Contenido principal
Curso: Física avanzada 1 (AP Physics 1) > Unidad 2
Lección 1: La primera ley de NewtonLa masa y la inercia
La masa y la inercia son conceptos interconectados. La masa inercial es la propiedad de un objeto que determina cómo cambia su movimiento cuando una fuerza actúa sobre él. La masa inercial y la masa gravitacional son conceptos distintos, pero experimentalmente se ha verificado que son iguales. Creado por Sal Khan.
¿Quieres unirte a la conversación?
Sin publicaciones aún.
Transcripción del video
En tu estudio de la física te encontrarás a
menudo con la idea de masa y también puede que te encuentres con la idea de inercia, y lo
que quiero hacer en este video es pensar en cuál es la similitud o la diferencia entre estos
dos conceptos o estas dos ideas y la física. Y te voy a dar un poco de tiempo para que
lo busques: te invito a que le preguntes a la gente o busques en la web y en los
libros de texto. Haz todo lo que tengas que hacer para averiguar las similitudes
y diferencias entre masa e inercia. Así que, desde una perspectiva histórica,
si le preguntas a alguien qué significa la masa o qué representa, seguramente
te dirán que representa la cantidad de material de la que está hecho un objeto o la
cantidad de materia que constituye un objeto. Y si les preguntas, bueno... entonces,
¿qué es la inercia?, te dirán, bueno la inercia describe…, la inercia es una
propiedad de un objeto que indica que tan difícil es acelerar ese objeto, es decir,
qué tan difícil es cambiar la velocidad de ese objeto. Así que podríamos llamar a esto
tal vez una resistencia a la aceleración. Así que, a primera vista, justo aquí, podrías
decir que estas son dos ideas diferentes y parecen dos ideas diferentes hasta que
empezamos a pensar en un par de cosas. Primero tenemos la segunda ley de Newton
y también cómo se mediría la masa. Así que, ¿cómo se mide la masa?
...porque podrías decir: bueno, tal vez, sólo miras el tamaño del objeto, pero el
tamaño por sí mismo no te dice cuánta materia hay. Podrías tener un objeto muy grande que no sea
muy denso, por ejemplo, algodón de azúcar o un globo de aire caliente y también podrías
tener un objeto muy pequeño que sea muy denso, podrías tener un peso de plomo o algo aún
más denso: una cucharadita del material de una estrella de neutrones increíblemente
densa. Es decir, con una masa muy, muy alta. Así que no se puede medir con solo mirar
el tamaño o el volumen de un objeto. Y para nuestra suerte, la segunda ley
de Newton nos da una herramienta para calcular la masa de un objeto. La segunda
ley de Newton nos dice que la fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa de
ese objeto por la aceleración de ese objeto. Y la aceleración y la fuerza
van a ir en la misma dirección. O si quieres pensar sólo en las magnitudes
puedes decir que la magnitud de la fuerza sobre un objeto va a ser igual a su
masa por la magnitud de la aceleración. Y, ¿cómo es que esto me permite
medir la masa de un objeto? Bueno, puedo aplicar una fuerza sobre él, una
cierta magnitud y entonces puedo medir cuánto se acelera ese objeto,
justo así podría despejar m. Si divido ambos lados de esta ecuación por
a, obtenemos que F sobre a es igual a m. Pero ¿qué estoy midiendo? Por aquí estoy despejando para la masa,
es decir, podría obtener las unidades adecuadas de la masa en función de las
unidades de la fuerza y la aceleración. Pero, implícitamente, ¿qué estoy midiendo también? Bueno, estoy aplicando una fuerza sobre algo
y estoy observando cuánto se acelera. Dicho de otra manera, estoy viendo cuál
es su resistencia a la aceleración. Así que también estoy tratando
de determinar su inercia. De tal forma que cuando pensamos
en la masa de esta manera, podemos decir que esto es en realidad
la masa inercial. Masa inercial. Una forma de pensar en esto es que la masa es en realidad la cuantificación
de la inercia del objeto. Así podemos hilar las definiciones: si lo vemos de
esta forma, la masa y la inercia son básicamente lo mismo; y es que, en realidad, es muy difícil
medir de forma exacta qué tanta materia o qué tanto material forma parte de un objeto.
Por eso lo puse entre comillas aquí. La definición más pura de lo que es la masa,
o una de las definiciones más puras de lo que es la masa, es qué tanta resistencia tiene
ese objeto a la aceleración. Especialmente cuando entramos en los dominios
subatómicos, los dominios cuánticos, la idea de cuánta materia tiene algo empieza
a ser muy abstracta y todo lo que podemos hacer es medir cómo responde esa entidad o esa
partícula a la fuerza. Qué tanto resiste a la aceleración y eso es esencialmente lo que estamos
describiendo como la masa o la masa inercial. Pero, podrías decir, ¡espera! ¡espera! esa
no es no es la única forma de medir la masa; tienes la Ley de la Gravitación de Newton.
Es decir, podría haber algún objeto que tenga una masa conocida... Así que digamos
que este es un objeto con una masa conocida, llamémoslo m1, y digamos que hay algún otro
objeto con una masa desconocida, llamémosla m2. Y esta es la masa que estamos
tratando de medir. Y sabemos que van a ejercer una fuerza entre
ellas, van a tirar la una de la otra. Y es que la Ley de la Gravitación de Newton y
todo lo demás de lo que estamos hablando aquí, es parte de la mecánica clásica que es la rama
de la física que vamos a tratar. Por ejemplo, por ahora, no vamos a hablar de la
relatividad general ni nada de eso. Ahora bien, sabemos que si conocemos esta masa
y además la distancia que hay entre ellas; sabemos la distancia entre los centros de
sus masas y también podemos medir la fuerza que ejercen entre sí respectivamente.
Entonces, si sabemos que m2 tira de m1 con alguna fuerza, por lo que voy a
dibujarla como un vector como este, entonces m1 tirará de m2 con
una fuerza igual y opuesta. Es decir, una fuerza con la misma
magnitud, pero con dirección contraria. Justo así podemos medir el valor de esa
fuerza, además sabemos la magnitud de m1, y sabemos la distancia entre ellas. Con todo
esto podemos calcular la magnitud de m2. Y cuando se mide la masa o cuando
se piensa en la masa de esta manera, en realidad nos referimos a la masa gravitacional. Muy bien, déjame escribirlo de esta manera,
esto de aquí es la masa gravitacional. Y para nuestra suerte, se ha comprobado que
estas dos ideas están midiendo exactamente lo mismo; es decir, la masa inercial
es equivalente a la masa gravitacional. Y puedes debatir sobre las definiciones
y puede ser que sean un poco diferentes en algunos contextos. A veces a las personas
les gusta pensarlas más en términos clásicos, es decir, pensar a la inercia como
resistencia a la aceleración y a la masa como la cantidad de materia que
tiene un cuerpo, pero esencialmente están hablando de lo mismo. La masa es una medida de
la resistencia de un cuerpo a la aceleración o, dicho de otra manera, la masa
es una medida de la inercia.