Las leyes de Newton (o los principios fundamentales de la mecánica ) son tres leyes de la física clásica que relacionan las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de ese cuerpo. Estas leyes fueron declaradas por Sir Isaac Newton (también basado en los estudios de Galileo).
Las leyes de Newton son suficientes para explicar todos los movimientos de la mecánica clásica, es decir, movimientos que tienen lugar a velocidades mucho más bajas que la velocidad de la luz en el vacío. Todas ellas se pueden demostrar mediante la aplicación del método científico.
Estas tres leyes se basan en un sistema de referencias inerciales, es decir, con fuerzas reales con velocidad constante.
Primera ley de Newton: la ley de inercia
La primera ley de Newton, también conocida como la ley de la inercia, establece que :
“Cualquier cuerpo mantiene un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme mientras no actúen otras fuerzas sobre él o la suma de las fuerzas que actúan sobre él sea cero.”
Si un objeto que se mueve no recibe ninguna fuerza extra se mueve en línea recta con una velocidad constante. Si por el contrario, a este mismo cuerpo le ejercemos una fuerza lateral cambiará de dirección. En otras palabras, un objeto no cambiará su estado de movimiento a menos que algo lo haga.
Ejemplos
Por ejemplo, si empujas una caja sobre una superficie sin fricción, seguirá moviéndose indefinidamente a menos que apliques una fuerza opuesta.
Por otro lado, si una pelota está quieta en el suelo, permanecerá quieta a menos que algo la haga moverse.
Por otro lado la Luna describe una trayectoria circular porqué experimenta constantemente una fuerza centrípeta en dirección a la tierra debido a la fuerza de la gravedad con la que se atraen la Tierra y la Luna (ley de gravitación universal). Si la Luna o cualquier otro cuerpo celeste no tuvieran la influencia de la gravedad de otros planetas, describirían una trayectoria rectilínea.
Segunda ley de Newton: ley de la dinámica
La segunda ley de Newton es la ley fundamental de la dinámica: establece la relación entre fuerza y aceleración.
“Una fuerza que actúa sobre un cuerpo le da una aceleración , proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.”
Fórmula de la cantidad de movimiento
La masa es una medida de la cantidad de materia en el cuerpo. Newton introduce la noción de cantidad de movimiento. Esta es una cantidad vectorial igual al producto entre la masa y el vector de velocidad .
p = m · v
Donde
-
m es la masa
-
v es el vector de la velocidad
Fórmula de la fuerza
Partiendo de la cantidad de movimiento podemos deducir la forma más completa de definición de fuerza para un cuerpo de masa constante.
F = m · a
Donde
-
F es el vector de la fuerza (N)
-
m es masa (kg)
-
a es el vector de la aceleración (m/s)
Si un objeto que está en reposo no recibe ninguna fuerza externa permanecerá en reposo. Si por el contrario, le aplicamos una fuerza neta, el cuerpo experimenta una aceleración y adquiere un movimiento uniformemente acelerado.
Tercera ley de Newton: ley de acción y reacción
La tercera ley o ley de acción y reacción nos indica lo siguiente:
“Cuando un cuerpo actúa sobre otro cuerpo con una fuerza (llamada fuerza de acción), el segundo cuerpo también actúa sobre el primero con una fuerza (llamada fuerza de reacción) del mismo tamaño y dirección, pero en la dirección opuesta. Este principio también se conoce como principio de acción y reacción.”
Ejemplos
Un ejemplo clásico de esta ley es el impulso de un cohete espacial. Cuando los gases se expulsan hacia atrás desde el motor del cohete, ejercen una fuerza hacia adelante sobre el cohete, lo que provoca que este se acelere en la dirección opuesta.
La tercera ley de Newton también es relevante en la producción de energía nuclear. Cuando un núcleo de uranio se divide en dos núcleos más pequeños (fisión nuclear), se libera una gran cantidad de energía.
Esta liberación de energía se debe a la conservación de la cantidad de movimiento. Los dos fragmentos de núcleo se alejan uno del otro a alta velocidad como resultado de la acción-reacción, y esta energía cinética se convierte en energía térmica que luego se utiliza para generar electricidad en un reactor nuclear.
Ejemplos de aplicaciones de las leyes de Newton
Las leyes de Newton son fundamentales para la física y tienen una amplia gama de aplicaciones en la vida cotidiana y en la ciencia.
Algunos ejemplos de las áreas en las que estas leyes son especialmente relevantes incluyen:
- Ingeniería: Las leyes de Newton son esenciales para el diseño y la construcción de máquinas, vehículos y estructuras.
- Astronomía: Se utilizan para predecir y entender el movimiento de planetas, estrellas y otros cuerpos celestes.
- Física del movimiento: Las leyes de Newton son la base de la cinemática, que se ocupa del estudio del movimiento de los objetos.
- Ingeniería espacial: Son cruciales para el diseño y la operación de naves espaciales y satélites.
- Tecnología automotriz: Se aplican para desarrollar sistemas de seguridad en vehículos, como airbags y sistemas de frenado.
- Biomecánica: Ayudan a comprender cómo los seres vivos se mueven y responden a las fuerzas aplicadas a ellos.
