Primera ley de Newton: la inercia

Colocas una moneda sobre un cartón que tapa la boca de un vaso y tiras del 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. Explica el truco con la primera ley de Newton.

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. Explica 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) Explica por qué funciona usando la primera ley de Newton.
2. b) ¿Qué crees que pasaría si tirases del mantel muy despacio? Razona la respuesta.

Completa 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 $\dots$». Pon después un ejemplo de cada caso.

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?

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? Explica 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 para, se frena poco a poco o sigue a velocidad constante? Justifícalo con la primera ley.
2. b) ¿Hace falta gastar combustible para mantener la velocidad? ¿Y para cambiarla? Explica la diferencia.

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

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

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

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

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

Marc 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? Justifícalo.
2. b) ¿Cambiaría la respuesta si el tren estuviese frenando justo en ese momento? Explícalo.

Imagina que viajas en un vagón de tren sin ventanas, tan bien aislado que no oyes ni notas nada del exterior, y el tren va a velocidad constante por una vía perfectamente recta y lisa.

1. a) ¿Podrías saber, sin mirar fuera, si el tren está parado o se mueve? Justifícalo con la primera ley.
2. b) ¿Y si el tren acelerase o frenase? Describe una prueba sencilla que podrías hacer dentro del vagón para notarlo.

Vas de pie en el camión, sin agarrarte de nada, y de pronto el conductor frena bruscamente. ¿Hacia dónde se inclina tu cuerpo, hacia adelante o hacia atrás? Explícalo usando la primera ley de Newton.

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

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

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

1. a) Explica con la primera ley por qué sale despedido.
2. b) Relaciona este accidente con la función del cinturón de seguridad en un auto.
3. c) Si en lugar de una piedra la tabla frenara poco a poco al meterse en el pasto, ¿saldría despedido con tanta violencia? Justifícalo.

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

1. a) Explica, 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? Nombra el concepto que hay detrás de los dos.

En un camión que toma una glorieta 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) Explícalo con la primera ley de Newton, pensando en la dirección que tiende a seguir cada cuerpo.

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

1. a) Explica con la inercia por qué las gotas no siguen girando con el paraguas cuando se sueltan.
2. b) ¿Qué las retenía pegadas al tejido 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 tiras del hilo de abajo despacito, se rompe el hilo de arriba; pero si tiras de golpe, se rompe el de abajo.

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

Sofía 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) Describe qué les pasa a los pasajeros al frenar y explícalo con la inercia.
2. b) El aire del interior del carro también tiene inercia: razona 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 fricción). Describe y explica 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 la fricción entre el libro y el tablero?

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

1. a) Explica con la inercia por qué el agua se derrama hacia atrás cuando el carro arranca fuerte.
2. b) Predice qué pasará al tomar una curva rápida hacia la derecha y justifícalo.
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? Explica la diferencia.

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

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

Un ciclista que circula a velocidad constante por una recta suelta una llave inglesa, dejándola caer desde su mano sin empujarla. Desprecia el rozamiento con el aire.

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