[0:07]Hola, muy buenos días. Bienvenido a la clase más de física. Hoy vamos con una clase sobre fuerzas y leyes de Newton. Vamos a empezar de inmediato. Primero que todo tenemos que entender lo que son las fuerzas y su evolución. Rápidamente vamos a leer esta pequeña definición que tengo acá, que dice así: Para la física, la fuerza es cualquier acción, esfuerzo o influencia que puede alterar el estado de movimiento o de reposo de cualquier cuerpo. Esto quiere decir que una fuerza puede dar aceleración a un objeto, modificando su velocidad, su dirección o el sentido de su movimiento. Es decir, según lo que dice acá, una fuerza tiene la capacidad justamente de generar cualquier acción. Ahora, yendo un poquito más hilando un poquito más fino, podríamos decir, la fuerza es la interacción entre dos o más cuerpos, podríamos resumirla como eso. Porque cualquier interacción entre dos o más cuerpo puede eventualmente alterar su estado actual. Ahora, si tú tocas un objeto y no lo mueves, igual en este caso estás aplicando una fuerza una fuerza porque está existiendo la interacción entre dos o más cuerpos. El principio físico, perdón, el primer físico en describir el concepto de fuerza fue Arquímedes. Arquímedes fue el primero en describirlo, pero Arquímedes, como bien dice acá, lo hizo solo en términos estáticos. Después Galileo Galilei le otorgó a la fuerza la una definición dinámica. Mientras que el señor Isaac Newton, que es el que tenemos acá a la derecha con su típica manzanita que lo describen en la historia, fue quien pudo formular en forma matemática la definición moderna de fuerza. Y justamente a través de la ley de Newton hoy día vamos a entender el concepto un poco mejor. Primero que todo, entender que la fuerza es un vector, es un vector y no se posee, solo se genera. Importante aquello. ¿A qué me refiero con quien no se posee? Tú no puedes decir yo tengo fuerza. Lo que tú puedes decir es que tú tienes la capacidad de generar fuerza. Por ejemplo, esta persona acá están generando, están aplicando una fuerza sobre un objeto, pero no poseen esa fuerza. Y lo vamos a explicar más adelante cuando veamos los tipos de fuerza, te vas a dar cuenta que cuando veamos los tipos de fuerza, si tú te vas a otro planeta, por ejemplo, no vas a poseer, o sea, no vas a tener la capacidad, mejor dicho, de generar la misma fuerza que generaba sacar el planeta Tierra, porque no es algo que se posee. Te pongo un ejemplo super simple. Si un día tú no comes en todo el día, te vas a sentir débil, vas a perder la capacidad de generar fuerza porque no tienes energía que la genere. En cambio, si un día está bien alimentado, podría generar fuerza, pero no ilimitadamente. Siempre va a existir un tope porque tienes una capacidad de generar fuerza y no la posees. Si la posees entonces no dependería de otro factor porque sería tuya. Ningún objeto posee esa característica. No es una característica de la materia, poseer la fuerza, si generarla. Okay, y lo otro es que es un vector. Bueno, qué significa de que sea un vector? Bueno, recordemos, esto lo vimos en cinemática, pero un vector posee dirección, por si acaso, dirección, vamos a escribirlo. Además de eso puede ser un sentido. Y lo más importante que debería ir acá al principio, que posee una magnitud. Vamos a abriarlo simplemente como max. Posee magnitud, dirección y sentido. Por ejemplo, acá tengo dos personas aplicando, ojo, aplicando o generando la una fuerza, que si yo lo veo por flechitas, podríamos decir que son iguales las flechas en magnitud. Es como es un vector, se simboliza con flechas. Entonces, esta persona está aplicando una fuerza hacia la derecha y él hacia la izquierda sobre el mismo objeto, pero ambas fuerzas podrían a lo mejor eventualmente tener la misma magnitud. Están en la misma dirección que es la línea, pero en sentido totalmente opuesto. Recordemos que la magnitud es el número que va a indicar el tamaño del vector. Por ejemplo, yo podría decir, “Oye, esta fuerza es de 80” y esta persona también es de 80, pero el de él es de 80 y va hacia la izquierda y ella es de derecha. Va a tener consecuencias distintas en el movimiento del objeto. Por eso es importante, recordar que la fuerza es un vector. No es lo mismo aplicar una fuerza hacia la derecha que hacia la izquierda. El resultado del movimiento va a ser totalmente opuesto a lo mejor a lo esperado. Y es importante siempre destacarla como vectores. Es súpermente importante también que se te pide la magnitud de una fuerza, te olvidas de la dirección y del sentido. Ojo, siempre y cuando te pidan la magnitud. Pero en este caso tenemos el ejemplo de