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Las Leyes De Newton

Las leyes de Newton (o principios de la dinámica) son los siguientes:

Primera Ley de Newton (o ley de la inercia)

Un cuerpo permanecerá en su estado de movimiento rectilíneo uniforme o en estado de reposo si no se ejerce sobre él ninguna fuerza.

Le cabe el mérito de esta ley a Galileo Galilei, quien formuló el principio de la inercia, sustituyendo a la mecánica aristotélica vigente hasta entonces, que no tenía en cuenta las fuerzas de rozamiento y que postulaba que para que un cuerpo se moviese sería siempre necesaria una fuerza.

Y es que todo movimiento depende del sistema de referencia. El movimiento rectilíneo uniforme y el reposo dependen del “observador”, por tanto son en realidad físicamente equivalentes.

Pensemos en el muelle de un puerto, cuando zarpa un buque y el que despide desde abajo, andando a la misma velocidad que el barco al principio, saluda al pasajero que se despide desde la cubierta. Ambos tendrán la percepción de que ellos dos no se mueven. En cambio, otra persona, quieta en el muelle, sí que percibe cómo se aleja el pasajero.

A los sistemas de referencia como en el que está la persona parada en el muelle, se denomina sistemas de referencia inerciales. Ve al pasajero que está parado en cubierta cómo se aleja con velocidad constante sin que se aplique sobre él ninguna fuerza. Pero este último pasajero, el parado en cubierta, ve alejarse el muelle con velocidad constante mientras que ve inmóvil el conjunto del buque. Éste pasajero está en otro sistema de referencia inercial que cumple también la primera ley de Newton. Ninguno de los dos sistemas de referencia inerciales tiene preferencia sobre el otro.

Cualquier pasajero quieto en cubierta mirando al buque sería un observador no inercial.

Pero, pongamos que el buque, antes de salir del puerto comience a aumentar su velocidad, a acelerar respecto al espectador parado en el muelle. Una fuerza actuará sobre el pasajero cogido a la barandilla de cubierta del barco, aunque éste no acelere respecto al navío. En este caso, el barco que acelera no sería un sistema de referencia inercial. No se estaría cumpliendo en este segundo sistema de referencia la ley de la inercia.

Una aplicación de la primera ley de Newton será un lanzamiento de martillo atlético. Mientras el lanzador gira dentro de la jaula sujetando con un cable la bola metálica, ésta gira con un movimiento circular, considerémoslo uniforme, debido a la fuerza centrípeta que transmite el lanzador al cable. En el preciso momento en que el atleta suelta el martillo, éste adquiere un movimiento rectilíneo uniforme, ya que la fuerza actuante sobre la bola pasa a ser nula (obviemos, en el instante inicial, el movimiento parabólico debido a la componente de la gravedad).

Segunda Ley de Newton

La fuerza que actúa sobre un cuerpo (o la resultante de varias fuerzas) es igual a la aceleración que produce en éste multiplicada por una constante del cuerpo mencionado, a la que llamaremos masa.

A esta igualdad se la conoce como la ecuación fundamental de la Dinámica. Resume el primer y segundo principio de Newton, es decir, sin fuerza no hay cambio de velocidad (Ley de la inercia) y la aceleración es inversamente proporcional a la masa (segundo principio).

Esta magnitud m se llama masa inercial. Es una constante que expresa cómo se opone un cuerpo a cambiar de velocidad (es decir, a adquirir una aceleración) cuando se le aplica una fuerza.

Pero, ¿qué ocurre si la masa m varía, por ejemplo el caso de un avión cuya masa no es constante, en que disminuye conforme va consumiendo su queroseno?

Nos será útil la magnitud cantidad de movimiento. En esta página citada vemos que la segunda ley de Newton se puede expresar también como:

Con lo que se ha resuelto el caso de que la masa no sea constante. Ahora la fuerza se define según la variación, en un momento temporal, que ésta ocasione en la cantidad de movimiento.

Pero tenemos el concepto de masa m (a la que llamamos masa inercial m_i en la segunda ley de Newton y la masa gravitacional (m_g) que aparece en la Ley de la Gravedad, también de Newton.

La primera, como se ha dicho, expresa la resistencia de un cuerpo a cambiar de velocidad cuando se le aplica una fuerza, mientras que la segunda fija la atracción mutua entre dos masas (donde estamos nosotros, nos referimos a una masa m_g y la masa de la Tierra.

Las magnitudes de m_i y de m_g son la misma (una formulación del principio de equivalencia que relacionaría la “casualidad” en la identidad de dos conceptos distintos. Posteriormente, sería reformulado en la Teoría de la Relatividad General de Einstein).

En la vida cotidiana, podemos ver aplicada la segunda ley de Newton en el caso de conducir una furgoneta. La aceleración que podamos conseguir con la fuerza del motor cambiará sensiblemente según el vehículo vaya a plena carga o lo llevemos vacío. A más masa, menos aceleración.

Tercera Ley de Newton (o ley de acción y reacción)

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), a su vez, el segundo cuerpo determina sobre el primero una fuerza igual y opuesta (reacción).

Aunque ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario, no se anulan entre sí, ya que se aplican sobre cuerpos diferentes.

Esta tercera ley se la debemos a Newton, ya que las dos primeras fueron formuladas por Galileo.

En la vida cotidiana podemos experimentar esta ley cuando sujetamos al perro de la cadena. Si conseguimos que el animal esté quieto, la fuerza con que el perro tira de la cadena es igual y de sentido contrario a la fuerza que el dueño transmite a la cadena al sujetarla.

Otro ejemplo sería cuando, estando sobre un monopatín, saltamos al suelo hacia adelante. El monopatín se ve impulsado hacia atrás en sentido contrario.