La tercera ley de Newton es una de las tres leyes fundamentales formuladas por Sir Isaac Newton en su obra Principia Mathematica en 1687, las cuales han sido la base de la mecánica clásica durante siglos.
Esta ley enuncia que "para cada acción, hay una reacción igual y opuesta". En otras palabras, cuando un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, el objeto B simultáneamente ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta sobre el objeto A.
Aunque esta ley puede parecer sencilla, es fundamental para entender cómo interactúan los objetos en nuestro entorno. Vamos a profundizar en el concepto a través de ejemplos detallados que se relacionan con esta ley, lo cual permitirá una comprensión más profunda de su aplicación.
1. Caminar sobre el suelo
Un ejemplo cotidiano y directo de la tercera ley de Newton es el acto de caminar. Cuando caminas, tus pies aplican una fuerza hacia atrás sobre el suelo. Esta es la "acción".
De acuerdo con la tercera ley de Newton, el suelo responde ejerciendo una fuerza en sentido opuesto, (fuerza de fricción) es decir, hacia adelante. Esta es la "reacción", la cual te permite moverte hacia adelante. Sin esta fuerza de reacción, simplemente no podrías avanzar. En superficies resbaladizas, como el hielo, la fricción es mínima, y por lo tanto, la reacción del suelo es más débil, lo que dificulta el caminar.
En términos más detallados, cuando el pie empuja hacia atrás, se produce una interacción entre la superficie del zapato y el suelo. La fricción entre ambos permite que la fuerza aplicada sea suficiente para generar una reacción hacia adelante, lo que impulsa el cuerpo hacia adelante. La magnitud de la fuerza aplicada es la misma que la de la fuerza que el suelo ejerce sobre el pie, pero en dirección contraria.
2. Nadar en el agua
Cuando nadas, usas tus manos y pies para empujar el agua hacia atrás. Este empuje hacia atrás es la "acción".
Según la tercera ley de Newton, el agua responde aplicando una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta, lo que te impulsa hacia adelante en el agua. Esta fuerza de reacción es lo que te permite avanzar mientras nadas.
El mismo principio puede observarse en los peces. Cuando un pez mueve su aleta caudal hacia un lado, empuja el agua en una dirección, y como respuesta, el agua empuja al pez en la dirección contraria, lo que permite que se desplace por el agua. Sin la tercera ley de Newton, ni los humanos ni los animales podrían nadar eficientemente.
3. Despegue de un cohete
El despegue de un cohete es un ejemplo dramático de la tercera ley de Newton en acción. Cuando un cohete despega, los gases que se queman en los motores son expulsados con gran fuerza hacia abajo, lo que constituye la "acción".
De acuerdo con la tercera ley de Newton, el cohete recibe una fuerza de igual magnitud pero en sentido opuesto, es decir, hacia arriba, lo que le permite despegar del suelo y ascender hacia el espacio.
Este fenómeno se explica mejor en términos de momentum o cantidad de movimiento. Los gases expulsados adquieren un gran momentum hacia abajo, y para conservar la cantidad de movimiento del sistema total, el cohete adquiere un momentum igual pero en dirección opuesta, lo que genera el ascenso.
Esta aplicación es crucial en la industria aeroespacial, ya que sin este principio, sería imposible lanzar vehículos al espacio exterior.
4. Golpear una pelota
Cuando juegas al tenis o al fútbol, la interacción entre el implemento (una raqueta o el pie) y la pelota es otro ejemplo de la tercera ley de Newton. Cuando golpeas una pelota, ejerces una fuerza sobre ella. Esta es la "acción". La pelota, a su vez, ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección contraria sobre la raqueta o el pie. Esta es la "reacción".
En un análisis más detallado, cuando la raqueta de tenis golpea la pelota, ambas fuerzas interactúan durante un período de tiempo muy corto. La fuerza de reacción que la pelota aplica sobre la raqueta se siente en la mano del jugador, lo que explica por qué, si golpeas una pelota muy rápido, sientes una sacudida o vibración.
Este intercambio de fuerzas es fundamental para cualquier deporte de pelota, y la capacidad de los jugadores para controlar estas fuerzas determina su éxito en el juego.
5. Remar en un bote
Otro ejemplo interesante es el acto de remar. Cuando usas los remos para empujar el agua hacia atrás, estás aplicando una fuerza hacia atrás sobre el agua. Esta es la "acción".
De acuerdo con la tercera ley de Newton, el agua responde aplicando una fuerza en sentido opuesto sobre los remos, empujando el bote hacia adelante.
Aquí, la eficiencia del movimiento depende de la fricción y resistencia del agua. El agua, siendo un fluido, ofrece resistencia a los remos, lo que facilita la aplicación de la tercera ley. Si intentaras remar en el aire, donde no hay suficiente resistencia, no se produciría el mismo efecto, ya que el aire no proporciona la reacción necesaria para mover el bote hacia adelante.
6. Saltar sobre el suelo
Cuando saltas, tus piernas aplican una fuerza hacia abajo sobre el suelo, que es la "acción". El suelo responde aplicando una fuerza hacia arriba de igual magnitud, que es la "reacción". Esta fuerza de reacción es la que te impulsa hacia arriba en el salto.
