La tercera ley de Newton (o principio de acción y reacción) es la última de las tres leyes fundamentales de la dinámica que desarrolló Sir. Isaac Newton junto con la ley de inercia (1a) y la ley fundamental de la dinámica (2a). Estas leyes explican gran parte de los aspectos relativos al movimiento de los cuerpos.
La tercera ley de Newton expresa que:
“A toda acción siempre se opone una reacción de igual valor, o las acciones mutuas de dos cuerpos entre sí siempre se dirigen hacia la parte contraria.”
Explicación de la ley de acción y reacción
Es decir, si se ejerce una fuerza sobre un cuerpo a, el cuerpo a responderá con otra fuerza de reacción de igual magnitud y sentido opuesto.
Los dos primeros principios de Newton (la ley de inercia y la ley fundamental de la dinámica) se refieren a un único cuerpo. Por otro lado, la tercera ley hace referencia a la interacción entre dos cuerpos.
Generalmente, cuando hablamos de la tercera ley expresamos la F de fuerza con dos subíndices: el primero de ellos es para indicar el cuerpo que ejerce la fuerza, mientras que el segundo subíndice se utiliza para referirse al cuerpo sobre el que actúa la fuerza.
Si, por ejemplo, tenemos dos cuerpos a y b que ejercen fuerzas entre ellos, Fab representa la fuerza que el cuerpo “a” ejerce sobre el cuerpo “b”. De la misma forma, Fba representa la fuerza que el cuerpo “b” ejerce sobre “a”: es decir la fuerza ejercida por “b” sobre “a”.
La tercera ley de Newton establece que estas dos fuerzas son iguales y opuestas.
Las fuerzas ocurren por parejas, es decir, no puede existir una sola fuerza aplicada sobre un cuerpo aislado.
Esta ley es independiente a si los objetos están en reposo, en movimiento o movimiento rectilíneo uniforme.
La ley de acción-reacción se aplica tanto en situaciones de contacto directo (por ejemplo, cuando empujamos una mesa) como en interacciones a distancia (como la fuerza gravitacional entre dos cuerpos). Las fuerzas de acción y reacción no se cancelan entre sí porque actúan sobre objetos diferentes.
La tercera ley también está vinculada a conceptos importantes como el principio de conservación del momento. Este principio indica que, en ausencia de fuerzas externas, el momento total de un sistema aislado permanece constante. Por ejemplo, cuando un cohete expulsa gases hacia abajo, la nave es empujada hacia arriba, lo que asegura el equilibrio del momento.
¿Qué es el par acción-reacción?
El par acción-reacción son las dos fuerzas que se ejercen entre dos cuerpos que interactúan entre ellos.
Dos cuerpos que ejercen una fuerza el uno sobre el otro son dos objetos que interaccionan entre ellos. La ley de acción y reacción de Newton establece la relación entre las dos fuerzas resultantes de la interacción de dos cuerpos. Por esta razón, en ocasiones las dos fuerzas Fab y Fba se las denomina par acción-reacción. Una de las fuerzas se denomina acción y la segunda se denomina reacción.
La elección de qué fuerza juega el papel de acción o reacción es una decisión arbitraria.
Ejemplos de la tercera ley de Newton
A continuación mostramos algunos ejemplos de la tercera ley:
- Un libor en reposo: Un libro que está sobre una mesa ejerce una fuerza sobre la mesa debido a la gravedad. Al mismo tiempo, la mesa ejerce una fuerza normal con la misma magnitud pero dirección opuesta para compensar esta fuerza. Debido a esta fuerza de reacción el libro permanecerá en reposo.
- La unión de una máquina de tren con sus vagones: Una máquina de tren ejerce una fuerza sobre el vagón unido a ella en el sentido de avance. Al mismo tiempo, el vagón ejerce una fuerza de reacción en sentido contrario oponiéndose al avance.
- Caminar: Al caminar, tus pies empujan el suelo hacia atrás, y el suelo te empuja hacia adelante.
- Nadar: Al empujar el agua hacia atrás con las manos, el agua te impulsa hacia adelante.
- Despegar de un cohete: Los gases expulsados hacia abajo generan una fuerza que empuja al cohete hacia arriba.
- Remar en un bote: Al empujar el agua hacia atrás con los remos, el bote avanza hacia adelante.
- Golpear una pelota: Cuando golpeas una pelota, ejerces una fuerza sobre ella, y esta aplica una fuerza contraria sobre la raqueta o pie.
- Saltar sobre el suelo: Tus piernas empujan el suelo hacia abajo, y este te empuja hacia arriba.
- Chocar un auto contra una pared: El auto ejerce una fuerza sobre la pared, y la pared ejerce una fuerza igual sobre el auto.
- Empujar una mesa: Al empujarla, la mesa te empuja hacia atrás.
- Aterrizaje de un avión: Las ruedas del avión aplican una fuerza hacia abajo en la pista, mientras que la pista las empuja hacia arriba.
- Lanzar una piedra: Cuando lanzas una piedra, tu mano aplica una fuerza hacia adelante, mientras la piedra aplica una fuerza en sentido opuesto sobre tu mano.
Aplicaciones tecnológicas de la tercera ley
La tercera ley de Newton se aplica en muchas aplicaciones tecnológicas, particularmente en el campo de la propulsión y la ingeniería. Uno de los ejemplos más notables es la propulsión de cohetes. Un cohete funciona expulsando gases a gran velocidad hacia abajo; esta es la acción. En respuesta, según la tercera ley, el cohete es empujado hacia arriba con una fuerza igual en magnitud pero en sentido opuesto, lo que permite su despegue y vuelo.
Este mismo principio se aplica en la propulsión a chorro utilizada en aviones. Los motores expulsan gases hacia atrás, lo que genera la fuerza de empuje que impulsa el avión hacia adelante. Sin la tercera ley, no sería posible el movimiento de estas aeronaves ni de otros vehículos propulsados por motores a reacción.
Otro campo donde esta ley tiene aplicaciones importantes es la ingeniería nuclear. En los reactores nucleares, la energía liberada por la fisión de núcleos atómicos genera calor, que a su vez convierte agua en vapor. Este vapor es expulsado hacia una turbina, lo que genera la fuerza de reacción necesaria para producir electricidad.
Estas aplicaciones demuestran cómo la tercera ley es fundamental en el diseño y funcionamiento de tecnologías avanzadas que impulsan la movilidad y la generación de energía en la actualidad.