La fuerza, masa y aceleración son tres conceptos que a menudo tomamos en cuenta para realizar cualquier acción en la vida diaria. Por ejemplo, para realizar sentadillas, hablamos de cuánta fuerza debemos realizar con las piernas para hacer el movimiento de descenso y ascenso. Ciertamente, necesitamos mucha más fuerza para empujarnos de vuelta a una posición erguida. A continuación, veremos como se relaciona exactamente la fuerza con la masa y aceleración mediante argumentos matemáticos.

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Vamos

Proporcionalidad a la Masa

Consideremos primero una caja con masa , y supongamos que necesitamos una fuerza para lograr moverla. Ahora, si realizamos el mismo experimento, pero con dos cajas, cada una de masa (la mitad de la caja inicial), e intentamos empujarlas, una en cada mano, necesitamos la misma cantidad de fuerza para mover ambas cajas. Es decir, la fuerza solamente depende de la masa total del sistema, y no de cada objeto. Por lo tanto, podemos concluir que la fuerza es proporcional a la masa.

Proporcionalidad a la Aceleración

Más aún, podemos notar que la fuerza no es solamente proporcional a la masa, si no también a la aceleración del objeto. Esto se puede observar mediante simples experimentos:
tomemos una caja de masa , y supongamos que le damos un fuerte impulso con ambas manos. Ahora, la caja comienza a moverse y ha experimentado una aceleración, digamos .
empujando caja de cierta masa experimenta aceleracion
Ahora, supongamos que creamos una replica exacta de nosotros mismos, y conseguimos una segunda caja de masa . Por simplicidad, asumiremos que . Ahora, al mismo tiempo, con la misma intensidad, empujamos ambas cajas.
diferencia el aceleracion aplicando misma fuerza
Notamos que la primer caja ha experimentado una aceleración menor a la segunda. Es decir, la fuerza ejercida ha sido proporcional a la aceleración.

Proporcionalidad Total

Con la ayuda de estos experimentos, podemos concluir que


Esto es equivalente a decir que existe una constante tal que


Ahora, solamente queda a nuestra elección definir lo que representa una unidad de fuerza. Para obtener la famosa fórmula de la segunda ley de Newton, definimos a 1 unidad de fuerza como aquella que se necesita para aplicarle 1 unidad de aceleración a 1 unidad de masa. Es decir,


Con esto, obtenemos , y por lo tanto nuestra fórmula se reduce a


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Jesús Superprof

Licenciado en Matemáticas--> Enseñando matemáticas de una forma sencilla.