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Las leyes del movimiento de Newton son tres leyes físicas que, en conjunto, sentaron las bases de la mecánica clásica. En este artículo, discutiremos la primera ley del movimiento de Newton y el concepto de inercia de un cuerpo.
Declaración de la primera ley del movimiento de Newton:
Todo cuerpo material permanece en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a menos que una fuerza externa desequilibrada actúe sobre él para cambiar su estado de movimiento. Esta ley también se denomina ley de la inercia.
Explicación: Esta ley tiene dos partes, la primera nos da el concepto de inercia mientras que la segunda nos ayuda a definir la fuerza. La primera parte indica que si un cuerpo está en reposo, no puede empezar a moverse por sí mismo. Del mismo modo, si el cuerpo está en estado de movimiento uniforme en línea recta no puede aumentar o disminuir su velocidad o no puede cambiar la dirección por sí mismo. Así, cada cuerpo tiene la incapacidad de cambiar el estado de reposo o el estado de movimiento uniforme a lo largo de una línea recta por sí mismo esta propiedad inherente del cuerpo se llama inercia de un cuerpo. La inercia de un cuerpo depende de la masa del mismo. Así, la masa es una medida de la inercia de un cuerpo.
La segunda parte de la ley nos ayuda a definir la fuerza. En la primera parte, hemos visto que un cuerpo no puede cambiar su estado de movimiento por sí mismo, sino que se requiere alguna cantidad física externa para hacerlo. Esta cantidad física externa que se requiere para cambiar el estado de movimiento de un cuerpo se llama fuerza.
Concepto de Inercia de un Cuerpo:
- La tendencia del cuerpo a oponerse al cambio de estado de reposo o estado de movimiento uniforme se llama inercia del cuerpo.
- Si ninguna fuerza desequilibrada actúa sobre un cuerpo entonces el cuerpo en reposo permanece en reposo. Esta inercia se denomina a veces inercia del reposo.
- Si ninguna fuerza desequilibrada actúa sobre un cuerpo entonces el cuerpo en movimiento uniforme a lo largo de una línea recta permanece en movimiento uniforme a lo largo de la misma línea recta. Esta inercia se denomina a veces inercia del movimiento.
- La tendencia de un cuerpo a continuar moviéndose con movimiento uniforme en una dirección lineal se llama inercia de la dirección.
Ejemplos de inercia del reposo:
Ejemplo: Se coloca una moneda sobre una tarjeta lisa que sirve de tapa a un vaso. Cuando se tira bruscamente de la tarjeta en sentido horizontal, la moneda cae dentro del vaso. (Inercia del reposo)
Explicación: Cuando se tira de la carta en horizontal, ésta adquiere movimiento debido a la fuerza de arrastre. Pero como sobre la moneda no actúa ninguna fuerza en sentido horizontal. La moneda que inicialmente estaba en reposo sobre la tarjeta debido a la inercia permanece en reposo. Así se separa de la tarjeta. Ahora no hay soporte en la parte inferior la tarjeta cae en el vaso bajo la acción de la gravedad.
MásEjemplos de Inercia del Reposo:
- Un ciclista que circula por una carretera llana no llega a descansar inmediatamente después de dejar de pedalear.
- Al golpear la moneda del fondo de un montón de monedas de carambola con un percutor, esta moneda sólo se aleja, mientras que el resto del montón permanece en la posición original.
- Cuando se golpea una alfombra colgada con un palo, las partículas de polvo empiezan a salir de ella. Cuando se golpea una alfombra con un palo, la alfombra se pone en movimiento. Pero debido a la inercia, las partículas de polvo permanecen en reposo. Así se separan de la alfombra.
- Al agitar o dar sacudidas a las ramas de un árbol, los frutos caen. Cuando se sacuden las ramas en una dirección, los frutos y las hojas, debido a la inercia, permanecen en la posición original por la inercia del reposo. Esto provoca la ruptura del tallo y se caen.
