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Esta animación muestra los gráficos de posición, velocidad y aceleración frente a tiempo para un bloque rojo de 2 kg (no mostrado a escala) empujado por una fuerza neta de 12 N que se mueve sobre un plano con rozamiento (posición en metros y tiempo en segundos). Reinicio.
El bloque rojo está en contacto con (y por tanto empuja a) el bloque verde de
1 kg de masa (tampoco mostrado a escala). Pulse aquí para
ver y animar la situación física
correspondiente. Note que los gráficos posición frente a tiempo de cada bloque se muestran en el color correspondiente a los bloques. Por otra parte, los bloques se mueven juntos para la situación física adecuada; ambos bloques tienen la misma velocidad y aceleración,
v(t) y a(t), por lo que se utiliza un solo color.
Ahora le dejamos que determine qué fuerzas de contacto se requieren para lograr la situación física adecuada. Cuando esté preparado pulse el botón
"dar valores y marcha'' con los parámetros que encuentra por
defecto. ¿Qué sucede? El bloque rojo "pasa a través" del verde porque las fuerzas de contacto no son las apropiadas. El bloque rojo tiene una fuerza de
2 N actuante sobre él y el bloque verde no es accionado por fuerza alguna. Por supuesto, sobre ambos objetos actúan el peso y la fuerza normal, pero son fuerzas equilibradas que se cancelan. Sólo estamos considerando aquí las fuerzas horizontales que pueden resultar en una fuerza neta.
Pruebe con algunos valores de fuerzas, a su elección, e intente obtener el mismo movimiento de los bloques y los mismos gráficos que en la situación física adecuada.
¿Fue capaz de obtener el movimiento correcto? Trabajemos esto en forma sistemática en lugar de por prueba y error.
Muestre e inicie la situación física con ambas masas como sistema único
. Mirando la situación de esta manera, tenemos un objeto de masa 3 kg y una fuerza neta de
12 N, lo que significa una aceleración de
4 m/s2
(como muestra el gráfico de aceleración).
¿Y ahora qué? Podríamos analizar las fuerzas actuantes sobre la primera masa, pero centrémonos en la segunda, ya que sobre ella sólo hay una fuerza actuante, el empuje de la primera masa. Como tiene una aceleración de
4 m/s2 y una masa de 1 kg,
experimenta una fuerza de 4 N proveniente del empuje de la primera masa. ¿Y qué le ocurre a esta masa roja? La
Tercera Ley de Newton establece que debe experimentar una fuerza igual (en módulo) pero de sentido contrario, es decir, una fuerza de
-4 N. Pruebe con estos valores para comprobar si lo que Newton dice es verdad.
Nota: Hay otros valores, como 8 N y 10 N, que conducen a que los bloques viajen juntos, pero que producen una aceleración incorrecta para el conjunto (del orden de
10 m/s2 para el par de valores indicado).
Ilustración creada por Anne J. Cox y Mario Belloni.
Script creado por Anne J. Cox.
© 2004 Pearson Educación S. A.