Leyes De Newton

Las leyes de Newton son tres leyes físicas que explican el movimiento y la fuerza, y corresponden a la parte de la física que estudia el movimiento, llamada dinámica. No todas las leyes fueron descubiertas por Newton, sin embargo, el las recopiló y explicó en el tercer Volumen de su libro  Principios matemáticos de la Filosofía Natural.

Primera ley de Newton: También llamada Ley de Galileo o Ley de la inercia, fue observada y formulada primero por Galileo Galilei al estudiar y el movimiento y los planos inclinados, dándose cuenta de que cuando se mueven un cuerpo, tiende a continuar con su movimiento, y que este se detiene por la fricción con la superficie sobre la que se mueve. Dedujo que si se eliminara la fricción, el cuerpo continuaría su movimiento hasta que otra fuerza lo modifique. La primera Ley de Newton se enuncia como sigue: “Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme, a menos que actúe sobre él una fuerza resultante”.

Conforme a esta ley, se define la Inercia como la tendencia que tiene un cuerpo a conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.

Desde la antigüedad se consideraba que al proporcionar movimiento a un objeto, éste iba perdiendo la energía proporcionada hasta detenerse. Sin embargo, también se observó que esto no sucede con otros cuerpos en movimiento, como sucede en el movimiento de los planetas, y se consideró que había otras leyes de movimiento para esos cuerpos celestes. Galileo consideró que tanto los cuerpos celestes como los cuerpos aquí en la tierra responden a las mismas leyes de movimiento, y que existía una circunstancia que hacía diferente uno de otro. Así llegó a la idea de que la fricción, la resistencia que ofrece, por ejemplo una superficie plana al giro de una esfera, es lo que hace que el objeto se detenga después de que ha comenzado a rodar. Estudió los planos inclinados y se dio cuenta de que cuando un objeto rueda en un plano inclinado hacia abajo, disminuye la fricción y aumenta su velocidad, mientras que si gira sobre un plano inclinado hacia arriba, aumenta la fricción y se frena. Consideró que si no existe la fricción ni otra fuerza que actúe sobre el objeto, entonces mantendría su estado de movimiento o reposo indefinidamente.

A este estado de mantener el movimiento o reposo, se le llama inercia.

Segunda Ley de Newton: Esta ley habla sobre la fuerza que actúa en un objeto en relación a la aceleración que se produce. Esta Ley se enuncia así: La fuerza neta que obra sobre un cuerpo es el producto de la masa del cuerpo por la aceleración que adquiere”. Y esta ley se aplica con la fórmula

F=ma

En esta fórmula, los elementos representan:

F: es la fuerza aplicada o que desarrolla el objeto. Se expresa en Newtons.
m: es la masa del objeto, expresada en kilogramos.
a: aceleración, que es el incremento de distancia que adquiere el objeto durante determinada unidad de tiempo, generalmente en segundos. Se mide en metros por segundo cada segundo.

Por medio de esta fórmula podemos calcular cualquiera de sus elementos:

F=ma para calcular la fuerza, conociendo la masa y la aceleración.
a=F/m para calcular la aceleración, conociendo la masa.
m=F/a para calcular la aceleración, conociendo la masa.

Tercera Ley de Newton: La tercera Ley de Newton también es conocida como la ley de la acción y reacción. Dice que cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el otro ejerce una fuerza igual y en sentido contrario. Esta ley se enuncia así: A toda fuerza se opone una fuerza igual y de sentido contrario, por lo que si un objeto ejerce sobre otro una fuerza, el segundo objeto ejerce sobre el primero una fuerza de igual intensidad, la misma dirección, pero en sentido contrario.

Esta ley podemos comprenderla si pensamos en dos situaciones:

Primero.- Aquí tenemos una esfera o una canica, que golpean una superficie fija, por ejemplo, una pared. Sabemos que al tocar la esfera la pared, se detendrá su recorrido y rebotará exactamente con la misma dirección que llevaba, pero en sentido contrario, ya que la pared ejerce la misma fuerza, y como la pared está fija, la fuerza se regresa a la esfera, que adquiere el mismo movimiento, con la misma fuerza, pero en sentido contrario.

Segundo.- En el segundo, tenemos dos canicas del mismo tamaño. La canica b está en reposo, mientras que a la canica a le imprimimos una fuerza que la hace moverse. Cuando la canica a toca a la canica B, la canica b ejerce una fuerza igual a la que tiene la canica a, que la hace detenerse. A la vez, la fuerza que ejerce la canica b sobre la canica a, le es regresada con la misma intensidad y en sentido contrario, haciendo que la canica b se mueva con la misma fuerza con la que detuvo a la canica a.

