LEYES DE NEWTON
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Primera
ley o ley de inercia
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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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Segunda
ley o Principio Fundamental de la Dinámica
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La
fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su
aceleración.
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Tercera
ley o Principio de acción-reacción
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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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Estas
son las tres leyes de Newton y, a continuación, vamos a comentarlas cada una
por separado.
PRIMERA LEY- LEY DE INERCIA
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.
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 – PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA
DINÁMICA
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 actúa 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 habíamos 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 actúa 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 actúa sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo
permanece constante en el tiempo.
TERCERA LEY – PRINCIPIO DE ACCIÓN Y
REACCIÓN
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 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 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 si, puesto que actúan
sobre cuerpos distintos.
