La Segunda Ley de Newton, también conocida como la Ley de la Aceleración, establece que la aceleración de un objeto depende de la fuerza neta aplicada sobre él y de su masa. En términos simples, si aplicas más fuerza a un objeto, se acelerará más, y si el objeto tiene más masa, se acelerará menos para la misma cantidad de fuerza.
Para entender mejor esta ley, veamos diez ejemplos prácticos:
1. Empujar un carro de supermercado
Cuando empujas un carro de supermercado vacío, es fácil moverlo porque tiene poca masa.
Si aplicas una fuerza a un carro vacío, se acelerará rápidamente. Si el carro está lleno de compras y pesa más, con la misma fuerza aplicada, la aceleración será mucho menor.
Esto muestra cómo la masa afecta la aceleración: a mayor masa, menor aceleración para la misma fuerza.
2. Lanzar una pelota de béisbol
Supongamos que lanzas una pelota de béisbol con mucha fuerza. La pelota tiene poca masa, por lo que se acelerará mucho más rápido que un objeto más pesado.
Este ejemplo demuestra cómo una fuerza considerable puede producir una alta aceleración en un objeto de masa pequeña.
3. Frenar un coche
Cuando un coche frena, se aplica una fuerza hacia atrás para reducir su velocidad. Si un coche pesado se frena con una fuerza significativa, su desaceleración será proporcional a la fuerza aplicada y la masa del coche.
En este caso, la energía cinética del vehículo se convierte en energía térmica que se dissimpa en el ambiente debido a la fuerza de fricción de los frenos.
4. Arrastrar una caja en el suelo
Imagina que arrastras una caja por el suelo aplicando una fuerza. Si la caja tiene poca masa, se moverá más rápido. Si la caja es más pesada y aplicas la misma fuerza, la aceleración será menor.
En este ejemplo, la fuerza resultante que se aplica en la fórmula de la segunda ley de Newton és fuerza aplicada por nosotros menos la fuerza de rozamiento del suelo que siempre es contraria a la dirección del movimiento.
5. Correr con una mochila
Si corres con una mochila ligera en tu espalda y aplicas una fuerza hacia adelante, la aceleración será alta. Si llevas una mochila más pesada, la misma fuerza aplicada resultará en una aceleración menor.
Si además estás subiendo una montaña, deberás vencer la fuerza de la gravedad de forma proporcional a la masa de la mochila.
6. Subir una montaña en bicicleta
Al subir una montaña en bicicleta, necesitas aplicar suficiente fuerza para vencer la gravedad y la resistencia del terreno, al igual que sucedía con la mochila del ejemplo anterior.
Si tu bicicleta y tú tienen poca masa, la aceleración hacia arriba será mayor. Si llevas más carga y la masa total es mayor, la misma fuerza resultará en una aceleración menor.
Por otro lado, también tendrás que ejercer una fuerza horizontal superior a la fuerza de rozamiento con el suelo y los rodamientos para obtener una aceleración lineal.
7. Despegar en un avión
Durante el despegue, un avión necesita generar suficiente fuerza para superar la gravedad y alcanzar la velocidad de vuelo. Si el avión tiene una masa grande, necesita una fuerza considerable para acelerarse.
La relación entre la fuerza aplicada y la masa del avión determina su aceleración durante el despegue. Por esta razón, se debe considerar la carga del avión para que no sea excesiva en relación con la potencia del motor.
8. Lanzar un cohete al espacio
El lanzamiento de un cohete es un excelente ejemplo de la Segunda Ley de Newton. Un cohete, al ser lanzado, requiere una gran cantidad de fuerza para vencer la gravedad y la resistencia del aire. Si el cohete tiene una masa significativa, necesitará una gran fuerza para lograr una alta aceleración.
A medida que el cohete quema combustible y pierde masa lo que significa que la aceleración aumenta si la fuerza permanece constante. Además, a medida que se aleja del centro de la Tierra, la fuerza gravitacional disminuye con la distancia contribuyendo a aumentar la aceleración del cohete.
9. Empujar una silla
Si empujas una silla ligera, se moverá fácilmente con poca fuerza. Si la silla es más pesada o hay alguien sentado sobre ella, la misma cantidad de fuerza producirá una menor aceleración.
Este ejemplo es fácilmente reproducible para mostrar cómo la masa del objeto afecta la aceleración cuando se aplica una fuerza.
10. Caída libre con resistencia del aire
En la caída libre de un objeto, la fuerza neta incluye la gravedad y la resistencia del aire.
Si una pelota cae con una fuerza de gravedad y la resistencia del aire es significativa, la aceleración de la caída será menor que si no hubiera resistencia del aire de acuerdo con las leyes que regulan la mecánica de fluidos.