LEYES DE NEWTON

1.- Primera Ley de Newton: Ley de la Inercia

La Ley de Inercia establece que en un cuerpo permanecerá en un estado de reposo (velocidad cero) o de movimiento rectilíneo a velocidad constante, siempre y cuando una fuerza externa neta no actúe sobre él.

Un ejemplo de aplicación de la Ley de Inercia sería:

Un auto se mueve a una velocidad de 100 m/s durante todo un viaje. Calcula el valor de la fuerza externa neta aplicada sobre él.

Al leer el problema encuentras que el único dato que da es que el auto viaja todo el camino a: 

v = 100 m/s.

Y como vos ya conoces el enunciado de la La Ley de Inercia que establece que en un cuerpo permanecerá en un estado de reposo (velocidad cero) o de movimiento rectilíneo a velocidad constante, siempre y cuando una fuerza externa neta no actúe sobre él.

O lo que es lo mismo que decir que la fuerza externa neta aplicada sobre el auto es igual a 0 Newton, es decir:

F = 0 N.

Una de las herramientas fundamentales para comprender nuestro entorno son las leyes de Newton. Estas permitieron dar un paso fundamental en el campo de la Física, explicando las causas del movimiento. En el día de hoy hablaremos sobre la primera ley de Newton, la cual enuncia:

Todo cuerpo permanecerá en reposo o con un movimiento rectilíneo uniforme a no ser que una fuerza actúe sobre él.

Esta primera ley resulta intuitiva en el primero de los casos: "todo cuerpo permanecerá en reposo si no actúa una fuerza sobre él". Parece bastante lógico, ¿no? Pero la segunda parte de la afirmación, donde se asevera que continuará moviéndose parece menos evidente.

Los cuerpos tienden a mantener su estado

Newton no fue el primero en intuir que los cuerpos tendían a mantener su estado si no actúa el entorno, y encontramos precedentes en Leonardo, Galileo, Descartes o Hooke. Si impulsamos un trineo, ¿cuánto tiempo se moverá antes de detenerse? Parece evidente que depende de la superficie sobre la que se mueva. Si la superficie es más lisa, tardará más en detenerse, mientras que si la superficie es más rugosa, tardará menos. Así pues, si se mueve sobre hielo, tardará muchísimo más en detenerse que si rueda sobre gravilla. Imaginad que conseguimos una superficie más lisa que el hielo, de modo que casi eliminemos el rozamiento. ¿Se detendrá entonces en algún momento? Todo parece indicar que sí, pero ¿cuál es la causa? El aire. 

Segunda Ley de Newton

La Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza es también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo.

La Segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Cuando Newton unificó la fuerza de gravedad terrestre, incluida en su segunda ley o Ley de Fuerza, con la fuerza de gravedad de las órbitas planetarias en su Ley de Gravitación Universaltenía sentido el principio de igualdad entre masa inercial y gravitatoria citado, pues así lo indicaban todos los experimentos científicos y fenómenos naturales.

Fuerza / masa = aceleración
F = m a

Además, la Física Clásicade Newton asumía que una fuerza constante podría acelerar una masa hasta el infinito.

La Segunda Ley de Newtonha sido modificada por la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein al recoger el fenómeno de aumento de la masa de un cuerpo con la velocidad –matemáticamente multiplicando la masa en reposo por una de las constantes de transformación de Lorentz– y, posteriormente, por la Relatividad General al introducir perturbaciones del espacio-tiempo y sistemas inerciales –donde las constantes de transformación varían constantemente.

Una fuerza constante ya no podrá acelerar una masa hasta el infinito; no obstante la relación de proporcionalidad entre masa y fuerza que provoca la aceleración se sigue manteniendo para la masa en un instante concreto.

El primer experimento que confirmaba la masa relativista fue el descubrimiento por Bücherer en 1908 de que la relación de la carga del electrón y su masa (e / m) era menor para electrones rápidos que para los lentos. Posteriormente, incontables experimentos confirman los resultados y fórmulas físicas anteriores.

La masa y la energía se convierten así en dos manifestaciones de la misma cosa. Los principios de conservación de la masa y de la energía de la mecánica clásica pasan a configurar el principio de conservación de la energía-masa relativista más general.

Sin embargo, la Teoría de la Relatividad de Einstein sigue sin decirnos qué es esa cosa que se manifiesta como masa o como energía. Por ello, la idea de incontables experimentos que confirman dicha teoría es un poco aventurada, una cosa es que matemáticamente cuadren algunos resultados y otra que la realidad física subyacente sea la propugnada por la mecánica relativista.

