Ejercicios: Primera ley: la inercia

Va de pie en el autobús, sin agarrarse a nada, y de pronto el conductor frena bruscamente. ¿Hacia dónde se inclina su cuerpo, hacia delante o hacia atrás? Explíquelo usando la primera ley de Newton.

¿Por qué es obligatorio llevar puesto el cinturón de seguridad incluso en los asientos traseros del carro? Explique qué le ocurriría a su cuerpo en un frenazo fuerte si no lo llevara, relacionándolo con la inercia.

Usted coloca una moneda sobre un cartón que tapa la boca de un vaso y jala el cartón de golpe, en horizontal, como se muestra en la figura.

La moneda cae dentro del vaso en lugar de salir volando con el cartón. Explique el truco con la primera ley de Newton.

Complete la frase con las palabras que faltan: «Si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es cero, un cuerpo que está en reposo $\dots$ en reposo y un cuerpo que se mueve sigue moviéndose con movimiento $\dots$ y $\dots$ y velocidad $\dots$». Ponga después un ejemplo de cada caso.

Cuando un carro arranca de repente, los pasajeros notan cómo la cabeza se les va hacia atrás, contra el reposacabezas. ¿Significa eso que una fuerza los empuja hacia atrás? Explíquelo con la idea de inercia.

En un partido de hockey sobre hielo, un jugador golpea el disco y este se desliza casi sin frenar hasta la otra punta de la pista. ¿Qué dice la primera ley de Newton sobre el movimiento del disco mientras nadie lo toca? ¿Por qué acaba parándose en una pista real?

Mariana está sentada en el sofá de su casa. ¿Está en reposo o en movimiento? Responda eligiendo dos sistemas de referencia distintos:

1. a) Respecto a las paredes de su casa.
2. b) Respecto al Sol.

¿Qué concluye sobre afirmar, sin más, que «está quieta»?

Para quitar el polvo a una alfombra se cuelga y se golpea con un sacudidor: la alfombra se mueve de golpe y el polvo sale despedido. Explique el fenómeno usando la inercia del polvo.

En los espectáculos se ve el truco de tirar de un mantel de golpe sin que se caigan los platos que hay encima, como se muestra en la figura.

1. a) Explique por qué funciona usando la primera ley de Newton.
2. b) ¿Qué cree que pasaría si tirara del mantel muy despacio? Razone la respuesta.

Marcos va en un tren que circula a velocidad constante por una vía recta y lanza una pelota verticalmente hacia arriba, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cae la pelota otra vez en su mano, delante o detrás? Justifíquelo.
2. b) ¿Cambiaría la respuesta si el tren estuviese frenando justo en ese momento? Explíquelo.

En un avión en pleno vuelo, para usted su maleta va quieta en el compartimento superior; sin embargo, para alguien que pudiera verlo desde tierra, la maleta se mueve a unos $900\ \text{km/h}$.

1. a) ¿Quién tiene razón?
2. b) Explique qué es un sistema de referencia y por qué el reposo y el movimiento siempre se describen respecto a uno.

La cabeza de un martillo se ha aflojado del mango. Su abuelo lo arregla golpeando el extremo inferior del mango contra el suelo unas cuantas veces, con golpes secos.

1. a) Explique, usando la inercia, por qué la cabeza se encaja al hacerlo así.
2. b) ¿En qué se parece este truco al de sacudir la alfombra para quitarle el polvo? Nombre el concepto que hay detrás de los dos.

En un autobús que toma una rotonda hacia la izquierda, como se muestra en la figura (vista desde arriba), los pasajeros que van de pie se inclinan hacia la derecha.

1. a) ¿Los empuja alguna fuerza hacia la derecha?
2. b) Explíquelo con la primera ley de Newton, pensando en la dirección que tiende a seguir cada cuerpo.

Una bola rueda por el suelo del patio y acaba parándose aunque nadie la toca. Un amigo dice: «Esto demuestra que la primera ley de Newton no se cumple en la vida real». ¿Tiene razón? Explique qué fuerza interviene y qué pasaría sobre una superficie perfectamente lisa y sin rozamiento.

Una nave espacial viaja por el espacio profundo, lejos de planetas y estrellas, con los motores apagados.

