LEYES DE NEWTON

Leyes de newton
constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la
física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto
sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas
en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden
derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su
validez radica en sus predicciones... La validez de esas predicciones fue
verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.2

O Así, las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los
astros, como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser
humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas.
O Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su
obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.3
O No obstante, la dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, sólo
se cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es aplicable
a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz
(que no se acerquen a los 300.000 km/s); la razón estriba en que cuanto más
cerca esté un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo que ocurriría en los
sistemas de referencia no-inerciales), más posibilidades hay de que incidan
sobre el mismo una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o
fuerzas ficticias, que añaden términos suplementarios capaces de explicar el
movimiento de un sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan
entre sí. El estudio de estos efectos (aumento de la masa y contracción de la
longitud, fundamentalmente) corresponde a la teoría de la relatividad
especial, enunciada por Albert Einstein en 1905.

Ley de Newton o ley de la
inercia:
O Un cuerpo permanecerá en un estado de reposo o de
movimiento uniforme, a menos de que una fuerza externa
actúe sobre él.
O 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).
O Como sabemos, el movimiento es relativo, es
decir, depende de cual sea el observador que describa el
movimiento.
O Así, ejemplo, 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.

Masa Inercial
O La masa inercial es una medida de la inercia de un
objeto, que es la resistencia que ofrece a cambiar su
estado de movimiento cuando se le aplica una fuerza. Un
objeto con una masa inercial pequeña puede cambiar su
movimiento con facilidad, mientras que un objeto con una
masa inercial grande lo hace con dificultad.
O La masa inercial viene determinada por la Segunda y
Tercera Ley de Newton. Dado un objeto con una masa
inercial conocida, se puede obtener la masa inercial de
cualquier otro haciendo que ejerzan una fuerza entre sí.
Conforme a la Tercera Ley de Newton, la fuerza
experimentada por cada uno será de igual magnitud y
sentido opuesto. Esto permite estudiar qué resistencia
presenta cada objeto a fuerzas aplicadas de forma similar.

Fuerza de rozamiento o
Roce:
O El rozamiento, generalmente, actúa como una fuerza aplicada en
sentido opuesto a la velocidad de un objeto. En el caso de
deslizamiento en seco, cuando no existe lubricación, la fuerza de
rozamiento es casi independiente de la velocidad. La fuerza de
rozamiento tampoco depende del área aparente de contacto entre
un objeto y la superficie sobre la cual se desliza.
O El área real de contacto —esto es, la superficie en la que las
rugosidades microscópicas del objeto y de la superficie de
deslizamiento se tocan realmente— es relativamente pequeña.
Cuando un objeto se mueve por encima de la superficie de
deslizamiento, las minúsculas rugosidades del objeto y la superficie
chocan entre sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan
moviendo.
O El área real de contacto depende de la fuerza perpendicular entre
el objeto y la superficie de deslizamiento. Frecuentemente, esta
fuerza no es sino el peso del objeto que se desliza. Si se empuja el
objeto formando un ángulo con la horizontal, la componente vertical
de la fuerza dirigida hacia abajo se sumará al peso del objeto. La
fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza perpendicular
total.

O El rozamiento, generalmente, actúa como una fuerza aplicada en
sentido opuesto a la velocidad de un objeto. En el caso de
deslizamiento en seco, cuando no existe lubricación, la fuerza de
rozamiento es casi independiente de la velocidad. La fuerza de
rozamiento tampoco depende del área aparente de contacto entre
un objeto y la superficie sobre la cual se desliza.
O El área real de contacto —esto es, la superficie en la que las
rugosidades microscópicas del objeto y de la superficie de
deslizamiento se tocan realmente— es relativamente pequeña.
Cuando un objeto se mueve por encima de la superficie de
deslizamiento, las minúsculas rugosidades del objeto y la superficie
chocan entre sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan
moviendo.
O El área real de contacto depende de la fuerza perpendicular entre
el objeto y la superficie de deslizamiento. Frecuentemente, esta
fuerza no es sino el peso del objeto que se desliza. Si se empuja el
objeto formando un ángulo con la horizontal, la componente vertical
de la fuerza dirigida hacia abajo se sumará al peso del objeto. La
fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza perpendicular
total.

Aplicaciones de las Leyes de
Newton

Primera ley de Newton o ley
de la inercia
O En esta primera ley, Newton expone que “Todo
cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o
movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea
obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas
sobre él”.
O Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede
cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en
reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a
menos que se aplique una fuerza neta sobre él.
Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en
movimiento están sometidos constantemente a
fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma
progresiva.
O Por ejemplo, los proyectiles continúan en su
movimiento mientras no sean retardados por la
resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la
fuerza de gravedad.

Segunda ley de Newton o ley
deLa segunda ley del movimiento dede fuerza
O
aceleración o ley Newton
dice que “Cuando se aplica una fuerza a un
objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración
es en dirección a la fuerza y es proporcional a
su intensidad y es inversamente proporcional
a la masa que se mueve”.
O Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo
en movimiento (cuya masa no tiene por qué
ser constante) actúa una fuerza neta: la
fuerza modificará el estado de
movimiento, cambiando la velocidad en
módulo o dirección.

Tercera Ley de Newton o Ley
de acción y reacción
O Enunciada algunas veces como que "para
cada acción existe una reacción igual y
opuesta".
O En términos más explícitos: La tercera ley
expone que por cada fuerza que actúa sobre
un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual
intensidad y dirección pero de sentido
contrario sobre el cuerpo que la produjo.
O Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se
presentan en pares de igual
magnitud, sentido opuesto y están situadas
sobre la misma recta.

Fundamentos teóricos de
las leyes
O El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que
identifica con "cantidad de materia".
O Newton asume a continuación que la cantidad de
movimiento es el resultado del producto de la masa por la
velocidad.
O En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo
absoluto y relativo siempre que se hable de
tiempo, espacio, lugar o movimiento.
O En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como
una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar
al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo compone
el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo)
en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del
lugar mismo en otro lugar en el que esté situado, y así
sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar
inmóvil, es decir, al sistema de referencias de los
movimientos absolutos.

Leyes de Newton

O La dinámica es la parte de la Mecánica que
estudia las relaciones entre las causas que
originan los movimientos y las propiedades de los
movimientos originados. Las Leyes de Newton
constituyen los tres principios básicos que
explican el movimiento de los cuerpos, según la
mecánica clásica. Fueron formuladas por primera
vez por Newton en 1687, aunque la primera de
ellas ya fue enunciada por Galileo. Tal y como las
vamos a ver aquí sólo son válidas para un
Sistema de Referencia Inercial.
O En la siguiente animación puedes variar el
módulo y la dirección (pinchando sobre las
flechas) de la velocidad inicial y de la fuerza que
actúan sobre el astronauta.

Primera Ley de Newton

O Todo cuerpo que no está sometido a
ninguna interacción (cuerpo libre o
aislado) permenece en reposo o se
traslada con velocidEsta ley es conocida
como la ley de inercia y explica que para
modificar el estado de movimiento de un
cuerpo es necesario actuar sobre él.
Definimos una nueva magnitud vectorial
llamada momento lineal (o cantidad de
movimiento) p de una partícula: ad
constante.

Segunda Ley de Newton
O Una fuerza representa entonces una
interacción. Cuando una partícula no
está sometida a ninguna fuerza, se
mueve con momento lineal constante
(Primera Ley).
O Sustituyendo la definición de momento
lineal y suponiendo que la masa de la
partícula es constante, se llega a otra
expresión para la Segunda Ley:

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