Antecedentes

• Una vez que se ha entendido cómo sedescribe el movimiento en la física, sepuede pasar a la discusión de losfactores que lo producen, es decir ladinámica.

• El concepto de fuerza se puedeintroducir de diversas maneras. Esimportante relacionarlo con efectosque para los estudiantes son familiares,pero es importante enfatizar el hechode que hay posibilidad de movimientoaun en ausencia de fuerzas.

• La experimentación desempeña unpapel importante; los experimentospueden ser mentales, es decir,experimentos que no se realizan en unlaboratorio sino en la mente, para loscuales se generan hipótesis, se

discuten los distintos tipos deresultados y se analizan los resultadosa la luz de las hipótesis.

• Al introducir el tema de fuerza, esconveniente hablar de interaccionesentre los cuerpos que componen unsistema, y además, se debenconsiderar casos donde las fuerzas sonmuy pequeñas, y otras donde sonenormes, también de los casos en losque el hombre no interviene, parallegar al concepto de fuerza como unaforma de medir la acción de un cuerposobre otro.

• En la introducción del concepto de fuerza conviene recalcar el hecho de que la fuerza es una magnitud vectorial, y a partir de ello estudiar la posibilidad de sumar fuerzas que actúan en distintas direcciones, y las condiciones de equilibrio en términos de las fuerzas.

• La consideración de fuerzas de distinta índole, mécanicas, eléctricas, atómicas, etc. que pueden actuar sobre un cuerpo determinado, permiten reforzar la idea de fuerza como interacción.

Errores

A menudo las fuerzas se asocian con los seres vivos.

Es muy común la identificación de los conceptos de vector y de fuerza. El profesor debe enfatizar la naturaleza física de la fuerza frente a la representación vectorial matemática. Por lo tanto, es conveniente recordar que, aunque toda fuerza se representa por un vector, no todo vector es una fuerza.

Leyes de Newton

• Las leyes de Newton desempeñan unpapel preponderante en la historia de lafísica y en su enseñanza, pues describende una manera sencilla el resultado de lainteracción de muy distintos tipos deobjetos.

• La aplicación de las leyes de Newton, quecon frecuencia los alumnos simplementememorizan, es un objetivo importante.Sin embargo, no lo es la aplicación de lasformulas a ciegas, sino la comprensión desu significado.

• La primera ley de Newton se puedeintroducir a partir del trabajo de Galileo.Galileo realizó un experimento mentalcon esferas que ruedan por una rampainclinada y después vuelven a subir porplanos inclinados que van cambiando deinclinación. Cuando se deja caer la esferapor una misma rampa y desde una mismaaltura, pero se varía la inclinación de larampa por la que sube, haciéndola cada

vez menos inclinada, se puede ver que laesfera recorre cada vez más distanciaaunque llega siempre a la misma altura.Nuevamente, la idea de caso límite sepuede deducir que si la rampa se colocahorizontalmente, la esfera se movería conuna velocidad constante, es decir, no separaría. Este resultado, que se conocecomo ley de la inercia, fue reafirmado porNewton y enunciado en su trabajo comola primera ley. Esta ley corresponde asituaciones ideales, por ello no esdirectamente observable y lo que seobserva en el laboratorio es que la esferaen el plano horizontal viaja una distanciamucho mayor, pero finalmente, debido ala fuerza de fricción, se detiene.

Segunda Ley de Newton

La segunda ley de Newton establece la relación entre la

fuerza que se aplica a un objeto y el movimiento resultante de la interacción. La introducción al

estudio de la ley se puede analizar mediante ejemplos y experimentos

en los que se utilice la misma fuerza sobre objetos de masa

distinta, y fuerzas distintas sobre cuerpos de la misma masa.

Resulta importante enfatizar, en el estudio de la segunda ley, que la aplicación de una fuerza modifica

el estado de movimiento del objeto, y que esta ley tiene un

carácter general, es decir, independientemente de su origen

o su naturaleza.