Por el contrario, la Mecánica Global explica la fuerza de la gravedad como el efecto de la tensión de la curvatura longitudinal de la estructura reticular de la materia o Éter Global,para no confundirlo con el éter clásico o el nuevo éter luminífero. También explica en qué consiste la energía electromagnética y cómo se forma la masa, es decir, ha unificado la gravedad, la energía y la masa.

¿Qué es la segunda ley de Newton?

En el mundo de la física introductoria, la segunda ley de Newton es una de las leyes más importantes que aprenderás. Es utilizada en casi cada capítulo de cada libro de texto de física, así que es importante dominar esta ley tan pronto como sea posible.

Sabemos que los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos. La segunda ley de Newton nos dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada.

$\Large a=\dfrac{\Sigma F}{m}$

Para ser claros, $a$a es la aceleración del objeto, $\Sigma F$ es la fuerza neta sobre el objeto, y $m$m es la masa del objeto.

[Espera, yo pensaba que la segunda ley de Newton era F=ma.]

$F=ma$F, equals, m, a$\Sigma F$$m$m$a$a

$a=\dfrac{\Sigma F}{m}$

$ma$m, a$ma$m, a$ma$m, a

Al observar la forma de la segunda ley de Newton que se muestra arriba, vemos que la aceleración es proporcional a la fuerza neta $\Sigma F$, y es inversamente proporcional a la masa $m$m. En otras palabras, si la fuerza neta fuera duplicada, la aceleración del objeto sería el doble. Del mismo modo, si la masa del objeto fuera duplicada, su aceleración sería la mitad.

TERCERA LEY DE NEWTON: PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN 

Si un cuerpo actúa sobre otro con una fuerza (acción), éste reacciona contra aquél con otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido contrario (reacción).

Dos pequeñas aclaraciones:

1.  Parece que la acción es la causa y la reacción es el efecto y por tanto que primero es la acción y luego la reacción. 

El problema aparece cuando se plantea en clase  que apliquen esta ley a dos cargas positivas A y B separadas una distancia. Los alumnos/as dicen que la carga A, repele a la carga B y que la carga B repele a la carga A pero ¿cuál de estas repulsiones se considera acción? ¿cuál de estas repulsiones tiene lugar antes que la otra?

No hay una fuerza que es antes y otra que es después. Las dos fuerzas acción-reacción son simultaneas. Recordemos la palabra  INTERACCIÓN que no tiene estas connotaciones. La interacción es el conjunto de dos acciones mutuas y  simultaneas. 

De esta forma definimos:

Fij=Fji.

El vuelo de los cohetes espaciales también se explica como consecuencia del principio de acción y reacción debido a la aceleración de los gases de combustión que despide de su motor y que le sirven de impulso contra la tierra para poder ser elevado.

Se trata del mismo efecto que observamos al dejar suelto un globo que acabamos de hinchar con la boquilla abierta. Se impulsa en diferentes direcciones hasta que se deshincha del todo.

2. ¿Cómo puede ser que estas fuerzas sean iguales?.

Si golpeo con el puño la pared, la fuerza que hago a la pared es igual que la fuerza que la pared hace sobre el puño. Pero los efectos de estas fuerzas iguales dependen del objeto. La pared va a quedar casi como está pero el puño va a quedar dolorido.

Si empujo a un chico de 6 años las fuerzas que hago al chico y la que hace el chico sobre mí son iguales. Los efectos no van a ser iguales. Probablemente el chico se mueva mucho y yo casi nada.

En el caso del globo que deja escapar el aire el globo se mueve hacia adelante con una velocidad pero el aire sale disparado con una velocidad mucho mayor en sentido contrario.

Las fuerzas aparecen siempre en parejas iguales y de sentido contrario. Los efectos de estas fuerzas iguales dependerán de los objetos sobre las que actúen. Las fuerzas serán iguales pero los efectos no tienen porqué serlo.

En la foto el esquí manda la nieve hacia afuera y como consecuencia está empuja el esquiador hacia dentro obligándole a girar.

En la mecánica de Newton se llama fuerza impulsiva  a la que se aplica sobre un cuerpo de masa m durante un breve periodo de tiempo Dt. En estas fuerzas se define una magnitud vectorial llamada impulso como el producto de la fuerza por el intervalo de tiempo transcurrido.