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Segunda ley de Newton: qué es, fórmula y ejemplos

 
Por Victoria Munilla Giménez. 15 septiembre 2023
Segunda ley de Newton: qué es, fórmula y ejemplos

La segunda ley de Newton es uno de los teoremas más importantes para entender la dinámica de los cuerpos ante la acción de una fuerza. Este concepto, en apariencia sencillo, es una hipótesis básica utilizada con frecuencia en el ámbito industrial, desde la física cuántica, hasta la mecánica de fluidos y la industria aeronáutica. Por tanto, resulta útil discernir cuáles son las leyes de Newton que han aportado mayor utilidad y conocimiento a la sociedad. En el siguiente artículo de GEOenciclopedia descubrirás qué es la segunda ley de Newton, su fórmula y ejemplos de los campos donde puede utilizarse.

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Qué es la segunda ley de Newton

La segunda ley de Newton determina que la suma vectorial de las fuerzas actuantes en un cuerpo es el producto de su masa por su aceleración. La formulación de esta teoría establece una relación directamente proporcional de masa y aceleración con la fuerza. Mientras, la relación entre la aceleración de un cuerpo es inversamente proporcional a su masa. A efectos prácticos, supondría que la misma fuerza aplicada a una bola de billar y a una canica, provocaría una aceleración mayor en la segunda pieza.

A pesar de lo intuitivo que puede parece esta ley, las conclusiones de Newton iban encaminadas a explicar como un conjunto de fuerzas no equilibradas contribuyen a un cambio de velocidad de un cuerpo, es decir, modifican su aceleración. Por tanto, esa fuerza no equilibrada que provoca la detención de un elemento en movimiento sería la fuerza de fricción. La intensidad de esta fuerza decide la pérdida o ganancia de aceleración del cuerpo en cuestión.

Por tanto, Newton estipulo que, en ausencia de una fuerza, un cuerpo en reposo seguirá estando en reposo. Mientras, el cuerpo en movimiento mantendrá una velocidad constante si la resultante de fuerzas es cero. En otras palabras, las fuerzas de fricción actúan sobre el objeto en reposo, por esa razón no puede proclamarse como un sistema con una fuerza igual a 0. Una prueba palpable, es el hecho de que tengamos que vencer una fuerza inicial para poner un cuerpo en reposo en movimiento.

Fórmula de la segunda ley de Newton

Las tres leyes de Newton estudian el movimiento de los objetos, donde la segunda ley hace hincapié en la presencia de una fuerza, o mejor dicho, a un desequilibrio de fuerzas, responsables del cambio de aceleración. Esto nos lleva a la formulación de la segunda ley de Newton.

F= m ˑ α

F= fuerza neta

m = masa

α = aceleración

Esta expresión algebraica resume la idea de que un cuerpo no alterará su estado a menos que una fuerza actúe sobre él. Esto se aplica tanto a cuerpos en reposo como en movimiento, por muy contraintuitivo que pueda parecer en el segundo caso. Para escenificar las fuerzas actuantes en un cuerpo y entender el equilibrio de estas, se utiliza el diagrama del cuerpo libre. Este esquema es muy útil para escenificar las fuerzas actuantes en un cuerpo situado en un plano inclinado.

En estos casos, la fricción no es la única fuerza actuante. A ella se unen la fuerza normal, que es una fuerza de contacto perpendicular a la tangente del material, que impide que los objetos sólidos se atraviesen entre sí. Por otra parte, el peso ejerce una fuerza mayor a medida que se incrementa los grados de inclinación del plano, comúnmente contraria a la fuerza de fricción. En estos casos, la segunda ecuación de Newton se adapta a las nuevas circunstancias y la aceleración se subdivide en una componente paralela y otra perpendicular con respecto al plano inclinado.

De tal manera, si el coeficiente de fricción es igual a 0, la aceleración del cuerpo dependería de la gravedad y el seno del ángulo de inclinación del plano. A medida que el bloque se desliza, la energía cinética aumenta, transformándose en otro tipo de energía cuando las condiciones del sistema cambian.

