Leyes de Newton

Isaac Newton fue un físico, matemático, filósofo y teólogo de origen inglés, al que se le reconoce como uno de los más grandes genios que ha tenido la humanidad en materia científica. En su obra Philosophiæ naturalis principia mathematica, publicada en el idioma latín en 1687, Newton sentó las bases de la física y la mecánica en torno al movimiento de los cuerpos, a partir de la exposición de las llamadas «Leyes de Newton» o «Leyes del movimiento».

Tomando como referencia los estudios realizados por el científico italiano Galileo Galilei en relación al movimiento de los cuerpos y los del alemán Johannes Kepler sobre el movimiento de los planetas alrededor del sol, Isaac Newton estableció las bases para la dinámica —que en física constituye la parte de la mecánica que trata las leyes del movimiento en relación con las fuerzas que lo producen—, a través de tres leyes: Primera ley o Ley de la Inercia, Segunda ley o Principio fundamental de la dinámica y Tercera ley o Principio de acción y reacción. A partir de estas, dedujo luego la ley de gravitación universal.

Isaac Newton

La trascendencia del trabajo de Newton radica en que a partir de sus leyes es posible explicar el movimiento, tanto de los astros como de los objetos construidos por el hombre. A lo largo de su obra maestra planteó que todos los movimientos se atienen a las tres leyes principales que propone y que fueron planteadas en términos matemáticos.

Primera ley o Ley de la inercia

«Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él». Bajo esta premisa inicial, la primera ley de Newton refutó la idea de Aristóteles, quien planteaba que un cuerpo se mantendría en movimiento siempre que una fuerza actúe sobre él. Por el contrario, Newton establece que a menos que una fuerza externa actúe sobre un cuerpo, éste se mantendrá en movimiento constante o permanecerá en reposo. De esta manera, se concluye que un cuerpo no dejará de moverse a menos de que se aplique una fuerza sobre él.

Esta primera ley permitió definir a los Sistemas de referencia inerciales, que tienen que ver con los sistemas a partir de los cuales se observa la velocidad constante de un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza, bien sea de roce o de fricción. Precisamente, la consideración de las fuerzas de roce o de fricción a las que puede estar sometido un cuerpo y que lo frenan progresivamente fue parte de las innovaciones de Newton en esta primera ley.

Cuando un cuerpo está en equilibrio, es porque se ha cumplido el Principio de Inercia debido a que no actúan fuerzas externas contra él o son contrarrestadas entre sí.

Segunda ley o Principio fundamental de la dinámica

«El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime». A partir de esta segunda ley se busca cuantificar la fuerza, como causante de los cambios de movimiento; además de que permite observar la proporcionalidad entre la fuerza impresa sobre el cuerpo y el cambio de velocidad.

En este principio propuesto por Newton se asume que la aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza que es aplicada sobre él y, a su vez, la constante de proporcionalidad es la masa de un cuerpo. De esta segunda ley, resulta la relación «F=ma» (en la que la fuerza es representada con la letra F y la masa con la m), que constituye la fórmula fundamental de la dinámica y que expresa la proporcionalidad en la relación entre la fuerza y la masa del cuerpo cuando es constante.

La ecuación antes descrita también permite explicar que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales porque cuentan con un valor, un sentido y una dirección.

En los casos donde varias fuerzas actúan igual o simultáneamente sobre un mismo objeto ocurre lo descrito en el Principio de superposición, que establece que la fuerza que resulta se corresponde con la suma vectorial de cada fuerza que actúa sobre el cuerpo.

Tal es la importancia de la obra de Isaac Newton con respecto a la fuerza, que en el sistema internacional, la unidad de medida de la fuerza es el newton y está representado con la letra N. Si la masa y la aceleración tienen un valor de 1, el de la fuerza será igual, de manera que el newton equivale a la fuerza que produce una aceleración de 1 m/s cuando es aplicada sobre una masa de 1 kilogramo.

Tercera ley o Principio de acción y reacción

«Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto». Con el Principio de acción y reacción, Newton trató de explicar cómo cada fuerza que actúa sobre un cuerpo provoca que este realice una fuerza con igual intensidad y dirección, pero en el sentido contrario al cuerpo que la produjo.

Uno de los ejemplos más esclarecedores sobre esta ley recae en que si una persona empuja a un objeto de peso similar al suyo, ambos se mueven con la misma velocidad pero en sentido contrario. De esta manera, el tercer principio propuesto por Newton pone de manifiesto que en una interacción intervienen un par de fuerzas de acción y reacción, que están situadas en la misma dirección y con igual magnitud, pero en sentidos opuestos.

Otro de los hallazgos importantes a partir de esta tercera ley de Newton reside en que incluye la relación entre dos fuerzas que no están siendo aplicadas sobre el mismo cuerpo, por lo que se producen aceleraciones diferenciadas en virtud de sus masas. Es así como al estar aplicadas en cuerpos distintos, las fuerzas no se anulan ni se contrarrestan entre sí.

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