LEYES DE NEWTON
Las Leyes de Newton, también conocidas
como Leyes del movimiento de
Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor
parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos
relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos
básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto
que
Constituyen los
cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en
general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse
como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos
cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más
básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones… La validez
de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante
más de dos siglos.
En concreto, la relevancia de estas leyes
radica en dos aspectos:
- Por un lado, constituyen, junto con
la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica;
- Por otro, al combinar estas leyes con la Ley
de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las Leyes
de Kepler sobre el movimiento planetario.
Las 3 Leyes físicas, junto con la Ley de
Gravitación Universal formuladas por Sir Isaac Newton, son la base fundamental
de la Física Moderna.
Así, las Leyes de Newton permiten explicar
tanto el movimiento de los astros, como los movimientos de los proyectiles
artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de
funcionamiento de las máquinas.
Su formulación matemática fue publicada
por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
No obstante, la dinámica de Newton,
también llamada dinámica clásica,
sólo se cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es
aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad
de la luz (que no se acerquen a los 300,000 km/s); la razón estriba en que
cuanto más cerca esté un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo que ocurriría en
los sistemas de referencia no-inerciales), más posibilidades hay de que
incidan sobre el mismo una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o fuerzas ficticias,
que añaden términos suplementarios capaces de explicar el movimiento de un
sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan entre sí. El estudio de
estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud,
fundamentalmente) corresponde a la teoría de la relatividad especial,
enunciada por Albert Einstein en 1905.
De manera Generalizada, las 3 leyes de Sir
Isaac Newton son:
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Todo cuerpo
permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos
que otros cuerpos actúen sobre él.
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La fuerza que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional a su aceleración.
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Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre
otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
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Primera
Ley o Ley de la Inercia
La primera ley del movimiento rebate la
idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le
aplica una fuerza. Newton expone que:
Todo cuerpo
persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser
que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
La primera ley de Newton, conocida también
como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este
permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido
el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo,
es decir, depende de cuál sea el observador que describa el movimiento.
Así, para un
pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo
del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una
estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita,
por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
La primera ley de Newton sirve para
definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que
son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo
sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
De manera concisa, esta ley postula, que
un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o
en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una
serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él.
Newton toma en cuenta, así, el que los
cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o
fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de
concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un
cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero
nunca entendiendo como esta a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento
rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho
de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se
aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende
que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo
se ha ejercido una fuerza neta.
En realidad, es imposible encontrar un
sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas
actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de
referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si
estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador
fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.
Segunda ley de Newton o Ley de fuerza
La segunda ley del movimiento de Newton
dice que
el cambio de
movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea
recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.
La Primera ley de Newton nos
dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algoque provoque dicho cambio.
Ese algo es lo que
conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos
sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de
cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la
aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad
es la masa del cuerpo, de
manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
F = m a
Tanto la fuerza como la aceleración son
magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y
un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se
representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer
sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2,
o sea,
1 N = 1 Kg · 1
m/s2
Fundamental de la Mecánica
La expresión de la Segunda ley de Newton
que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa
varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la
relación F = m ·a.
Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas,
habría que determinar primero el vector suma de todas esas fuerzas. Por último,
si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con una resistencia del
aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una aceleración
descendente igual a la de la gravedad.
Tercera
Ley de Newton o Ley de acción y reacción
Con toda acción
ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de
dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.
La tercera ley es completamente original
de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras
por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la
mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que
actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección,
pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma,
las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de
igual magnitud y opuestas en sentido.
Tal como comentamos en al principio de
la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de
unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice esencialmente que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro
cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
3ra Ley de Newton: Ley de la Acción y
Reacción
Este principio presupone que la
interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo
cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido
para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio
de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita “c”.
Es importante observar que este principio
de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo
cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas.
Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.
Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios
de conservación del momento lineal y del momento angular.
Esta ley es
algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La
reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos
en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido
contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre
nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares de
acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto
que actúan sobre cuerpos distintos.(Monografias.com, s/f)
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