Fuerza, velocidad, aceleración y las tres leyes de Newton con ejemplos

Si dejas de pedalear, la bicicleta sigue avanzando un rato. Si pateas un balón, sale disparado. Si saltas desde una lancha, la lancha se mueve hacia atrás. Las tres leyes de Newton explican por qué se mueven las cosas y qué papel juegan las fuerzas.

En tu libro: este tema está en las páginas 278 a 289 de Saberes y pensamiento científico. Segundo grado (SEP).

¿Por qué se mueven las cosas? Un poco de historia

• Aristóteles pensaba que el estado natural de los objetos era el reposo y que, para que algo se moviera, había que empujarlo todo el tiempo.
• Galileo soltó esferas en dos rampas pulidas unidas y notó que la esfera subía casi a la misma altura sin importar la inclinación de la segunda rampa. Concluyó que, si la segunda rampa fuera horizontal y sin fricción, la esfera se movería indefinidamente (página 279).
• Descartes hizo rodar una pelota sobre tierra, banqueta y piso pulido: llegaba más lejos en el piso pulido. Lo que frena a la pelota es la interacción con el suelo, la fricción; los objetos en movimiento no buscan el reposo (página 280).

Fuerza y fuerza neta

Una fuerza es una interacción que puede cambiar el movimiento o la forma de un objeto. Es una magnitud vectorial (tiene magnitud, dirección y sentido, y se dibuja con una flecha) y se mide en newtons (N).

Las magnitudes escalares, como el tiempo, la masa o la temperatura, solo necesitan un número.

La fuerza neta o resultante es la suma de todas las fuerzas sobre un objeto:

• Si van en el mismo sentido, se suman.
• Si van en sentidos contrarios, se restan, y la resultante va hacia el lado de la mayor.

Ejemplo del libro (página 281): dos personas jalan una cuerda, una con 15 N a la izquierda y otra con 10 N a la derecha. La fuerza neta es $15 - 10 = 5$ N hacia la izquierda.

Desplazamiento, velocidad y aceleración

• Posición: dónde está el objeto respecto a un punto de referencia.
• Desplazamiento: el cambio de posición, $\Delta x = x_f - x_i$.
• Velocidad: el desplazamiento entre el tiempo, $\vec{v} = \dfrac{x_f - x_i}{t_f - t_i}$, en m/s. Su magnitud es la rapidez: $v = \dfrac{d}{t}$.
• Aceleración: el cambio de velocidad entre el tiempo, $\vec{a} = \dfrac{v_f - v_i}{t_f - t_i}$, en m/s². Hay aceleración si la velocidad cambia de magnitud (acelerar o frenar) o de dirección (dar una curva).

Ejemplo del libro (página 286): un auto va a 15 m/s y en 5 s llega a 30 m/s:

$$a = \frac{30 - 15}{5 - 0} = \frac{15}{5} = 3 \text{ m/s}^2$$

Nota: en las páginas 282 y 283 el libro calcula la velocidad de una pelota que cae con posiciones de 29.4 m a los 3 s y 39.2 m a los 4 s (9.8 m/s). Sirve como ejemplo de cálculo, pero una pelota en caída libre real iría mucho más rápido: a los 3 s ya habría caído unos 44 m y llevaría unos 29 m/s.

Las tres leyes de Newton

Primera ley: ley de la inercia

Un objeto permanece en reposo o con velocidad constante en línea recta mientras la fuerza neta sobre él sea cero.

La tendencia de los objetos a mantener su estado de movimiento se llama inercia, y su medida es la masa: cuanto más masa, más difícil es cambiar su movimiento. Por eso, cuando un camión frena de golpe, los pasajeros se van hacia adelante.

Segunda ley: fuerza y aceleración

La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza neta e inversamente proporcional a su masa:

$$F = m \cdot a \qquad\qquad a = \frac{F}{m} \qquad\qquad m = \frac{F}{a}$$

Un newton es la fuerza que le da a 1 kg una aceleración de 1 m/s²: $1 \text{ N} = 1 \text{ kg·m/s}^2$. La aceleración tiene la misma dirección y sentido que la fuerza neta.

El peso es la fuerza con que la Tierra atrae a un objeto: $P = m \cdot g$. Una persona de 50 kg pesa $50 \times 9.81 \approx 490$ N.

Tercera ley: acción y reacción

A toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario. Las dos fuerzas actúan sobre cuerpos distintos, por eso no se anulan.

• Al caminar, tus pies empujan el suelo hacia atrás y el suelo te empuja hacia adelante.
• Un nadador empuja el agua hacia atrás y el agua lo empuja hacia adelante.
• Un cohete expulsa gases hacia abajo y los gases empujan al cohete hacia arriba.
• El pie empuja al balón y el balón empuja al pie (por eso duele patear un balón muy duro).

Comprueba lo aprendido

1. ¿Qué fuerza se necesita para darle a una caja de 20 kg una aceleración de 1.5 m/s²?Ver respuestaOcultar respuesta

$F = 20 \times 1.5 = 30$ N.

2. Se aplica una fuerza de 600 N a un auto de 1 200 kg. ¿Qué aceleración adquiere?Ver respuestaOcultar respuesta

$a = \dfrac{600}{1\,200} = 0.5$ m/s².

3. Dos niños empujan una caja en el mismo sentido con 40 N y 25 N. ¿Cuál es la fuerza neta?Ver respuestaOcultar respuesta

$40 + 25 = 65$ N en el sentido en que empujan.

4. ¿Por qué un mantel se puede jalar rápido sin que se caigan los platos?Ver respuestaOcultar respuesta

Por la inercia (primera ley): los platos tienden a seguir en reposo, y si el jalón es muy rápido, la fricción actúa tan poco tiempo que casi no alcanza a moverlos.

5. Si la Tierra te atrae con tu peso, ¿qué fuerza de reacción existe?Ver respuestaOcultar respuesta

Tú atraes a la Tierra con una fuerza igual y opuesta. No notamos que la Tierra se mueva porque su masa es enorme y su aceleración es prácticamente cero.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios resueltos de movimiento y fuerzas

Temas relacionados: MRU y MRUA, fricción y equilibrio y proporcionalidad inversa en el curso de Saberes y pensamiento científico 2.

Referencias

• Secretaría de Educación Pública (2025). Colección Sk’asolil. Saberes y pensamiento científico. Segundo grado. SEP, pp. 278-289.
• Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual. Pearson.
• Tippens, P. E. (2011). Física. Conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill.

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