Ejercicios: Tercera ley: acción y reacción

Al caminar, su pie empuja el suelo hacia atrás y, sin embargo, usted avanza hacia delante. Identifique la fuerza de acción y la de reacción: explique quién ejerce cada una y sobre qué cuerpo actúa.

Una nadadora avanza porque sus brazos empujan el agua hacia atrás. Explique, con la tercera ley de Newton, por qué empujar el agua hacia atrás la hace avanzar hacia delante.

Usted infla un globo y lo suelta sin atar: sale disparado mientras se desinfla. ¿Qué fuerza lo impulsa? Identifique la acción y la reacción en este caso, indicando sobre qué cuerpo actúa cada una.

Complete la frase de la tercera ley de Newton: «Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, entonces B ejerce sobre A otra fuerza con la misma $\dots$, la misma $\dots$ y sentido $\dots$». Ponga después un ejemplo de la vida cotidiana.

Para que un bote de remos avance, el remero empuja el agua hacia atrás con las palas de los remos. Explique qué fuerza hace el agua sobre los remos y por qué el bote se mueve hacia adelante.

Para saltar hacia arriba usted flexiona las piernas y empuja el suelo hacia abajo. Explique con la tercera ley por qué sale despedido hacia arriba. ¿Quién lo empuja en realidad?

Si usted golpea una pared con el puño, se hace daño, aunque la pared no se haya movido. Explique, con la tercera ley de Newton, de dónde sale la fuerza que le duele.

Un cohete sube porque expulsa gases a gran velocidad hacia abajo, como se muestra en la figura.

Identifique el par acción-reacción y explique por qué el cohete acelera hacia arriba.

Un estudiante afirma: «Si a toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido contrario, las dos fuerzas se anulan y nada podría moverse jamás». Explique dónde está su error, razonando sobre qué cuerpo actúa cada fuerza. Piense en el caso de una persona caminando.

Dos patinadoras sobre hielo, paradas y frente a frente, se empujan con las manos, como se muestra en la figura. Ambas salen deslizándose en sentidos contrarios.

1. a) Identifique la acción y la reacción.
2. b) Si una tiene una masa de $40\ \text{kg}$ y la otra de $80\ \text{kg}$, ¿cuál se mueve más rápido? Razone la respuesta combinando la tercera y la segunda ley.

Al disparar, un cañón empuja la bala hacia delante y él mismo retrocede hacia atrás, como se muestra en la figura.

1. a) Explique el retroceso con la tercera ley de Newton.
2. b) Si la fuerza sobre la bala y sobre el cañón es la misma, ¿por qué el cañón retrocede mucho más despacio de lo que sale la bala? Piense en sus masas.

Caminar sobre hielo pulido es casi imposible: los pies resbalan hacia atrás al intentar avanzar. Relacione el problema con la fuerza de reacción del suelo que usamos para andar y explique por qué con zapatos de suela rugosa sobre una acera seca sí podemos caminar con normalidad.

Un helicóptero se mantiene en el aire porque sus aspas empujan el aire hacia abajo. Explique el par acción-reacción y por qué al helicóptero no le hace falta «apoyarse» en el suelo para subir.

El calamar se propulsa expulsando un chorro de agua por un sifón. Explique cómo usa la tercera ley de Newton para escapar de sus depredadores y nombre otro animal, o un medio de transporte, que se mueva por el mismo principio.

Un niño salta desde la proa de una barquita hacia el muelle, como se muestra en la figura. Al saltar, la barca se aleja hacia atrás y el niño casi cae al agua.

1. a) Explique por qué se mueve la barca.
2. b) Prediga qué pasaría si saltara desde un gran ferry en lugar de desde una barquita. Razone la respuesta pensando en las masas.

Al golpear una pelota con la raqueta, el tenista nota un golpe seco en el brazo.

1. a) Identifique la acción y la reacción del choque entre la raqueta y la pelota.
2. b) Explique por qué la pelota, mucho más ligera, sale disparada mientras el brazo apenas se frena.

