Se denomina Leyes de Newton a tres leyes concernientes al movimiento de
los cuerpos. La formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en
1687 en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
PRIMERA LEY O LEY DE INERCIA
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercía,
nos dice que si sobre un cuerpo no actua 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 cual 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 actua ninguna fuerza neta se mueve con
velocidad constante.
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 O PRINCIPIO FUNDAMENDTAL D ELA DINAMICA
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo
altere su movimiento es necesario que exista algo que 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
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. Vamos
a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en
los que pueda variar la masa.
Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud
física es la
cantidad de movimiento que se representa por la letra
p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su
velocidad, es decir:
p = m · v
La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una
magnitud vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s .
En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa
de la siguiente manera:
La Fuerza que actua sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la
cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,
F = dp/dt
De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante.
Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de
cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos:
F = d(m·v)/dt = m·dv/dt + dm/dt ·v
Como la masa es constante
dm/dt = 0
y recordando la definición de aceleración, nos queda
F = m a
tal y como habiamos visto anteriormente.
Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton
usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de
conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que actua
sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:
0 = dp/dt
es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo
es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el
tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es el Principio
de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerza total que
actua sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece
constante en el tiempo.
TERCERA LEY O PRINCIPIO DE ACCION-REACCION
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto 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 tambien 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 si, puesto que actuan sobre cuerpos distintos.
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