Leyes del Movimiento de Newton
Por favor, lee primero la página sobre Fuerza.
Las tres leyes de Newton
Allá por 1687 Sir Isaac Newton escribió tres leyes sobre el movimiento, que básicamente son:- 1a Ley: Se necesita fuerza para cambiar la velocidad
- 2da Ley: F = ma
- 3ra Ley: Toda acción tiene una reacción igual y opuesta
Tienen un uso amplio hoy en día (a menos que estemos tratando con velocidades cercanas a la velocidad de la luz, o cosas muy pequeñas como átomos).
Primera Ley de Newton (Ley de Inercia)
Newton escribió originalmente (traducido del latín):
Dado que el "estado de reposo" es simplemente velocidad cero, podemos decir de una forma más simple:
En ausencia de fuerzas externas, un objeto seguirá haciendo lo que estaba haciendo.
Ésta es la idea de inercia: la materia se resiste al cambio en su estado de movimiento.
La fricción es una fuerza que se opone al movimiento actual. Hay tanta fricción en el mundo que todo lo que vivimos tiende a ralentizarse.
Pero en el espacio las cosas simplemente van a la deriva de forma natural.
Segunda Ley de Newton (Ley de Aceleración)
Reemplazando "cambio de movimiento" con aceleración creamos esta idea muy simple:
De hecho están unidas por la masa: cuando hay más "cosas" que acelerar, es más difícil lograr que todo se mueva.
Y así obtenemos la ecuación más útil de toda la ingeniería:
La fuerza es igual a la masa por la aceleración.
Cuanto mayor es la fuerza aplicada, mayor es la aceleración, pero una masa mayor provoca menos aceleración. Véase Fuerza para más detalles.
Ejemplo: viaje en ascensor
Estás en un ascensor que funciona libremente sostenido por un contrapeso sobre una polea.
- Tú y el ascensor juntos pesan 150 kg.
- El contrapeso es de 125kg.
¿Estás en peligro? ¿Cuál será tu aceleración?
Empecemos con F = ma
Queremos saber la aceleración, así que reorganicémosla así:
a = Fm
La masa total que se acelera es 150 kg + 125 kg = 275 kg
La fuerza, sin embargo, se crea sólo por la diferencia entre pesos:
Diferencia de peso = 150 kg − 125 kg = 25 kg
Considerando la gravedad (g=9.8 m/s2) nos da una fuerza de:
Fuerza = 25 kg × 9.8 m/s2 = 245 N
Sustituimos los valores:
a = Fm = 245 N275 kg = 0.89 m/s2
Así que es menos de una décima parte de la aceleración de la gravedad, ¡pero no caigas demasiado!
(¿Y si el peso fuera 160 kg?, ¿o 200 kg?)
Para más ejemplos véase Cálculos sobre fuerza.
Momentum
¿Por qué Newton no incluyó la masa en su ley? Quizás por "movimiento" se refería momentum (impulso o momento).
El momento (p) es la masa de un objeto (m) multiplicada por su
velocidad (v):
p = mv.
Entonces tal vez esta sea una mejor reformulación:
Lo cual se puede escribir:
"Δ" significa "cambio de", por lo que dice que la fuerza es igual al cambio de momento a lo largo del tiempo.
¡Tanto F = ΔpΔt como F = ma son útiles! Lee sobre el momento para ver cómo se relacionan.
Tercera Ley de Newton (Ley de Acción y Reacción)
Lo cual generalmente se reformula como:
Ejemplos:
- Si presionas una piedra con el dedo, la piedra también presiona el dedo.
- Un cohete se impulsa hacia adelante expulsando gases en dirección opuesta.
- Un nadador se mueve a través del agua empujándose contra ella con sus brazos y piernas, y el agua a su vez los empuja hacia adelante.