- Cuando se dispara una bala contra una ventana de cristal, se forma un agujero en ella. Esto se debe a que sólo la parte del cristal se mueve con la bala, en el lugar donde ésta golpea el cristal. La parte restante, debido a la inercia, permanece en su posición. Así, la bala es capaz de formar un agujero en la ventana de cristal debido a la inercia del cristal.
- Un mago saca un mantel de debajo de una vajilla completa. Al tirar del mantel éste se pone en movimiento, pero la vajilla debido a la inercia del reposo permanece sobre la mesa.
- Cuando el tren de cercanías se pone en marcha o se detiene repentinamente, las puertas correderas de algunos compartimentos pueden abrirse o cerrarse.
Ejemplo de inercia del movimiento:
Ejemplo: Cuando un autobús estacionario comienza a moverse los pasajeros del autobús se reclinan hacia atrás de manera similar cuando el autobús que se mueve con velocidad uniforme se detiene repentinamente los pasajeros se mueven hacia adelante. (Inercia del movimiento)
Explicación: Cuando el autobús está parado los pasajeros también lo están. Cuando el autobús comienza a moverse, la parte del cuerpo (parte inferior) en contacto con el autobús comienza a moverse, pero debido a la inercia la parte superior permanece inmóvil y por lo tanto se reclina hacia atrás. Si está de pie, caerá hacia atrás. Cuando el autobús se mueve con un movimiento uniforme en línea recta, los pasajeros tienen el mismo movimiento. Cuando el autobús se detiene, la parte del cuerpo (parte inferior) en contacto con el autobús se detiene, pero debido a la inercia la parte superior continúa moviéndose hacia adelante y por lo tanto él se mueve hacia adelante. Si está parado caerá hacia adelante.
MásEjemplos:
- Cuando un pasajero salta de un tren en movimiento se cae. Esto se debe a que, en cuanto la persona abandona el tren en marcha, su velocidad es la misma que la del tren. Cuando sus pies entran en contacto con el suelo, la parte inferior de su cuerpo se detiene, pero la parte superior del cuerpo sigue viajando con la velocidad original. Esto le hace caer hacia delante. Para evitar esto tiene que correr en dirección hacia adelante hasta que su velocidad se reduzca a cero.
- Una pelota lanzada verticalmente hacia arriba por una persona en un tren en movimiento vuelve a su mano. La razón es que en el momento en que la pelota fue lanzada, la pelota estaba en movimiento junto con la persona y el tren debido a la inercia del movimiento. Así que durante el tiempo que la pelota permanece en el aire, tanto la persona como la pelota avanzan la misma distancia. Esto hace que la pelota vuelva a su mano en su regreso.
- Los atletas corren antes de dar un salto de longitud para aumentar su velocidad, y con ello su inercia del movimiento. El aumento de la inercia del movimiento le permite saltar una distancia mayor.
- Los atletas (saltadores de longitud / lanzadores de jabalina / lanzadores de peso) a menudo no logran detenerse antes de la línea de falta debido a la inercia del movimiento la parte superior del cuerpo del atleta continúa moviéndose en la dirección hacia adelante mientras que la parte inferior se detiene. Por lo tanto, es posible que no pueda detenerse en la línea de falta y la cruce.
Ejemplo de la inercia de la dirección :
Ejemplo: Cuando un vehículo da un giro brusco hacia la izquierda, la persona sentada dentro del vehículo es empujada hacia la derecha. (Inercia de dirección)
Explicación: Cuando un vehículo toma un giro brusco hacia la izquierda cambia la dirección. Mientras que la persona sentada dentro tiende a moverse en la dirección original debido a la inercia. Así, es empujado hacia la derecha.
MásEjemplos:
- Cuando un autobús gira en una curva, los pasajeros tienen que agarrarse a algún soporte para no balancearse. Tanto el autobús como el pasajero se encuentran en estado de movimiento. Cuando el autobús cambia de dirección, los pasajeros siguen moviéndose en la misma dirección debido a la inercia de la dirección. Si los pasajeros no se agarran a algún soporte saldrían despedidos en esa dirección.
Notas:
- Si un cuerpo está en reposo, entonces la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es cero.
