Primera Ley de Newton
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 cual 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.
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.
Mira este experimento:
Segunda Ley de Newton
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.
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.
Acá un ejemplo:
Tercera Ley de Newton
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.
Ejemplo:
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 actuan
sobre cuerpos distintos.
Un vídeo más para aclarar tus dudas:
Ejercicios Generales:
Ayúdate aquí:
Para que no haya dudas:
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