Es importante entender que cuando lanzas una pelota contra una pared, la pelota ejerce fuerza sobre la pared. De manera similar, la pared ejerce una fuerza sobre la pelota, lo que hace que rebote en la pared. De manera similar, la atracción gravitacional de la tierra te empuja hacia abajo. Lo que quizás no entiendas es que también estás poniendo el mismo poder sobre el terreno. Este sorprendente fenómeno es el resultado de la tercera ley de Newton.
La tercera ley de Newton establece que si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, el cuerpo B debe ejercer una fuerza de igual tamaño y dirección opuesta sobre el cuerpo A. Esta ley representa una simetría específica en la naturaleza: las fuerzas siempre existen en pares, y un cuerpo no puede ejercer una fuerza sobre otro sin experimentar también una fuerza. Discutámoslo más a fondo.
Leyes de movimiento de Newton
En el siglo XVII, Sir Isaac Newton propuso las tres leyes del movimiento. Estas leyes se emplean comúnmente en la mecánica clásica. Son casi universalmente aceptados. Las leyes se resumen aquí como:
- La primera ley de Newton establece que un cuerpo en reposo o en movimiento uniforme seguirá estando en reposo o en movimiento uniforme hasta que una fuerza externa neta actúe sobre él.
- La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto producida por una fuerza neta es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza neta, en la misma dirección que la fuerza neta e inversamente proporcional a la masa del objeto.
- La tercera ley de Newton establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta.
Aquí, en el presente artículo, sólo se explica adecuadamente la tercera ley del movimiento. Esta ley analiza el par acción-reacción de la fuerza aplicada.
Tercera ley de movimiento de Newton
Esta ley se expresa como: «Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el primer cuerpo siente una fuerza equivalente en la dirección opuesta a la fuerza ejercida». De acuerdo con la declaración anterior, cada interacción involucra un par de fuerzas ejercidas sobre los objetos que interactúan. Las magnitudes de las fuerzas son iguales y la fuerza sobre el primer elemento está dirigida en dirección opuesta a la fuerza sobre el segundo elemento.
Entendamos esto más claramente con la ayuda de un ejemplo:
- Mientras nos movemos en el suelo, empujamos el suelo hacia atrás con nuestros pies. El suelo también ejerce sobre nuestros pies una fuerza de avance de igual magnitud en sentido contrario que nos hace avanzar.
- Un libro cuando está acostado sobre una mesa. El libro ejerce una fuerza hacia abajo debido a su peso, pero no cae, por lo que la fuerza neta sobre el libro es cero. Esto se debe a que la mesa ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el libro en dirección hacia arriba.
Explicación: Aquí, en los ejemplos anteriores, podemos ver que dos fuerzas actúan sobre cada uno de los cuerpos. En el primer ejemplo, la fuerza que ejercen nuestros pies sobre el suelo es la fuerza de acción y, en respuesta a eso, el suelo ejerce una fuerza opuesta igual sobre nuestros pies. En el segundo ejemplo, la fuerza ejercida por el peso del libro es la fuerza de acción y la fuerza ejercida por la mesa sobre el libro es la fuerza de reacción.
Ahora, aprendamos acerca de dos términos llamados fuerza de acción y reacción, que se usan en la tercera ley del movimiento de Newton.
Fuerza de acción: La fuerza exterior inicial ejercida sobre el cuerpo se llama fuerza de acción.
Fuerza de reacción: La fuerza que ejerce el cuerpo para responder a la fuerza de acción en la dirección opuesta se llama fuerza de reacción.
Ilustración de la tercera ley del movimiento de Newton
A partir del caso anterior, la tercera ley del movimiento de Newton también se puede establecer como:
Si hay alguna interacción entre dos cuerpos (A y B), la fuerza F AB (fuerza aplicada por el cuerpo B sobre el cuerpo A) es igual a la fuerza F BA (fuerza aplicada por el cuerpo A sobre el cuerpo A) pero son de dirección opuesta .
Nota:
- La fuerza de acción y reacción la ejercen cuerpos diferentes y no sobre el mismo cuerpo.
- La acción y la reacción siempre ocurren simultáneamente y siempre están en pareja.
Ejemplos de fuerzas de acción-reacción
La naturaleza tiene una amplia gama de pares de acción-reacción. Los siguientes son algunos ejemplos que se enumeran a continuación:
- Un ejemplo de un par acción-reacción es la propulsión de un pez a través del agua. Las aletas de un pez se utilizan para empujar el agua hacia atrás. Este empujón sirve para impulsar al pez hacia adelante.
- La magnitud de la fuerza sobre el agua es igual a la magnitud de la fuerza sobre el pez; la magnitud de la fuerza sobre el agua (hacia atrás) es opuesta a la magnitud de la fuerza sobre el pez (hacia adelante).
- El vuelo del pájaro es un ejemplo de un par acción-reacción. El aire es empujado hacia abajo por las alas del pájaro. El aire es empujado más alto por el aire.
- Un nadador empuja contra el agua y el agua empuja hacia atrás.
