Ejercicios: Fuerzas equilibradas y no equilibradas y la primera ley de Newton

Enuncia con tus propias palabras la primera ley del movimiento de Newton. Luego define la inercia y explica cómo se relaciona con la primera ley.

Clasifica cada situación según actúen fuerzas equilibradas o fuerzas no equilibradas sobre el objeto:

(a) Un libro descansa sobre una mesa.

(b) Un balón de fútbol es pateado y aumenta su rapidez.

(c) Un carro avanza a 25 m/s constantes por una carretera recta y plana.

(d) Un paracaidista aumenta su rapidez al comenzar la caída.

Un disco de hockey se desliza sobre hielo liso. ¿Cuál de estas opciones explica mejor por qué se detiene al final: (1) se le acaba la fuerza, (2) actúa la fricción sobre él, o (3) quiere estar en reposo? Explica tu elección usando la primera ley de Newton.

Olivia viaja en un autobús escolar que avanza hacia adelante a rapidez constante. El conductor frena de repente y el cuerpo de Olivia se lanza hacia adelante. Usa la primera ley de Newton y la idea de inercia para explicar por qué ocurre esto. Indica qué fuerza actúa sobre el autobús y si, al principio, alguna fuerza horizontal actúa directamente sobre el cuerpo de Olivia.

Dos estudiantes empujan una caja sobre el piso desde lados opuestos. Ethan empuja hacia el este con 40 N y Chloe empuja hacia el oeste con 25 N. La fricción es tan pequeña que puede ignorarse.

(a) Halla la fuerza neta, con su dirección.

(b) ¿Las fuerzas están equilibradas o no equilibradas?

(c) Predice cómo cambiará el movimiento de la caja.

(d) Si la caja parte del reposo, ¿con qué fuerza tendría que empujar Chloe para que el movimiento de la caja no cambie?

Una nave espacial, lejos de cualquier planeta o estrella, enciende su motor, alcanza una rapidez de 2,000 m/s y luego apaga el motor. Supón que después no actúan fuerzas significativas sobre ella.

(a) Describe el movimiento de la nave después de apagar el motor.

(b) Explica tu respuesta usando la primera ley de Newton.

(c) En cambio, ¿por qué un carro en la Tierra va frenando cuando el conductor suelta el acelerador?

Un carrito se mueve con velocidad constante por una pista horizontal. Liam dibuja un diagrama de cuerpo libre con estas fuerzas: peso de 20 N hacia abajo, fuerza normal de 20 N hacia arriba, fuerza aplicada de 6 N hacia adelante y fricción de 6 N hacia atrás.

(a) Calcula la fuerza neta en la dirección vertical y en la horizontal.

(b) ¿Cambia el estado de movimiento del carrito? Justifica con la primera ley de Newton.

(c) Liam afirma: «El carrito se mueve con velocidad constante porque la fuerza de 6 N hacia adelante lo mantiene en marcha, así que sin fuerza no hay movimiento». Identifica el error en su razonamiento y corrígelo.

(d) Describe qué le pasa al movimiento del carrito si la fuerza aplicada aumenta de repente a 10 N, y da la fuerza neta.

Una moneda descansa sobre una tarjeta colocada encima de un vaso. Camila golpea la tarjeta horizontalmente con un movimiento rápido, y la moneda cae directo dentro del vaso.

(a) Identifica sobre qué objeto actúan fuerzas horizontales y sobre cuál no, justo después del golpe.

(b) Usa la inercia y la primera ley de Newton para explicar por qué la moneda cae en el vaso en lugar de moverse con la tarjeta.

(c) Explica qué fuerza hace caer la moneda una vez que la tarjeta ya no está.

(d) Predice qué cambiaría si Camila jalara la tarjeta lentamente y explica por qué.