Tercera ley de Newton: Concepto, ejemplos y ejercicios

Tercera Ley de Newton, también llamada Acción y Reacción, relaciona las fuerzas de interacción entre dos cuerpos.

Cuando un objeto A ejerce una fuerza sobre otro objeto B, ese otro objeto B ejercerá una fuerza de la misma intensidad, dirección y dirección opuesta sobre el objeto A.

Debido a que las fuerzas se aplican a diferentes cuerpos, no se equilibran entre sí.

Tercera ley de Newton: Ejemplos

Ejemplos:

  • Al disparar un disparo, un tirador es impulsado en la dirección opuesta a la bala por una fuerza de reacción al disparo.
  • En la colisión entre un automóvil y un camión, ambos reciben la acción de fuerzas de la misma intensidad y dirección opuesta. Sin embargo, encontramos que la acción de estas fuerzas sobre la deformación de los vehículos es diferente. Por lo general, el automóvil está mucho más “arrugado” que el camión. Esto se debe a la diferencia en la estructura del vehículo y no a la diferencia en la intensidad de estas fuerzas.
  • La tierra ejerce una fuerza atractiva sobre todos los cuerpos cerca de su superficie. Según la tercera ley de Newton, los cuerpos también ejercen una fuerza atractiva en la Tierra. Sin embargo, debido a la diferencia de masa, encontramos que el desplazamiento sufrido por los cuerpos es mucho más considerable que el sufrido por la Tierra.
  • Las naves espaciales utilizan el principio de acción y reacción para moverse. Al expulsar gases de combustión, se conducen en la dirección opuesta al escape de estos gases. Las naves se mueven al expulsar gases de combustión

Aplicación de la tercera ley de Newton

Muchas situaciones en el estudio de la dinámica presentan interacciones entre dos o más cuerpos. Para describir estas situaciones aplicamos la Ley de Acción y Reacción.

Al actuar sobre diferentes cuerpos, las fuerzas involucradas en estas interacciones no se cancelan entre sí.

Dado que la fuerza es una cantidad vectorial, primero debemos analizar vectoralmente todas las fuerzas que actúan sobre cada cuerpo que constituye el sistema, señalando los pares de acción y reacción.

Después de este análisis, establecemos las ecuaciones para cada cuerpo involucrado, aplicando la segunda ley de Newton.

Ejemplo:

Dos bloques A y B, con masas de 10 kg y 5 kg respectivamente, se apoyan en una superficie horizontal perfectamente lisa como se muestra en la figura a continuación. Una fuerza horizontal constante de intensidad de 30N actúa sobre el bloque A. Determine:

a) la aceleración adquirida por el sistema
b) la intensidad de la fuerza que ejerce el bloque A sobre el bloque B

Primero, identifiquemos las fuerzas que actúan en cada bloque. Para esto, aislamos los bloques e identificamos las fuerzas, de acuerdo con las siguientes figuras:

Donde:

fAB: fuerza que ejerce el bloque A sobre el bloque B
fBA: fuerza que ejerce el bloque B sobre el bloque A
N: fuerza normal, es decir, la fuerza de contacto entre el bloque y la superficie.
P: fuerza de peso

Los bloques no tienen movimiento vertical, por lo que la fuerza resultante en esta dirección es cero. Por lo tanto, el peso y la fuerza normales se cancelan mutuamente.

Ya horizontalmente, los bloques tienen movimiento. Luego apliquemos la segunda ley de Newton (FR = m. a) y escribe las ecuaciones para cada bloque:

Bloque A:

F – fBA = mUn . el

Bloque B:

fAB = mB . el

Al unir estas dos ecuaciones, encontramos la ecuación del sistema:

F – fBA+ fAB= (mUn . a) + (mB . a)

Como la intensidad de fAB es igual a la intensidad de fBAporque uno es la reacción a otro, podemos simplificar la ecuación:

F = (mUn + mB) el

Anular los valores dados:

30 = (10 + 5). el

Ahora podemos encontrar el valor de la fuerza que ejerce el bloque A sobre el bloque B. Usando la ecuación del bloque B, tenemos:

fAB = mB . el
fAB = 5. 2 = 10 N

Las tres leyes de Newton

El físico y matemático Isaac Newton (1643-1727) formuló las leyes básicas de la mecánica, donde describe los movimientos y sus causas. Las tres leyes fueron publicadas en 1687 en el libro “Principios matemáticos de la filosofía natural”.

La tercera ley, junto con otras dos leyes (primera ley y segunda ley) forman los fundamentos de la mecánica clásica.

Primera ley de Newton

Primera ley de Newton, también llamada Ley de Inercia, establece que “un cuerpo en reposo permanecerá en reposo y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a menos que esté influenciado por una fuerza externa”

En resumen, la Primera Ley de Newton señala que una fuerza debe actuar para cambiar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo.

Segunda ley de Newton

Segunda ley de Newton establece que la aceleración adquirida por un cuerpo es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan sobre él.

Ejercicios resueltos

1) UFRJ-1999

El bloque 1 de 4 kg y el bloque 2 de 1 kg que se muestran en la figura están yuxtapuestos y soportados sobre una superficie horizontal plana. Se aceleran por la fuerza horizontal del módulo de 10 N aplicado al bloque 1 y se deslizan sobre la superficie con una fricción insignificante.

a) Determine la dirección y la dirección de la fuerza F12 ejercido por el bloque 1 sobre el bloque 2 y calcular su módulo.
b) Determine la dirección y la dirección de la fuerza F21 ejercido por el bloque 2 en el bloque 1 y calcular su módulo.

2) UFMS-2003

Se colocan en una mesa plana, horizontal y sin fricción, dos bloques A y B como se muestra a continuación. Se aplica una fuerza horizontal de intensidad F a uno de los bloques en dos situaciones (I y II). Como la masa de A es mayor que la de B, es correcto afirmar que:

a) la aceleración del bloque A es menor que la de B en la situación I.
b) la aceleración de los bloques es mayor en la situación II.
c) la fuerza de contacto entre los bloques es mayor en la situación I.
d) la aceleración de los bloques es la misma en ambas situaciones.
e) la fuerza de contacto entre los bloques es la misma en ambas situaciones.

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