En la introducción al estudio de la tercera ley es conveniente recalcar

que la acción y la reacción a las que se refiere la ley son fuerzas de

la misma magnitud, pero que actúan sobre objetos diferentes.

Por ejemplo, en un juego de volibol, quién le pega a la pelota para lanzarla hacia el otro lado

ejerce una fuerza sobre la pelota, pero en sus manos siente la

respuesta de la pelota, es decir, la fuerza que la pelota ejerce sobre

sus manos.

Errores.

Un movimiento constante requiere unafuerza constante. Es difícil vencer estacreencia , se requiere de muchosexperimentos mentales en los que seidealice una situación sin fricción paralograr que el estudiante acepte que elprincipio de inercia tiene posibilidadesde ser cierto.

• La velocidad es proporcional a lafuerza. En términos profanos estosignifica que entre más fuerte seempuje un cuerpo, irá más rápido;piénsese, por ejemplo, en el caso dellanzamiento vertical de una pelota.

• Si un cuerpo no se mueve, no actúaninguna fuerza sobre él. Esto se haceevidente en el caso de los cuerpos queyacen sobre una superficie. Las fuerzasde reacción de las superficies rara vez

son consideradas y no se juzganecesario que exista una fuerza quecontrarreste la fuerza de gravedad.

• Si un cuerpo se mueve, hay una fuerzaque actúa sobre él en la dirección delmovimiento. Los estudiantes suelenpensar que la dirección de la fuerza esnecesariamente la misma delmovimiento del objeto; esta creenciadificulta la comprensión de losmovimientos no rectilíneos, perotambién la de movimiento de tipo tirovertical, en donde la fuerza degravedad se supone dirigida haciaarriba durante el movimientoascendente, y hacia abajo, durante eldescendente.

• Las fuerzas de acción y reacción de la tercera ley de Newton actúan sobre el mismo cuerpo.

• Las fuerzas de acción y reacción de la tercera ley de Newton, aunque no actúan sobre el mismo cuerpo, se contrarrestan una a la otra.

La paradoja del burro

• Había una vez un burro muy flojo, utilizando sus supuestosconocimientos de física, no quería jalar la carreta.

El burro le decía a su dueño:

¿Para qué quieres que jale la carreta, si según la tercera ley deNewton, a toda acción corresponde una fuerza de reacción de igualmagnitud pero de sentido contrario? Si yo jalo la carreta con ciertafuerza, según lo que afirma la tercera ley, la carreta me jalara a mícon la misma fuerza pero en sentido contrario. De manera que¿para qué jalo la carreta si a mí, decía el burro, me va a jalar éstacon la misma fuerza y así no voy a avanzar?

¿Cómo se resuelve la paradoja?

• Efectivamente, si se jala con una cierta fuerza la carreta, es la Tierra la que aporta la reacción con una fuerza igual pero de sentido contrario.

Cuando el buro jala la carreta ejerce una fuerza mayor. Por ello, cuando el sistema unido del burro y la carreta empuja con una fuerza hacia atrás, la Tierra, a través de la fricción, responde con una fuerza hacia adelante que permite que avance el burro con la carreta.

Pero, además de resolver la paradoja, debe señalarse que el otro factor que entra en juego es la fricción.

• Para poder caminar, nuestro pie ejerce una fuerza hacia atrás sobre el suelo de la tierra, gracias a la fricción de la suela de nuestro zapato con el suelo, y la Tierra responde con una fuerza de reacción hacia adelante, de igual magnitud, que nos permite avanzar. Si hiciéramos lo mismo en aceite para reducir la fuerza de fricción, inmediatamente nos caeríamos. Por ello, además de la tercera ley de Newton, lo que permite que podamos caminar es la fuerza de fricción. (Fragmento tomado de : Libro para el maestro Física SEP. 200)