que la fuerza es vectorial y tiene consecuencia totalmente distinta dependiendo hacia donde se esté aplicando, por si acaso. Vamos entonces a la Ley de Newton y vamos a ir a la primera ley de Newton, acá está el señor Sir Isaac Newton, que fue en el año 1687, justamente, donde él promulga estas leyes. A través de un una obra físico matemática que es bastante conocida. Pero bueno, vamos entonces a lo que son las leyes de Newton, mejor que dice así: la primera ley de Newton, que es el principio de inercia, que dice lo siguiente: un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (MRU), estudiando cinemática, a menos que, y esto es sumamente importante, así que lo vamos a destacar, dice, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Es decir, un objeto se va a mantener en su estado actual, que su estado actual puede ser perfectamente reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Lo más seguro es que tú has visto la situación donde hay un objeto que está en reposo. Por ejemplo, si tú dejas tu celular en la mesa y lo dejas ahí durante, uf, una eternidad, el objeto va a seguir ahí, a menos que alguien llegue y lo tome. Y cuando lo toma, está entrando en contacto y eso se quiere decir que está aplicándole una fuerza. Entonces, en ese sentido, perturba el estado actual del objeto. O si el objeto estaba a velocidad constante, va a seguir a velocidad constante. Y tú dirás, “Oye, pero yo veo que los objetos cuando yo lanzo una pelota, la pelota se termina deteniendo”. Bueno, eso va a ocurrir, básicamente, por lo siguiente. Vamos a verlo en una simulación. Acá tenemos, por ejemplo, este archivador gigante, hay una persona, hay una casita y hay otras cosas, un árbol y está una regla abajo. Si yo le aplico una fuerza hacia la derecha, voy a tener que compartir contra ciertas fuerzas que existen en la naturaleza. Por ejemplo, yo aplico una fuerza, dice hacia la derecha, fuerza aplicada y hacia la izquierda, dice fuerza de fricción, no sé si lo alcanzas a leer.
[6:17]La simulación no se puede expandir más, pero se la voy a quitar. Voy a decirle que no haya fuerza de fricción. Entonces yo le voy a aplicar una fuerza a este objeto, ¿cierto? Y lo voy a dejar de aplicar. En un ambiente absolutamente sin nada de fricción, teóricamente, este objeto debería seguir en movimiento para siempre. Nunca, absolutamente, nunca debería detenerse, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Entonces, no sé si irá a chocar con la casa, pero si una fuerza externa actúa sobre él, el objeto se va a detener. No, pasó por el frente de la casa y va a seguir así. Entonces va a seguir y va a seguir avanzando para siempre. ¿Dónde pasa esta situación? Realmente, esta situación pasa en el espacio. En el espacio no hay aire, no hay nada, no hay fricción. Si tú lanzas un objeto en el espacio, el objeto va a seguir girando para siempre y eso es lo que le pasa a muchos planetas, estrellas, asteroides en el universo. Están ahí moviéndose para siempre, a menos que una fuerza externa actúe sobre ellos. Veamos, entonces el objeto se va a empezar a mover, se está moviendo y lo va a seguir haciendo, a menos que una fuerza externa lo detenga. Entonces, si ¿qué pasa si yo lo vuelvo a empujar? Y de repente aparece el señor roce. El roce es el que detiene los objetos. Cuando tú empujas un mueble y este se detiene, es por acción del roce, y el roce justamente genera, ojo, genera una fuerza externa sobre el objeto y lo detiene. Ahora, si el objeto está quieto ahí, va a seguir quieto para siempre, a menos que una fuerza externa lo mueva, ¿ya?. Okay, entonces eso es el principio de inercia, que establece de que un objeto mantiene velocidad constante o fuerza constante, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Ahora, el principio algo sumamente importante está asociado a la masa, se me había olvidado mencionar aquello. Mientras más masa tiene el objeto, más inercia va a tener. Y quiero mostrártelo, menos mal que me acordé en la simulación. Por ejemplo, estábamos moviendo una cabina de archivos de 200 kg. Veamos si yo lo cambio por un libro, simplemente, y intento mover esto. Es sumamente fácil porque la oposición a moverse del objeto es mínima. Entonces, mientras menos inercia tenga el objeto, menos va a costar sacarlo de su estado de reposo. Y eso tiene que ver directamente porque justamente la inercia establece esa oposición al movimiento. Entonces, mientras menos masa, menos inercia. Y eso se ve ejemplificado bastante en lo que son movimientos circulares, ¿ya? Pero eso lo veremos más adelante. Vamos al siguiente principio, que es la segunda ley de Newton, que