- Si un cuerpo se mueve en movimiento uniforme en línea recta, entonces la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es cero.
- Si un cuerpo no está en reposo ni en movimiento uniforme, entonces la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo no es cero.
- Si un cuerpo está cambiando de dirección, entonces la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo no es cero.
- Si la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es cero, entonces el cuerpo debe estar en reposo o en movimiento uniforme en línea recta.
- Si la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo no es cero, entonces el cuerpo no está ni en reposo ni en movimiento uniforme en línea recta.
Detención de un vehículo en movimiento:
Si se apaga el motor del coche o se aplican los frenos para detener un coche, éste no se detiene de inmediato. A veces, el conductor tiene que aplicar los frenos de emergencia. El intervalo de tiempo entre ver el obstáculo y aplicar realmente el freno se denomina tiempo de respuesta o tiempo de reflexión. La distancia recorrida por el coche durante este periodo se denomina distancia de reflexión. El intervalo de tiempo entre la aplicación de los frenos y la detención real del coche se denomina tiempo de frenado. La distancia recorrida por el coche durante este periodo se denomina distancia de frenado. La suma de la distancia de reflexión y la distancia de frenado se denomina distancia de frenado. Por lo tanto, para evitar un accidente, la distancia de parada debe ser menor que la distancia del obstáculo desde el punto en que se ve.
El aventado de los granos:
Al aventar el grano se separa de la cáscara. El aventado es un proceso agrícola en el que el grano y la cáscara se separan el uno del otro. El grano tiene una masa mayor que la cáscara. Por lo tanto, la inercia del grano es mayor que la de la cáscara. Por lo tanto, se requiere más fuerza para cambiar su trayectoria de movimiento. Cuando se dejan caer desde una altura con un viento suave, debido a su mayor inercia, simplemente caen verticalmente. Las partículas de cáscara tienen una masa insignificante y una inercia muy insignificante. Por lo tanto, se requiere una pequeña fuerza para cambiar su trayectoria de movimiento. Cuando se dejan caer desde una altura con un viento suave, son arrastradas en la dirección del viento a través de una cierta distancia. Así, la cáscara y el grano se separan.
El equipaje en el techo del autobús está atado:
Se aconseja atar el equipaje con cuerdas en el techo del autobús. Cuando un autobús está en movimiento (especialmente con una alta velocidad) en la carretera se detiene repentinamente o cambia su dirección de repente, el equipaje en la parte superior debido a la inercia del movimiento y la dirección sigue siendo en el movimiento o en la misma dirección del movimiento. Como resultado, el equipaje puede salir despedido del techo del autobús si no está atado con la cuerda.
Secado de paños por agitación:
Cuando se agita un paño mojado, las partículas de agua empiezan a salir de él. Al agitar el paño, éste se pone en movimiento. Pero debido a la inercia, las partículas de agua permanecen en reposo. Así, se separan del paño húmedo. De este modo, los paños pueden secarse pronto.
Una persona sentada en un coche intenta moverlo aplicando una fuerza a sus paredes.¿Se moverá el coche?
La primera ley de Newton establece que «Todo cuerpo material continúa permaneciendo en su estado de reposo o en su estado de movimiento uniforme en línea recta a menos que se actúe sobre él con una fuerza externa desequilibrada que cambie su estado de movimiento.» Así pues, para mover un cuerpo en reposo se necesita una fuerza externa desequilibrada. En este caso, la fuerza aplicada por la persona es interna. Por lo tanto, el coche no se moverá.
Ejemplos en los que se prefiere una inercia baja y un ejemplo en el que se prefiere una inercia alta (recomendado):
El carpintero trabaja con madera y clavos. Para clavar clavos en la madera, se requiere menos fuerza. Por lo tanto, se recomienda una inercia baja del martillo. Así, el martillo de carpintero es un ejemplo de baja inercia. Un herrero trabaja con hierro y acero. Para cambiar la forma del hierro o del acero, se requiere una gran fuerza. Por lo tanto, se recomienda una inercia alta del martillo. Así, el martillo de herrero es un ejemplo de alta inercia.
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