerzas de fricción. Por otro lado, hemos aprendido que la fricción también tiene algunas desventajas, tales como: el desgaste que se origina en nuestro calzado, en las llantas, en los pisos; la necesidad de usar lubricantes para evitar el desgaste en las partes mecánicas en movimiento de los motores, ruedas y partes giratorias de los automóviles, o bien, que parte de la energía producida por las máquinas térmicas se pierde a causa de la fricción, como sucede en el motor de combustión interna de los autos a gasolina o Diesel.
Aprendimos también la fórmula que nos permite calcular la magnitud de la fuerza de atracción que existe entre cualquiera de dos cuerpos del Universo y en particular de aquella que existe entre el Sol y los planetas de nuestro Sistema Solar. También dedujimos la fórmula para calcular la magnitud de la aceleración de la gravedad de un planeta con base en la cantidad de masa que posee y en su radio; esta fórmula también puede ser utilizada para calcular la aceleración de la gravedad a cualquier distancia desde la superficie de un planeta y que hace posible calcular el peso de un astronauta cuando se encuentra, por ejemplo, a bordo de un transbordador o base espacial.
La Tercera Ley de Newton está presente, por tanto, en nuestro entorno de vida diaria y en el movimiento de la luna alrededor de la Tierra y de ésta alrededor del Sol; nuestra vida no puede estar exenta de su acción a cada instante y tiene aplicaciones fehacientes, sin duda alguna, en nuestro entorno.