- Los helicópteros generan sustentación forzando el aire hacia abajo, lo que resulta en una fuerza de reacción hacia arriba.
- Los escaladores usan su cuerda vertical para impulsarse hacia arriba.
Ejemplos de la vida real de la aplicación de la tercera ley del movimiento de Newton
- El movimiento de un bote en el agua: En el agua, el barquero empuja el agua con su remo en dirección hacia atrás (fuerza de acción) y en respuesta, el agua ejerce una fuerza opuesta igual sobre el bote en dirección hacia adelante (reacción fuerza). Así el barco avanza.
- Disparar una bala desde un arma: Cuando disparamos una bala desde un arma, se aplica una fuerza F sobre la bala (fuerza de acción) y el arma experimenta una fuerza de retroceso igual (fuerza de reacción) en la dirección opuesta.
- Atrapar una pelota: mientras se atrapa una pelota, la pelota ejerce una fuerza sobre las manos del jugador (fuerza de acción) debido a su peso y movimiento, el jugador también ejerce una fuerza igual sobre la pelota para detenerla en la dirección opuesta.
- El movimiento de un cohete: dentro de un cohete, se queman combustibles y se expulsan los gases quemados a alta temperatura y presión, por lo que el cohete ejerce una fuerza sobre los gases para expulsarlos del cohete a través de la boquilla (fuerza de acción) de el cohete en dirección hacia atrás y los gases también ejercen una fuerza sobre el cohete (fuerza de reacción) en dirección hacia arriba y, por lo tanto, ayudan al cohete a moverse hacia adelante.
Problemas de muestra
Problema 1: Una bola ligera que cae al suelo después de golpear se eleva hacia arriba, explique.
Solución:
Cuando una bola ligera golpea el suelo, ejerce una fuerza sobre el suelo (fuerza de acción) en dirección hacia abajo y, por lo tanto, de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton, el suelo en respuesta ejerce una fuerza igual en dirección opuesta sobre la bola ligera. (fuerza de reacción) y así sube hacia arriba.
Problema 2: Nombre la fuerza de acción y reacción en los siguientes ejemplos:
(a) Un libro sobre la mesa
(b) El movimiento de un cohete en dirección ascendente
(c) Disparar una bala de un arma
Solución:
Los ejemplos dados se clasifican como:
Fuerza de acción
Fuerza de reacción
(a) Peso del libro en dirección hacia abajo. La fuerza que ejerce la mesa sobre el libro en dirección hacia arriba (b) Fuerza ejercida por el cohete sobre los gases quemados en dirección hacia atrás La fuerza ejercida por los gases sobre el cohete en dirección ascendente. (C) Fuerza ejercida por el arma sobre la bala en la dirección de avance. La fuerza ejercida por la bala sobre el arma en dirección hacia atrás.
Problema 3: Explique el caminar de una persona sobre el suelo con la ayuda de la tercera ley del movimiento de Newton.
Solución:
Mientras camina sobre el suelo, una persona ejerce una fuerza sobre el suelo en dirección hacia atrás con sus pies (fuerza de acción) y de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton, el suelo ejerce una fuerza opuesta e igual en dirección hacia adelante como fuerza de reacción. , y así podemos caminar por el suelo o sobre el suelo.
Problema 4: Un hombre empuja una pared con una fuerza de 100N hacia el norte. ¿Qué fuerza ejerce la pared sobre el hombre?
Solución:
Dado que,
La fuerza de acción, F es 100 N.
Según la tercera ley del movimiento de Newton,
Fuerza de acción = – Fuerza de reacción
Por lo tanto, la fuerza de reacción = -100 N
Es decir, la fuerza de reacción es igual a 100 N hacia el sur .
Problema 5: Una pelota de cricket de 500 g de masa que viaja a 20 m/s es golpeada por un bate de cricket para devolverla por su trayectoria original con una velocidad de 10 m/s. Calcula el cambio de cantidad de movimiento que ocurrió en el movimiento de la pelota de cricket por la fuerza aplicada por el bate de cricket.
Solución:
Dado que,
La masa de la pelota de hockey, m es 500 g = 0,5 kg.
La velocidad inicial de la pelota, u es de 20 m/s.
La velocidad final de la pelota después del golpe, v, es de 10 m/s.
El cambio en el momento = Momento final – Momento inicial
= mv – mu
= metro (v – u)
= 0,5 kg × (20 m/s – 10 m/s)
= 0,5 kg × 10 m/s
= 5 kg m/s
Por lo tanto, el cambio de cantidad de movimiento de la pelota de cricket por la fuerza aplicada por el bate de cricket es de 5 kg m/s .
Problema 5: Nombre el principio que obedece la tercera ley del movimiento de Newton. Además, establezca el principio.
Solución:
La tercera ley del movimiento de Newton obedece al principio de conservación del momento. Según el principio de conservación de la cantidad de movimiento, cuando ninguna fuerza externa desequilibrada actúa sobre el sistema, la suma de la cantidad de movimiento inicial es exactamente igual a la suma de la cantidad de movimiento final del sistema.
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Artículo escrito por saikatmohanta43434 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA