Isaac Newton: Ingenio e inteligencia en una perfecta unión.
Isaac Newton nació en
las primeras horas del 25 de diciembre de 1642 (4 de enero de 1643, según el
calendario gregoriano), en la pequeña aldea de Woolsthorpe, en el Lincolnshire.
Su padre, un pequeño terrateniente, acababa de fallecer a comienzos de octubre,
tras haber contraído matrimonio en abril del mismo año con Hannah Ayscough,
procedente de una familia en otro tiempo acomodada. Cuando el pequeño Isaac
acababa de cumplir tres años, su madre contrajo de nuevo matrimonio con el
reverendo Barnabas Smith, rector de North Witham, lo que tuvo como consecuencia
un hecho que influiría decisivamente en el desarrollo del carácter de Newton.
Primera Ley
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de
inercía, nos dice que si sobre un cuerpo no actua 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 actua 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.
Segunda Ley
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.
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 actua 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 habiamos 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 actua 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
actua 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.
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.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien,
nosotros tambien 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.
Experimento sobre la 2da ley de Newton
EJERCICIOS:
OPINIONES DE LOS AUTORES
Alejandro Zambrano: '' Las fuerzas no se anulan porque son opuestas en distintos cuerpos físicamente, es decir una fuerza actúa en un cuerpo y otra fuerza actúa en el otro cuerpo. Da igual que sea cuerpos iguales, no son el mismo. ''
Julián Gutiérrez Q.: ''Las leyes de Newton son muy importantes por que nos ayudan a hacer diferentes cosas como formulas para los transbordadores y maquinas científicas, ademas, la gravedad nos ayuda para mantenernos tocando la tierra y no estar flotando.''
Carlos Landaeta: ''Son muy útiles a la hora de construir distintos tipos de objetos mecánicos, de hecho, la teoría de la electricidad y magnetismo, nace todo con la misma idea, la de las leyes de Newton.''
Paginas relacionadas:
http://magiadenewton.blogspot.com/
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Leyes_de_Newton.html
http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema7.html