es el principio de movimiento. La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él es inversamente proporcional a la masa. Este a lo mejor podríamos decir que es el la segunda, es la ley más compleja de la Ley de Newton, porque es la que involucra el cálculo en cierta manera y directamente se ejemplifica mostrando dos números. Entonces, vamos a leerlo de nuevo para poder hacer una lectura más lenta, que dice así: Segunda Ley, Principio de Movimiento, en la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional. ¿Qué significa que sea directamente proporcional? Es que si uno aumenta el otro también y lo cual tiene sentido. A la fuerza neta, porque mira, si yo aplico más fuerza, evidentemente voy a lograr mayor aceleración en un objeto. Recuerda que la aceleración es la variación de la velocidad. Entonces si yo aplico más fuerza, voy a obtener mayor variación en la velocidad. Y actúa sobre él y es inversamente proporcional, inversamente proporcional a la masa. También tiene sentido, ya que si un objeto tiene mucha masa, me va a costar más generar aceleración. Por lo tanto, voy a tener que generar más fuerza si hay más masa y la aceleración que voy a lograr no es tanta. Ahora, esta ley está ejemplificada y de hecho, esta ley se reduce a esta ecuación. La ecuación es esta que está acá, la voy a destacar, la que está en ahí, en amarillo, que es la sumatoria de fuerzas es igual a la masa por la aceleración. Este símbolo significa sumatoria, la F con la rayita arriba que es un vector, significa fuerzas. Su unidad de medida es el Newton, lo vamos a explicar en seguida. Y esto es igual al producto, es decir, a la multiplicación entre la masa que se mide en kilogramos y la aceleración que se mide en metros/ segundo cuadrado. A la sumatoria de fuerzas también se le conoce como la fuerza neta. De hecho esta ley en algunos libros le llaman la ley de fuerza neta. Que quiere decir eso, de que es cuando cuando ti te veas enfrentado a un ejercicio donde te piden la fuerza neta, tú lo que tienes que hacer es sumar las fuerzas. Así de simple. Entonces, vamos nuevamente a la simulación para que veas algo importante. Vamos a cambiar esto por un nuevamente por la cabina de archivos y si te das cuenta que sobre la cabina de archivo están aplicándose dos fuerzas. Ya, acá tengo otra simulación donde aparece algo muy similar, hay una caja, tengo una fuerza que va a hacer arriba y una fuerza que va hacia abajo. Es exactamente lo mismo que tengo acá. Solo que le ponen nombres. Ah, no, le ponen exactamente los mismos nombres, F y F. Fuerza que vamos a ver más adelante en la próxima clase cuando veamos los tipos de fuerza. Esta es la fuerza de gravedad, que es la fuerza llamada peso. Y esta es la fuerza normal, que es una fuerza de reacción, justamente a la fuerza peso que lo veremos ahora con la tercera ley de Newton. Entonces, ¿qué ocurre? En este caso, el objeto está quieto. Tengo solamente dos fuerzas actuando sobre él en el eje Y. Por lo tanto, mi sumatoria de fuerzas vendría siendo la fuerza normal, la fuerza de gravedad. Entonces, veamos para esa situación ahí, si yo hago la sumatoria de fuerzas, voy a poner sumatoria de fuerzas, esa sumatoria de fuerzas sería fuerza normal más fuerza gravedad, que también la vamos a conocer como peso y le vamos a llamar peso más adelante. Entonces, esto es igual a la masa por la aceleración. Bueno, la masa de quién? Me dicen que este objeto acá tiene 200 kg de masa. Vamos a poner acá 200 kg de masa por la aceleración. Pero ¿qué ocurre? Si tú te das cuenta en el dibujito, las dos fuerzas tienen igual magnitud, igual tamaño, por si acaso. A eso me refiero con eh con ¿cómo se llama? Igual magnitud, tienen igual tamaño. No, no aparecen acá. ¿Qué significa eso? De que tienen el mismo número. Pero están en la misma dirección, pero en sentido totalmente opuesto. Inciso, todo esto lo veremos en detalle en la próxima clase que vemos, veremos tipos de fuerza. Pero el objeto si yo lo veo está en reposo. No está cambiando su velocidad. Su velocidad es la misma todo el rato, no cambia. Se mantiene constante. Una velocidad constante, si acaso, implica aceleración cero. ¿Por qué? Porque al no haber cambio en la velocidad no hay aceleración, aceleración nula. Por lo tanto, en este caso me da aceleración cero y a multiplicarlo por 200 es cero. Todo esto que está acá es cero. Y eso qué quiere decir? Que la fuerza normal sumada con la fuerza de gravedad me da cero, es decir, la sumatoria de fuerzas es cero. Cuando un objeto está a velocidad constante o está en reposo, la sumatoria de fuerzas es cero por la sencilla razón de que no existe