En una fábula, un caballo se niega a tirar de la carreta argumentando: «Si yo tiro de la carreta hacia delante con una fuerza, la tercera ley dice que la carreta tira de mí hacia atrás con otra igual; así que nunca podremos movernos». Explíquele con calma al caballo dónde se equivoca, indicando sobre qué cuerpo actúa cada fuerza y qué otras fuerzas (las del suelo sobre sus cascos) hacen posible el movimiento.

Cuando usted salta, empuja la Tierra hacia abajo con una fuerza de $600\ \text{N}$ y la Tierra lo empuja a usted hacia arriba con otros $600\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

1. a) Calcule su aceleración inicial si su masa es de $60\ \text{kg}$ (haga el cálculo simplificado, sin restar el peso).
2. b) La masa de la Tierra es de unos $6\cdot10^{24}\ \text{kg}$: calcule la aceleración que usted le produce a la Tierra.
3. c) Explique por qué nadie nota que la Tierra se mueva cuando saltamos.

Un niño está dentro de un vagón de tren y empuja la pared del fondo con todas sus fuerzas: el vagón no se mueve. Sale fuera, a la plataforma, empuja la misma pared desde allí y el vagón empieza a rodar, poco a poco.

1. a) Explique con la tercera ley por qué desde dentro no consigue moverlo: piense en qué fuerzas se ejercen entre el niño y el vagón (también en sus pies).
2. b) ¿Por qué desde fuera sí lo mueve? ¿Qué cuerpo recibe ahora la reacción?
3. c) Relaciónelo con la imposibilidad de «levantarse a uno mismo tirándose de los pelos».

En una balsa a la deriva, sin corriente ni viento, un náufrago monta un ventilador a pilas que sopla contra la vela del barco para intentar avanzar, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Avanzará la balsa? Analice las fuerzas entre el ventilador, el aire y la vela con la tercera ley.
2. b) ¿Y si quitara la vela y apuntara el ventilador hacia atrás, soplando el aire fuera del barco? Compare los dos casos.

Una rana de $100\ \text{g}$ salta horizontalmente desde una hoja de nenúfar de $200\ \text{g}$ que flota quieta en el agua, como se muestra en la figura.

1. a) Si la rana empuja la hoja con una fuerza de $2\ \text{N}$, ¿con qué fuerza empuja la hoja a la rana? Justifíquelo con la tercera ley.
2. b) Pase las masas a $\text{kg}$ y calcule la aceleración inicial de la rana y la de la hoja.
3. c) Explique por qué la hoja retrocede menos de lo que salta la rana.

Identifique, en cada escena, la fuerza de acción, la de reacción y el cuerpo sobre el que actúa cada una:

1. a) Un jugador de baloncesto bota el balón contra el suelo.
2. b) Una bañista se impulsa contra la pared de la piscina para darse la vuelta.
3. c) Un ventilador de pedestal con rueditas, al encenderlo, tiende a moverse hacia atrás.

Álex ($50\ \text{kg}$) y Martina ($40\ \text{kg}$), ambos sobre patinetas y en reposo, se empujan mutuamente. Durante el empujón, cada uno ejerce sobre el otro una fuerza media de $100\ \text{N}$ durante $0,5\ \text{s}$.

1. a) ¿Con qué fuerza empuja Martina a Álex? ¿Y Álex a Martina?
2. b) Calcule la aceleración de cada uno mientras dura el empujón.
3. c) Calcule la velocidad de cada uno al separarse y comente por qué el más liviano sale más rápido.

En la feria de ciencias ustedes quieren lanzar un cohete de botella: una botella de plástico con agua y aire a presión que expulsa el agua hacia abajo.

1. a) Explique con la tercera ley qué impulsa la botella hacia arriba.
2. b) Prediga qué ventaja tiene expulsar el agua a mayor velocidad y justifíquelo con las leyes de Newton.
3. c) Cuando se acaba el agua, el cohete sigue subiendo un trecho y luego cae: explique esos dos tramos usando la primera ley y el peso del cohete.