Segunda ley de Newton: qué es, fórmula y ejemplos - Fórmula de la segunda ley de Newton

Ejemplos de la segunda ley de Newton

Ante la pregunta sobre cuáles son las leyes de Newton, cabe destacar la segunda por sus numerosas aplicaciones industriales recogidas por categorías en la siguiente lista:

  • Movimiento de vehículos: como es evidente, cualquier objeto en movimiento está influenciado por las leyes newtonianas. Por tanto, se aplica al movimiento de automóviles, trenes, aviones y cualquier otro tipo de vehículo. En estos casos, relaciona la aceleración con la fuerza motriz y la masa del vehículo. El mismo principio se usa para diseñar los sistemas de suspensión, frenos y dirección que permiten un manejo seguro y eficiente.
  • Ingeniería espacial: para vencer la gravedad de la Tierra y poner una nave espacial en órbita es necesario aplicar la segunda ley de Newton. Para predecir el movimiento, y por ende las órbitas de planetas, asteroides, cometas, etc.
  • Manufacturas: la fabricación de productos requiere de la segunda ley de Newton para calcular su resistencia y asegurar que cumplen con los estándares de seguridad. El mecanismo de la máquina de Atwood, utilizado para comprobar las tensiones de las cuerdas y controlar la velocidad de bajada/subida de un sistema de poleas, también usa esta ley de la física básica.
  • Obra civil: enfocada en el diseño de estructuras como puentes y edificios, ayuda a calcular las fuerzas que afectan la estabilidad y el comportamiento de las estructuras.
  • Dinámica de fluidos: buscan comprender como las fuerzas actúan sobre los líquidos (líquidos y gases) necesarios en el diseño de aviones y barcos para calcular la resistencia al movimiento, entre otros.
  • Física cuántica: la segunda ley de Newton se utiliza para describir cómo las partículas cargadas (electrones, protones, etc.) responden a campos eléctricos y magnéticos.
  • Deporte y ejercicio: se aplica en biomecánica para entender cómo los músculos y las articulaciones del cuerpo humano generan fuerza y movimiento, y como afectan las fuerzas a estos de cara al entrenamiento y seguimiento médico.

Estas son algunas de las aplicaciones que tiene la segunda de las tres leyes de Newton. En el siguiente apartado se incluye un breve resumen de las tres aportaciones más famosas de Isaac Newton.

Segunda ley de Newton: qué es, fórmula y ejemplos - Ejemplos de la segunda ley de Newton

Las otras leyes de Newton

Isaac Newton fue un físico inglés del siglo XVII conocido en todo el mundo por sus aportaciones a la ciencia. A él se le atañen inventos y descubrimientos como el telescopio reflector o la definición de la gravedad. En esta ocasión, nos centraremos en sus estudios sobre el movimiento de los cuerpos, recogidas en las tres leyes de Newton:

  • Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia: establece que los objetos tienden a mantener su estado de movimiento o reposo a menos que una fuerza los cambie.
  • Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza y Aceleración: la fuerza aplicada a un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración que experimenta. Por tanto, cuanto mayor sea la fuerza aplicada a un objeto o cuanto menor sea su masa, mayor será su aceleración.
  • Tercera Ley de Newton o Ley de Acción y Reacción: Esta ley establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Es decir, si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, el objeto B ejercerá una fuerza de igual magnitud, pero en dirección opuesta sobre el objeto A. Esta ley es la base de muchos principios en la mecánica y se aplica a cualquier interacción entre dos objetos.

Las tres leyes de Newton son la base de los procesos mecánicos y la interacción entre los cuerpos, lo que le ofrece un importante protagonismo en diferentes gremios.

Ahora que ya sabes qué es la segunda ley de Newton y conoces su fórmula, no te pierdas estos otros artículos de GEOenciclopedia sobre la Ley de conservación de la energía: qué es y fórmula y el Efecto Venturi: qué es y cómo funciona.

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Bibliografía
  • 2010. Problemas Resueltos de Plano Inclinado. Disponible en: https://www.monografias.com/trabajos-pdf4/problemas-resueltos-plano-inclinado/problemas-resueltos-plano-inclinado.pdf
  • UNAL. 2012. La segunda ley de Newton: propuesta didáctica para estudiantes del grado décima de ecuación media de la escuela normal superior de Neiva. Disponible en: https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/10185/yamidmosqueramedina.2012.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  • UNAM. 2009. Aplicaciones de la Segunda Ley de Newton. Disponible en: https://revistas.unam.mx/index.php/rmbd/article/view/46998

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