La fórmula general para la tercera ley de Newton es:

F₁= –F₂

¿Y qué pasa si las esferas o los objetos son diferentes? En el caso de dos objetos con masas diferentes, la fuerza transmitida será la misma, pero la aceleración que tendrá el objeto b será menor, si su masa es mayor que la del objeto a; si en cambio la masa del objeto b es menor que la de a, entonces su aceleración será mayor.

En los ejemplos veremos cómo se combinan la segunda y tercera de estas leyes para calcular lo anterior.

Ejemplos de las leyes de Newton

PRIMERA LEY DE NEWTON:

La ley de la inercia es la más fácil de observar y ver ejemplos todos los días y en todas partes.

• Uno de los más comunes es cuando vamos en un transporte (automóvil o camión), y de pronto frena: el vehículo se detiene, pero nosotros, aunque vayamos sentados, seguimos moviéndonos hacia adelante, porque, aunque no lo sintamos, estamos siguiendo el mismo movimiento del vehículo, y al detenerse de pronto, nuestro cuerpo sigue la misma trayectoria que estaba recorriendo.
• Otro ejemplo es cuando nos tropezamos. En lugar de detenerse todo nuestro cuerpo, nuestra parte superior sigue la inercia del movimiento que llevábamos, mientras que nuestros pies se detienen súbitamente, es por ello que nuestro cuerpo sigue el sentido del movimiento.
• Un ejemplo de lo contrario, es cuando estamos parados y alguien nos empuja. Estando de pie, sin movernos, nuestro equilibrio es la posición estática, y el empujón es la fuerza que cambia nuestro estado de reposo por el de movimiento, haciéndonos correr o que nos caigamos.

SEGUNDA LEY DE NEWTON:

Con la segunda Ley, podemos calcular la fuerza, la masa o la velocidad que tiene un objeto:

1. Calcular la fuerza que tendrá un carrito de 500g, que tiene una aceleración de 4 m/s²

Aplicamos la fórmula F=ma. Sabemos que:

m= 500g = 0.5kg
= 4m/s2
F= ma = (0.5)(4) = 2N

2. Calcular la masa de una esfera a la que se le imprime una fuerza de 0.3N y alcanza una aceleración de 2m/s²

Dspejamos la masa con m=F/a:

F= 0.3N
a= 2m/s2
m=F/a = 0.3 /2 = 0.15kg = 150 gramos.

3. Calcular la aceleración que alcanza un móvil de 220 gramos, al aplicársele una fuerza de 0.4 Newtons

F= 0.4 N
m = 220 g = 0.22kg
a=F/m = 0.4 / 0.22 = 1.82 m/s²

TERCERA LEY DE NEWTON:

La ley de la acción y la reacción es bastante sencilla, cuando hablamos de un objeto que choca contra un muro, o dos objetos que tienen la misma masa. Sin embargo, si combinamos la fórmula de la tercera ley de Newton: F₁ = –F₂, con la fórmula de la segunda ley: F = ma, entonces podemos calcular qué pasará con objetos de diferentes masas.

Así lo podemos calcular si tenemos en cuenta que (F = ma)₁ = –(F = ma)₂. Esto nos permite hacer cálculo como los siguientes:

1. Calcular la masa del objeto 1, si con una aceleración de 2 m/s, produce una fuerza de 0.25 N, y calcular la aceleración del objeto 2, si su masa es de 250 gramos.

Calculando con la segunda ley de Newton el objeto 1:

F= 0.25 N
a= 2m/s²
m = F/a = 0.25/2 = 0.125kg = 125 gramos

Como la fuerza es la misma, despejamos la fórmula para el objeto 2:

F= 0.25 N
m= 250 g = 0.25 kg
a = F/m = 0.25/0.25 = 1 m/s²

2. Calcular la masa del objeto 2, si adquiere una velocidad de 4.5 m/s², como reacción a la fuerza ejercida por el objeto 1, que tiene una masa de 750 gramos y una aceleración de 6 m/s²

Como primer paso, calculamos la fuerza que ejerce el objeto 1: 

m= 750 gramos, = 0.75 kg
a= 6m/s²
F = ma = (0.75)(6) = 4.5 N

Ahora que sabemos la fuerza, calculamos la masa del objeto 2:

F= 4.5 N
a= 4.5 m/s²
m = F/a = 4.5/4.5 = 1 kg