Segunda ley de Newton: fuerza y aceleración

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

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 $1\ \text{m/s}^2$.

Sobre el mismo cuerpo aplicamos primero una fuerza de $10\ \text{N}$ y después una de $20\ \text{N}$. Si con la primera fuerza acelera a $2\ \text{m/s}^2$, ¿con qué aceleración se moverá con la segunda? Explica qué relación hay entre la fuerza y la aceleración cuando la masa no cambia.

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

Un scooter eléctrico con su conductor acelera a $3\ \text{m/s}^2$ cuando el motor ejerce una fuerza neta de $150\ \text{N}$. ¿Cuál es la masa del conjunto? Despeja primero $m$ de $F = m \times a$.

Un carro de $1000\ \text{kg}$ pasa de $0$ a $20\ \text{m/s}$ en $5\ \text{s}$.

1. a) Calcula su aceleración (cambio de velocidad dividido entre el tiempo).
2. b) Calcula la fuerza neta que lo ha empujado.

Una mochila tiene una masa de $4\ \text{kg}$. Calcula su peso en la Tierra usando $P = m \times g$ 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?

Una pesa de gimnasio pesa $49\ \text{N}$ (toma $g = 9.8\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Cuál es su masa?
2. b) Si la apoyas en un piso sin fricción y la empujas horizontalmente con $10\ \text{N}$, ¿qué aceleración consigues?

Arrastras una caja de $6\ \text{kg}$ por el suelo empujando con $40\ \text{N}$, mientras la fricción 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 carro 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 carro.
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 la fricción total (aire y llantas): ¿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 la fricción?
2. b) Ahora empujas con $150\ \text{N}$ y el armario empieza a deslizarse; en movimiento, la fricción 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 del supermercado 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 piso 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.

Un perro tira de un trineo de $25\ \text{kg}$ sobre la nieve con una fuerza neta de $50\ \text{N}$.

1. a) ¿Qué aceleración consigue?
2. b) Si después se suben dos niños y la masa total pasa a ser de $100\ \text{kg}$, ¿qué aceleración consigue con la misma fuerza? Compara los dos resultados.

Sobre un lago helado, sin fricción 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.