Segunda ley de Newton: fuerza y aceleración

Un coche teledirigido tiene una masa de $2\ \text{kg}$. ¿Qué fuerza neta hace falta para que acelere a $3\ \text{m/s}^2$? Aplica $F = m \cdot a$.

El newton es la unidad de fuerza del Sistema Internacional: $1\ \text{N}$ es la fuerza que hay que aplicar a una masa de $1\ \text{kg}$ para que acelere a $1\ \text{m/s}^2$. A partir de esta definición, calcula:

1. a) Cuántos newtons hacen falta para que una masa de $1\ \text{kg}$ acelere a $3\ \text{m/s}^2$.
2. b) Cuántos newtons hacen falta para que una masa de $3\ \text{kg}$ acelere a $1\ \text{m/s}^2$.

Un repartidor empuja un paquete de $5\ \text{kg}$ por un suelo liso con una fuerza neta de $20\ \text{N}$. ¿Qué aceleración adquiere el paquete? Despeja primero $a$ de la expresión $F = m \cdot a$ y calcula después.

Una mochila tiene una masa de $4\ \text{kg}$. Calcula su peso en la Tierra usando $P = m \cdot g$ con $g \approx 10\ \text{m/s}^2$ para que salga un número redondo.

Una sandía tiene una masa de $2\ \text{kg}$. Calcula su peso en la Tierra tomando el valor exacto $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.

Calcula el peso de una persona de $50\ \text{kg}$:

1. a) Tomando $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.
2. b) Tomando el valor más exacto $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.
3. c) ¿Cuál es la diferencia, en newtons, entre los dos resultados?

Arrastras una caja de $6\ \text{kg}$ por el suelo empujando con $40\ \text{N}$, mientras el rozamiento tira de ella hacia atrás con $10\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuál es la fuerza neta sobre la caja?
2. b) Calcula su aceleración.

Un coche de $1200\ \text{kg}$ acelera de $0$ a $30\ \text{m/s}$ en $6\ \text{s}$. Su motor puede ejercer una fuerza de $7000\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

1. a) Calcula la aceleración del coche.
2. b) Calcula la fuerza neta necesaria para conseguir esa aceleración.
3. c) La diferencia entre la fuerza del motor y la fuerza neta es el rozamiento total (aire y ruedas): ¿cuánto vale?

Un armario de $30\ \text{kg}$ está apoyado en el suelo. Empujas horizontalmente con $100\ \text{N}$ y no se mueve. La figura muestra las fuerzas sobre el armario en esta situación y en la del apartado b.

1. a) Si no se mueve, ¿cuánto vale la fuerza neta sobre él? ¿Qué fuerza hace entonces el rozamiento?
2. b) Ahora empujas con $150\ \text{N}$ y el armario empieza a deslizar; en movimiento, el rozamiento vale $120\ \text{N}$. Calcula la aceleración con la que arranca.
3. c) Explica por qué al principio no se movía aunque empujabas.

Empujas con la misma fuerza un carrito de la compra vacío y otro lleno hasta arriba, como se muestra en la figura.

¿Cuál de los dos acelera más? Explícalo con la segunda ley de Newton, sin hacer cálculos.

La misma fuerza de $12\ \text{N}$ empuja, por separado, una silla de $2\ \text{kg}$ y una mesa de $6\ \text{kg}$ sobre un suelo liso.

1. a) Calcula la aceleración de cada mueble.
2. b) ¿Cuántas veces más acelera la silla que la mesa? Relaciónalo con la relación entre sus masas.

Sobre un lago helado, sin rozamiento apreciable, empujas con la misma fuerza de $60\ \text{N}$, como se muestra en la figura, dos bloques de hielo, uno de $10\ \text{kg}$ y otro de $30\ \text{kg}$, durante $2\ \text{s}$ cada uno. Ambos parten del reposo.

1. a) Calcula la aceleración de cada bloque.
2. b) Calcula la velocidad que alcanza cada uno al cabo de esos $2\ \text{s}$.
3. c) Explica por qué el bloque ligero acaba yendo más rápido aunque la fuerza haya sido la misma.