Ejemplos de la segunda Ley de Newton

Ejemplo 1

Se patea una pelota con una fuerza de 1,2 N y adquiere una aceleración de 3 m/s², ¿cuál es la masa de la pelota?

Datos:

F = 1,2 N

a = 3 m/s²

m = ?

Ejemplo 2

Una piedra de masa 1 kg cae en el vacío, cerca de la superficie terrestre  ¿Cuál es la fuerza aplicada sobre ella y cuanto es su valor?

Existe a partir de las observaciones, una aceleración en dirección del centro de la tierra, que es la gravedad (g), y esta tiene un valor promedio de 9,8 m/s2.  Por lo tanto, según la segunda ley de newton, debe existir una fuerza en la misma dirección. Esta fuerza vertical hacia abajo aplicada sobre la piedra, la denominamos peso (P) de la piedra. Y su valor será:

 

F = m . a

P = m . g

P = 1 kg . 9,8 m/s² = 9,8 N

Ejemplo 3

Un avión de 6000 kg de masa, aterriza trayendo una velocidad de 500 km/h, y se detiene después de 10 segundos de andar en la pista. ¿Cuánto vale la fuerza total de rozamiento que hace posible que se detenga?

Mientras aterriza, el avión a la única fuerza que está sometido es al fuerza de rozamiento (que son varias, pero hablamos de la resultante de todas estas fuerzas de rozamiento). Según la 2^da Ley

F_roz = m . a

Como el avión frena desacelerando uniformemente, podemos calcular esta aceleración:

      esto es             

Y la fuerza será: 

F = - 6000 kg . 13,9 m/s² = - 83400 N

Ejemplo 4

Un elevador que sube acelerando a razón de 0,5 m/s2 lleva, apoyada en el piso, una caja que pesa 200 N ¿ que fuerzas actúan sobre la caja? ¿Cuánto valen cada una?

Este tipo de problemas, conviene, para resolverlos realizar un diagrama de fuerzas, esto es:

Aquí visualizamos las fuerzas que están actuando sobre el cuerpo: Estas son: el peso P (la fuerza con que la tierra lo atrae) y la fuerza de contacto que el piso del ascensor ejerce sobre el cuerpo Fc.

De acuerdo con la ecuación de Newton y considerando positivas a todas las fuerzas que acompañan al movimiento, en este caso hacia arriba:

Fc – P = m . a

Despejando:

Fc = m . a + P

Para calcularlo debemos conocer la masa del cuerpo, su peso y la aceleración:

P = 200 N

a = 0,5 m/s²

Sustituyendo estos valores, tenemos:

Fc = 20,4 kg . 0,5 m/s² + 200 N  = 210, 2 N