¿Cómo podrías explicar el movimiento del cochecito? Para que cambie su estado de movimiento (del reposo a desplazarse con una determinada velocidad) es necesario que se vea sometido a una fuerza. ¿Quién eferce esa fuerza? ¿Quién empuja hacia delante al cochecito? Es muy probable que ya estés pensando en el aire del interior del globo. Efectivamente, cuando soltamos el globo este expulsa el aire de su interior. ¿Cómo lo expulsa? Empujando al aire hacia detrás. Entonces, ¿por qué se mueve el cochecito hacia delante? La explicación nos la proporciona la tercera ley de Newton, también denominada ley de acción y reacción.
Actividad
Tercera ley de Newton:
Cada vez que un cuerpo ejerce una
fuerza sobre otro, este último ejerce sobre el primero una fuerza igual y
opuesta.
Imagen de Onio72 en Wikimedia Commons licenciada bajo CC BY 3.0
Imagen de elaboración propia
La tercera ley de Newton es
conocida también como Principio de acción y reacción.
Cuando dos cuerpos 1 y 2
interaccionan, el cuerpo 1 hace una fuerza sobre el 2, , que se
llama acción y el cuerpo 2 hace una
fuerza sobre el 1, , que se llama reacción. Estas dos fuerzas
cumplen la tercera ley de Newton:
La acción y la reacción están
presentes en cada interacción. Ambas actúan simultáneamente, pero cada una lo
hace sobre un cuerpo distinto.
Al calcular la fuerza resultante sobre un
cuerpo, sólo debes considerar una de ellas, ya que la otra actúa sobre el otro
cuerpo.
AV - Pregunta de Elección Múltiple
Golpeas
un clavo con un martillo. De acuerdo con la tercera ley de Newton, el clavo:
Ejerce una fuerza que equilibra
la del martillo.
Desaparece en la madera.
Se mueve con una velocidad
constante.
Ejerce otra fuerza igual y
opuesta sobre el martillo.
¡Incorrecto! Las fuerzas de acción y reacción actúan sobre cuerpos distintos y no se
equilibran.
¡Incorrecto! El
clavo puede o no introducirse en la madera.
¡Incorrecto! Al
aplicar una fuerza se produce una aceleración.
¡Correcto! La tercera ley dice
que las fuerzas de acción y reacción son iguales y opuestas y que actúan sobre
cuerpos distintos.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Dibuja
las fuerzas que actúan sobre un libro apoyado encima de una mesa. ¿Cuáles son
los pares acción-reacción?
Imagen de elaboración propia
Sobre un cuerpo apoyado sobre una mesa actúan dos fuerzas:
La fuerza peso debida a la atracción gravitatoria de la Tierra. Esta fuerza es vertical y apunta hacia abajo.
La fuerza normal que ejerce el plano de la mesa en dirección vertical y hacia arriba.
Dado que el libro se encuentra en reposo, ambas fuerzas deben ser iguales. Pero ojo, aunque sean iguales en módulo y de sentido contrarios, no son un par acción-reacción.
¿Por qué?
Pues porque la fuerza peso la ejerce la Tierra sobre nuestro libro y su reacción es una fuerza igual y de sentido contrario que ejerce el libro sobre el planeta Tierra. Esta fuerza no tiene efectos apreciables porque aplicada sobre un objeto tan masivo como la Tierra no produce ninguna aceleración medible.
Por otro lado la fuerza normal es ejercida por la mesa sobre el libro. Su reacción será una fuerza ejercida por el libro sobre la mesa, igual y de sentido contrario.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Imagen de elaboración propia
Dos
cajas de 20 y 30 kg de masa respectivamente, se encuentran apoyadas sobre una
superficie horizontal sin rozamiento, una apoyada en la otra. Si empujamos el
conjunto con una fuerza de 100 N. ¿Cuál es la aceleración de cada masa?¿Qué
fuerza ejercerá cada caja sobre la otra?
Primero pensamos qué fuerzas actúan sobre cada cuerpo. Sobre el primer
cuerpo actúa una fuerza externa de 100 N hacia la derecha, su fuerza
peso verticalmente hacia abajo y la normal del plano hacia arriba.
Sobre el cuerpo segundo actúa también el plano con otra fuerza normal,
vertical y hacia arriba, y el peso. Pero cuando empujamos al cuerpo 1,
este empuja al cuerpo 2 y según la 3ª ley de Newton el cuerpo 2 empuja
en sentido contrario con una fuerza de igual intensidad al cuerpo 1.
Imágenes de elaboración propia
De acuerdo con la 3ª ley de Newton, en módulo F21=F12.
Aplicando la 2ª ley de Newton, a cada caja:
Eje horizontal:
1ª caja: F - F21 = m1·a
2ª caja: F12 = m2·a
Eje vertical:
1ª caja: N1 - m1·g = 0
2ª caja: N2 - m2·g = 0
Sumando las dos ecuaciones primeras podemos despejar la aceleración:
F = (m1 + m2) · a ; 100 = (20 + 30)·a
a = 2 m/s2
y sustituyendo en la segunda ecuación:
F12 = m2·a = 20·2 = 40 N
Por lo tanto, la fuerza que ejerce la caja 1 sobre la 2 es de 40 N. La fuerza que ejerce la caja 2 sobre la 1 es igual en módulo y dirección y de sentido contrario.