aceleración. Seguiremos profundizando eso en la próxima clase. Ahora, algo importante también a destacar sobre las fuerzas es su unidad de medida, que es Newton. ¿Qué significa un Newton? ¿Qué, dónde puedo ver un Newton de fuerza? ¿Cómo puedo sentir un Newton de fuerza? Lo vamos a ver enseguida. Un Newton equivale justamente a 1 kg de masa multiplicado por 1 metro sobre segundo cuadrado. Tú dirás, “Ya, pero ¿cómo puedo enfrentarme a una aceleración de 1 m/s²?” Bueno, podríamos hacer una modificación. Podríamos decir que también 1 Newton, y eso lo vas a ver, equivale a 0,1 kg multiplicado por 10 m/s². Tú dirás, “Ya, pero cambié un número por un decimal y esto me dará lo mismo?” Sí. Si tú multiplicas 0,1 por 10 te da 1. Ya, ah, puse kilogramos acá, Newton, perdón. Pero es si tú multiplicas 0,1 kg por 10 te da 1. Pero ¿por qué te doy este ejemplo? Bueno, tu celular, lo más seguro es que tiene una masa aproximadamente de 110, 120 g, que aproximadamente equivalen a 0,1 kg. Si haces la conversión de unidades. Entonces tú, tú, al tomar tu teléfono, sobre tu mano y sostenerlo, estás sosteniendo una masa de 0,1 kg aproximadamente ante la aceleración de gravedad. Y la magnitud de la aceleración de gravedad es aproximadamente 10, es 9,8 en realidad, pero es aproximadamente 10. Por lo tanto, tú al sostener tu celular en la mano, estás aproximadamente aplicando sobre él una fuerza equivalente a 1 Newton. Eso es un Newton de fuerza. Ahora, en el estricto rigor, la unidad de medida de Newton proviene de kg por metro/segundo cuadrado. En eso nos tenemos que quedar. Cuando yo hablo de Newton, de la fuerza Newton y vamos a borrar acá esto que puse aquí, el 1, el kg y eso. Cuando yo hablo de Newton, significa de que estoy multiplicando kilogramos por metro/segundo cuadrado. Con eso te tienes que quedar. Eso significa la unidad de medida Newton. Y finalmente vamos a la tercera ley de Newton que dice así. Tercera ley, principio de acción y reacción. Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza, vamos a ir, cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, este a su vez ejerce sobre A una fuerza de igual magnitud, igual dirección, pero en sentido contrario, esto es bastante relevante. Acción y reacción. Si yo genero una fuerza sobre un objeto, el objeto genera la misma fuerza con igual magnitud, igual dirección, pero en sentido totalmente opuesto. Tú dirás, “Oye, o sea, las cosas generan fuerza sobre nosotros?” Sí. Cuando tú te apoyas en una pared, y quiero que hagas este ejercicio, párate frente a una pared rígida, sólida, evidentemente, que no se mueva y empuja la pared. Tú vas a sentir de que vas a salir eyectado hacia atrás. Y eso se genera justamente, porque, bueno, por la sencilla razón de que la pared está generando la misma fuerza sobre ti. Y acá está ejemplificado con un dibujito. Vamos a verlo en la simulación igual. Pero cuando el cuerpo A genera una fuerza sobre el cuerpo B, el cuerpo B genera la misma fuerza sobre el cuerpo A. Le devuelve la fuerza, y esto se ve en todas las situaciones. La tercera ley de Newton aplica en todo. Veámoslo en la simulación. Aquí está la simulación, pero en esta simulación. Acá tengo paredes. Voy a quitar, voy a ponerle, que no tengo fricción. Voy a estar sobre una superficie con rose y voy a aplicar una fuerza hacia acá. Mejor hacia el otro lado. Vamos a llegar ahí. Ya choqué. Pero vemos, voy a aplicar una fuerza hacia la derecha. Ya estoy aplicando justamente una fuerza hacia la derecha. Voy a borrar justamente la grabación. Ahora sí. Estoy aplicando una fuerza sobre la derecha. Y el muro está aplicando la misma fuerza al objeto hacia la izquierda. Entonces vamos a ponerle acá playback. Vamos a retroceder la grabación. Y cuando yo ahí le genero una fuerza, ahí está. Fuerza aplicada. El muro genera la misma fuerza en la misma dirección, ¿qué significa en la misma dirección? Que están en la misma línea, pero en sentido totalmente contrario. Esa es la tercera ley de Newton. La tercera ley de Newton justamente nos dice aquello. Que a todo cuerpo que aplico una fuerza, le corresponde la misma, pero en sentido contrario. Ahora, ¿por qué un objeto a veces se puede mover y no mover? Bueno, eso depende directamente de la inercia justamente que tenga el cuerpo. Entonces, esas son las tres leyes de Newton. Tercera ley de Newton, acción y reacción. Segunda ley de Newton, justamente, es el principio de movimiento o también que se le llama fuerza neta y la primera ley de Newton es el principio de inercia. Espero que te hayan quedado clara y nos vemos en la siguiente clase con los tipos de fuerza. Hasta luego, chao.
