Leyes de Newton

Te explicamos qué son las Leyes de Newton, cómo explican la inercia, la dinámica y el principio de acción-reacción.

¿Cuáles son las leyes de Newton?

Las Leyes de Newton o las Leyes del Movimiento de Newton son los tres principios fundamentales sobre los que se sostiene la mecánica clásica, una de las ramas de la física. Fueron postulados por sir Isaac Newton en su obra Philosohiae naturalis principia mathematica (“Principios matemáticos de la filosofía natural”) de 1687.

Este conjunto de leyes físicas revolucionó los conceptos básicos respecto al movimiento de los cuerpos que tenía la humanidad. Junto a los aportes de Galileo Galilei, constituye la base de la dinámica. Al combinarse con la Ley de gravitación universal de Albert Einstein, permite deducir y explicar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.

Sin embargo, las Leyes de Newton tienen vigencia únicamente dentro de sistemas de referencia inerciales, es decir, aquellos que no están acelerados y en los que intervienen solo fuerzas reales. Además, estas leyes son válidas para objetos que se mueven a una velocidad mucho menor que la velocidad de la luz (300.000 km/s).

Las Leyes de Newton parten de la consideración del movimiento como el desplazamiento de un objeto de un sitio a otro, tomando en cuenta el lugar en donde ocurre, el cual también puede moverse a velocidad constante en relación a otro lugar.

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Primera ley de Newton o Ley de la inercia

La primera Ley de Newton contradice un principio formulado en la antigüedad por el sabio griego Aristóteles, para quien un cuerpo solo podía conservar su movimiento si se le aplicaba una fuerza sostenida. Newton establece en cambio que:

“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él”.

Por ende, un objeto que se desplaza o que está en reposo no puede alterar dicho estado, a menos que se le aplique algún tipo de fuerza.

Según este principio, el movimiento involucra magnitudes que son vectoriales (dotadas de dirección y sentido). Es posible calcular la aceleración a partir de la velocidad inicial y la final. Además, propone que los cuerpos en movimiento tienden siempre al desplazamiento en una trayectoria recta y uniforme.

Un perfecto ejemplo de la ley de inercia lo constituye un lanzador de pesos en las olimpíadas. El atleta toma impulso moviéndose en círculos, haciendo girar el peso atado con una cuerda sobre su propio eje (movimiento circular), hasta que alcanza la aceleración necesaria para liberarlo y verlo volar en línea recta (movimiento rectilíneo uniforme).

Ese movimiento rectilíneo continúa hasta que la gravedad va curvando su trayectoria. Al mismo tiempo, el roce del objeto con el aire disminuye su velocidad (aceleración negativa) hasta hacerlo caer.

Segunda ley o Ley fundamental de la dinámica

En esta ley Newton define el concepto de fuerza (representado con F), expresando que:

“El cambio de un movimiento es directamente proporcional a la fuerza impresa en él y tiene lugar según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”.

Esto quiere decir que la aceleración de un objeto en movimiento responde siempre a la cantidad de fuerza que se le aplique en un momento dado, para modificar su trayectoria o velocidad.

De estas consideraciones nace la ecuación fundamental de la dinámica para objetos de masa constante:

Fuerza resultante (F_resultante) = masa (m) x aceleración (a)

Una fuerza neta actúa sobre un cuerpo de masa constante y le proporciona una aceleración determinada. En los casos en que la masa no sea constante, la fórmula se enfocará más bien en la cantidad de movimiento (p), según la fórmula siguiente:

Cantidad de movimiento (p) = masa (m) x velocidad (v). Por ende: F_neta = d (m.v) / dt.

Así se puede relacionar la fuerza con la aceleración y la masa, sin importar si ésta última es variable o no.

Para ejemplificar esta segunda ley, el caso de la caída libre es idóneo: si dejamos caer una pelota de tenis desde un edificio, la aceleración que experimente irá en aumento a medida que el tiempo transcurra, ya que sobre ella estará actuando la fuerza de gravedad. Así, su velocidad inicial será cero, pero sobre ella se aplicará una fuerza constante en línea recta, hacia abajo.

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Tercera ley o Principio de acción y reacción

Según la tercera ley de Newton,

“A toda acción le corresponde una reacción igual pero en sentido contrario: lo que quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”.

De esta manera, siempre que se ejerce una fuerza sobre un objeto, éste ejerce una fuerza semejante en dirección contraria y de igual intensidad, por lo que si dos objetos (1 y 2) interactúan, la fuerza ejercida por uno sobre el otro será igual en magnitud a la ejercida por el otro sobre el primero, pero de signo opuesto.

Es decir: F_1-2 = ­F_2-1. A la primera fuerza se le conocerá como “acción” y a la segunda fuerza como “reacción”.

Para demostrar esta tercera ley alcanza con observar lo que ocurre cuando dos personas de peso similar van corriendo en direcciones opuestas y chocan: ambas recibirán la fuerza del otro y saldrán despedidos en sentido opuesto. Lo mismo ocurre al rebotar una pelota en la pared y sale despedida en dirección contraria, con una fuerza semejante a la que proyectamos al arrojarla.

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Biografía de Isaac Newton

Isaac Newton (1642-1727) nació en Lincolnshire, Inglaterra. Hijo de campesinos puritanos, su nacimiento fue traumático y vino al mundo tan flaco y enclenque, que supusieron que no viviría demasiado.

Sin embargo, creció para ser un niño excéntrico, de talentos tempranos para la matemática y la filosofía natural. Ingresó a sus dieciocho años a la Universidad de Cambridge para continuar sus estudios. Se dice que entraba realmente poco al aula de clases, pues su principal interés estaba en la biblioteca y la formación autodidacta.

Esto no impidió su desarrollo académico. Llegó a ser un físico, teólogo, filósofo y matemático de importancia, reconocido por la Royal Society. Se le atribuye la invención del cálculo matemático, así como de diversos estudios sobre la óptica y la luz.

Además, aportó enormemente al desarrollo de la matemática y la física: descubrió el espectro de color de la luz, formuló una ley de conducción térmica, otra sobre el origen de las estrellas, sobre la velocidad del sonido en el aire y la mecánica de los fluidos, y un enorme etcétera. Su gran obra fue la Philosophiae naturalis principia mathematica.

Newton murió en 1727, luego de haber sido un científico respetado y honrado, que recibió nombramiento señoral (“sir”) de parte de la reina Ana de Inglaterra. Sufría de cólicos nefríticos y otras dolencias renales que, tras muchas horas de delirio, finalmente lo llevaron a la tumba un 31 de marzo.

Referencias

• “Leyes de Newton” en Wikipedia.
• “Las Leyes de Newton en 2 minutos” (video) en Quantum Fracture.
• “Leyes de Newton” en Centro Informático Científico de Andalucía.
• “Fuerzas y leyes del movimiento de Newton” en Khan Academy.
• “Newton’s Laws of Motion” en NASA.
• “Newton’s thee Laws of Motion” en Stanford University.
• “Newton’s Laws of Motion” en The Encyclopaedia Britannica.