1. a) ¿Qué hace la nave: se detiene, se frena poco a poco o sigue a velocidad constante? Justifíquelo con la primera ley.
2. b) ¿Hace falta gastar combustible para mantener la velocidad? ¿Y para cambiarla? Explique la diferencia.

Al girar rápidamente un paraguas mojado, las gotas de agua salen despedidas en línea recta.

1. a) Explique con la inercia por qué las gotas no siguen girando con el paraguas cuando se sueltan.
2. b) ¿Qué las retenía pegadas a la tela mientras giraban?

Una botella de agua llena cuelga de un hilo y lleva otro hilo igual atado por debajo, como se muestra en la figura. Si usted tira del hilo de abajo despacito, se rompe el hilo de arriba; pero si tira de golpe, se rompe el de abajo.

1. a) Explique por qué, al tirar despacio, se rompe el hilo superior (piense en qué fuerzas aguanta cada hilo).
2. b) Explique, con la inercia de la botella, por qué al tirar de golpe se rompe el hilo inferior.
3. c) Prediga qué pasaría con una botella casi vacía y razone qué papel juega su masa.

Laia lleva un globo de helio atado con un hilo corto en el carro. Sorprendentemente, al frenar, el globo se inclina hacia atrás, justo al contrario que los pasajeros.

1. a) Describa qué les pasa a los pasajeros al frenar y explíquelo con la inercia.
2. b) El aire del interior del carro también tiene inercia: razone qué le pasa a ese aire al frenar y cómo eso explica que el globo, más ligero que el aire, se vaya hacia atrás.

Un libro está apoyado sobre el tablero liso de un carro (casi sin rozamiento). Describa y explique con la primera ley qué le pasa al libro en cada situación:

1. a) El carro arranca bruscamente.
2. b) El carro circula a velocidad constante por una recta.
3. c) El carro frena fuerte.
4. d) En un carro real el tablero no es tan liso: ¿qué papel juega el rozamiento entre el libro y el tablero?

Un skater baja por la calle y su patineta choca contra una piedra pequeña: la patineta se queda clavada y él sale volando hacia adelante.

1. a) Explique con la primera ley por qué sale despedido.
2. b) Relacione este accidente con la función del cinturón de seguridad en un carro.
3. c) Si en lugar de una piedra la patineta frenara poco a poco al meterse en el zacate, ¿saldría despedido con tanta violencia? Justifíquelo.

Imagine que viaja en un vagón de tren sin ventanas, tan bien aislado que no oye ni nota nada del exterior, y el tren va a velocidad constante por una vía perfectamente recta y lisa.

1. a) ¿Podría saber, sin mirar afuera, si el tren está parado o se mueve? Justifíquelo con la primera ley.
2. b) ¿Y si el tren acelerara o frenara? Describa una prueba sencilla que podría hacer dentro del vagón para notarlo.

Bruno lleva un vaso plástico lleno de agua hasta el borde, apoyado en el reposabrazos del carro.

1. a) Explique con la inercia por qué el agua se derrama hacia atrás cuando el carro arranca fuerte.
2. b) Prediga qué pasará al tomar una curva rápida hacia la derecha y justifíquelo.
3. c) ¿Se derramaría el agua circulando a $120\ \text{km/h}$ por una recta, si el carro va suave y sin cambios de velocidad? Explique la diferencia.

Un camión cisterna transporta leche con el tanque a medio llenar. El conductor nota que, al frenar, la carga «empuja» el camión hacia delante.

1. a) Explique con la primera ley qué hace la leche dentro del tanque al frenar.
2. b) ¿Por qué es más peligroso llevar el tanque a medias que completamente lleno, sin espacio para que la carga se mueva?
3. c) ¿Qué precauciones debería tomar el conductor? Relaciónelas con la inercia.

Una persona ciclista que circula a velocidad constante por una recta suelta una llave inglesa, dejándola caer desde su mano sin empujarla. Desprecie la fricción con el aire.

1. a) Visto por la propia persona ciclista, ¿cae la llave justo debajo del punto donde la soltó, por delante o por detrás? Justifíquelo.
2. b) Describa la trayectoria que ve una persona parada en la acera.
3. c) Explique la diferencia entre ambas descripciones usando los sistemas de referencia y la inercia.