Serway-septima-edicion-castellano

104 Capítulo 5 Las leyes del movimiento
y la misma fuerza que actúa sobre un objeto de masa m 2 produce una aceleración a S 2. La
relación de las dos masas se define como la relación inversa de las magnitudes de las aceleraciones
producidas por la fuerza:
Masa y peso son
cantidades diferentes
m 1 a 2
(5.1)
m 2 a 1
Por ejemplo, si una fuerza conocida que actúa sobre un objeto de 3 kg produce una aceleración
de 4 m/s 2 , la misma fuerza aplicada a un objeto de 6 kg produce una aceleración de
2 m/s 2 . De acuerdo con un cúmulo de observaciones similares, se concluye que la magnitud
de la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa cuando sobre
él actúa una fuerza conocida. Si un objeto tiene una masa conocida, la masa del otro objeto
se obtiene a partir de mediciones de aceleración.
La masa es una propiedad inherente de un objeto y es independiente de los alrededores
del objeto y del método que se aplica para medirla. Además, la masa es una cantidad escalar y,
en estos términos, obedece las reglas de la aritmética ordinaria. Por ejemplo, si combina una
masa de 3 kg con una masa de 5 kg, la masa total es 8 kg. Este resultado se puede verificar experimentalmente
al comparar la aceleración que una fuerza conocida proporciona a diferentes
objetos por separado con la aceleración que la misma fuerza proporciona a los mismos objetos
combinados como una unidad.
La masa no se debe confundir con el peso. La masa y el peso son dos cantidades diferentes.
El peso de un objeto es igual a la magnitud de la fuerza gravitacional ejercida sobre
el objeto y varía con la posición (véase la sección 5.5). Por ejemplo, una persona que pesa
180 lb sobre la Tierra pesa sólo aproximadamente 30 lb sobre la Luna. Por otra parte, la
masa de un objeto por dondequiera es la misma: un objeto que tiene una masa de 2 kg
sobre la Tierra también tiene una masa de 2 kg sobre la Luna.
PREVENCIÓN DE RIESGOS
OCULTOS 5.2
La fuerza es la causa de cambios en
el movimiento
La fuerza no causa movimiento.
Se puede tener movimiento
en ausencia de fuerzas, como
describe la primera ley de
Newton. La fuerza es la causa de
los cambios en el movimiento,
como se mide por la
aceleración.
5.4 Segunda ley de Newton
La primera ley de Newton explica lo que sucede a un objeto cuando sobre él no actúan
fuerzas: permanece en reposo o se mueve en línea recta con rapidez constante. La segunda
ley de Newton responde la pregunta de qué acontece a un objeto que tiene una o más
fuerzas que actúan sobre él.
Imagine realizar un experimento en el que empuja un bloque de masa fija a través de
una superficie horizontal sin fricción. Cuando ejerce alguna fuerza horizontal F S
sobre
el bloque, éste se mueve con cierta aceleración S a. Si aplica al doble una fuerza sobre el
mismo bloque, la aceleración del bloque se duplica. Si aumenta la fuerza aplicada a 3F S , la
aceleración se triplica, etcétera. A partir de tales observaciones, se concluye que la aceleración
de un objeto es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él: F S S a. Esta
idea se introdujo por primera ocasión en la sección 2.4, cuando se discutió la dirección de
la aceleración de un objeto. La magnitud de la aceleración de un objeto es inversamente
proporcional a su masa, como se afirmó en la sección anterior: S
a 1/m.
Estas observaciones experimentales se resumen en la segunda ley de Newton:
Cuando se ve desde un marco de referencia inercial, la aceleración de un objeto
es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente
proporcional a su masa:
S
a
m
F S
Segunda ley de Newton
Si se elige una constante de proporcionalidad 1, se relaciona masa, aceleración y fuerza
a través del siguiente enunciado matemático de la segunda ley de Newton: 1
F S ma S (5.2)
1
La ecuación 5.2 es válida sólo cuando la rapidez del objeto es mucho menor que la rapidez de la luz. La
situación relativista se trata en el capítulo 39.