En este caso, la magnitud de la fuerza aplicada hacia abajo sobre el suelo determinará la altura del salto. Cuanto mayor sea la fuerza que ejerces sobre el suelo, mayor será la fuerza de reacción que el suelo aplicará sobre ti, y por lo tanto, más alto saltarás.
Además, la tercera ley también explica por qué es más fácil saltar en superficies firmes, como el concreto, en comparación con superficies blandas, como la arena, donde el suelo no puede generar una reacción tan fuerte.
7. Colisión entre un automóvil y una pared
Imagina que un automóvil choca contra una pared. En este caso, el automóvil ejerce una fuerza hacia adelante sobre la pared en el momento del impacto. Esta es la "acción". La pared, en respuesta, ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección contraria sobre el automóvil, lo que constituye la "reacción". Esta fuerza de reacción es lo que detiene al automóvil o incluso lo empuja hacia atrás.
En este tipo de situaciones, la tercera ley de Newton también es crucial para entender los daños que sufren tanto el automóvil como la pared. Si el automóvil se mueve rápidamente, la fuerza de colisión es mayor, lo que implica que la reacción de la pared también será mayor. Esto explica por qué los accidentes a alta velocidad tienden a ser más devastadores que los de baja velocidad.
Además, las fuerzas involucradas en la colisión pueden distribuirse de manera desigual dependiendo de la estructura de los materiales involucrados.
8. Lanzar una piedra
Cuando lanzas una piedra, tu mano aplica una fuerza hacia adelante sobre la piedra. Esta es la "acción". La piedra, en respuesta, aplica una fuerza de igual magnitud pero en sentido contrario sobre tu mano. Esta es la "reacción".
Aunque la piedra se mueve hacia adelante debido a la fuerza aplicada, tu mano siente la fuerza contraria en el momento del lanzamiento.
Este ejemplo también puede relacionarse con el concepto de impulso. Cuanto mayor sea la fuerza que apliques a la piedra, mayor será la velocidad con la que se desplazará. Sin embargo, la fuerza de reacción sobre tu mano también será mayor, lo que puede hacer que sientas un tirón o resistencia al lanzar objetos pesados o rápidamente.
9. Empujar una mesa
Cuando empujas una mesa, aplicas una fuerza hacia adelante sobre la mesa. Esta es la "acción". La mesa, a su vez, ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta sobre tus manos. Esta es la "reacción".
Aunque la mesa se mueve hacia adelante debido a la fuerza que aplicaste, la fuerza de reacción que la mesa ejerce sobre ti puede hacer que sientas resistencia, especialmente si la mesa es pesada.
Si aplicas más fuerza, la mesa se moverá más fácilmente, ya que la fricción entre la mesa y el suelo se vence con mayor facilidad. Sin embargo, la fuerza que sientes en tus manos siempre será igual a la fuerza que aplicas, aunque en dirección contraria, lo que es una clara manifestación de la tercera ley de Newton.
10. Aterrizaje de un avión
Cuando un avión aterriza, sus ruedas ejercen una fuerza hacia abajo sobre la pista debido al peso del avión. Esta es la "acción".
La pista, de acuerdo con la tercera ley de Newton, ejerce una fuerza hacia arriba de igual magnitud sobre las ruedas del avión. Esta es la "reacción", que sostiene al avión y lo permite desacelerar de manera segura.
Este proceso es crítico para que el avión se detenga de forma controlada. Si no existiera esta fuerza de reacción hacia arriba, el avión no podría frenar adecuadamente y podría salirse de la pista. Además, durante el aterrizaje, los frenos y la fricción entre las ruedas y la pista generan fuerzas adicionales que permiten detener el avión por completo.
11. Reacción en cadena en un reactor nuclear
En un reactor nuclear, la fisión de núcleos pesados como el uranio-235 genera energía. Durante este proceso, cuando un neutrón impacta un núcleo de uranio, el núcleo se divide en dos fragmentos más pequeños, liberando energía y más neutrones. Estos neutrones a su vez pueden colisionar con otros núcleos de uranio, desencadenando una reacción en cadena.
En términos de la tercera ley de Newton, cuando el neutrón golpea el núcleo de uranio y lo divide, se produce una "acción" que consiste en la fragmentación del núcleo y la liberación de partículas subatómicas, como neutrones y fotones (rayos gamma). La "reacción" es la fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta que los fragmentos del núcleo ejercen sobre las partículas liberadas.
Estos fragmentos se repelen mutuamente y se separan a gran velocidad, lo que genera el calor necesario para convertir el agua en vapor y hacer funcionar las turbinas del reactor.
12. Propulsión nuclear en submarinos y naves espaciales
Algunos submarinos y naves espaciales utilizan reactores nucleares para generar energía y propulsarse.
En este caso, la tercera ley de Newton también está presente en los sistemas de propulsión basados en energía nuclear. Un reactor nuclear en un submarino utiliza la energía liberada por la fisión para calentar agua y generar vapor, que luego se expulsa a través de turbinas para generar energía mecánica que impulsa la embarcación.
La tercera ley se aplica cuando el vapor generado por el reactor nuclear se expulsa hacia un lado, lo que crea una fuerza de reacción hacia el lado opuesto que mueve el submarino o la nave espacial.
Esta acción de expulsar vapor o gases sigue el mismo principio de la propulsión a chorro, pero en lugar de quemar combustible químico, se usa la energía liberada por la fisión nuclear para generar el impulso.