Lección 2
Leyes de Newton

Antes de 1600, los científicos pensaban que el estado natural de la materia era el estado de reposo, dado que los objetos en movimiento sobre la tierra tendían al estado de reposo si no se mantenían sobre ellos una fuerza. Las bases para enunciar las leyes del movimiento nacen de estudios desarrollados por Galileo y retomados por Newton.

Primera ley de Newton

Isaac Newton por Godfrey Kneller

Al demostrarse de manera experimental que los objetos en movimiento se desplazan sobre una superficie sin rozamiento se concluyó que no es la naturaleza de un objeto detenerse una vez se encuentra en movimiento, sino que la naturaleza del objeto es presentar una resistencia a cambiar de movimiento. Esta resistencia al cambio de movimiento es lo que se conoce como inercia.

Newton relacionó el concepto de inercia con la masa. Esto quiere decir que un objeto masivo tiene más inercia o resistencia a un cambio en su movimiento, que un objeto menos masivo.

La primera ley de Newton del movimiento, algunas veces llamada ley de inercia, resume estas observaciones:

En ausencia de la aplicación de una fuerza no equilibrada, un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo ya en movimiento, permanece en movimiento con una velocidad constante.

Segunda ley de Newton

Dado que un cambio en el movimiento o una aceleración, es evidencia de una fuerza, parece lógico que la aceleración sea directamente proporcional a la fuerza neta que se aplica, así:

No obstante, como Newton reconoció, la inercia o masa del objeto también desempeña un papel importante. Para una fuerza dada, mientras más masivo sea el objeto, menor será la aceleración; es decir, la aceleración y la masa de un objeto son inversamente proporcionales:

En otras palabras,

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. La dirección de la aceleración tiene la dirección de la fuerza neta que se aplica.

La segunda ley de Newton del movimiento se expresa comúnmente:

Así, si la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es cero, su aceleración será cero y permanecerá en reposo o en movimiento uniforme, lo cual es consistente con la primera ley. La unidad SI de su fuerza, es apropiadamente, el newton (N). Adicionalmente, la segunda ley de Newton, explica por qué todos los cuerpos en caída libre tienen la misma aceleración.

Tercera ley de Newton

Newton formuló una tercera ley tan trascendental como las otras dos. Consideremos las fuerzas comprendidas en un cinturón de seguridad. Cuando los frenos se aplican repentinamente en un automóvil en movimiento, usted continúa moviéndose hacia adelante. Al hacerlo, usted ejerce fuerzas sobre el cinturón del asiento y correa sobre su hombro.

El cinturón y la correa ejercen fuerzas de reacción correspondiente sobre usted, causando que disminuya su velocidad con el automóvil. Si usted no ha abrochado la hebilla, seguirá en movimiento hacia adelante hasta que otra fuerza aplicada, retarde su movimiento.

Newton denominó la acción de las fuerzas apareadas acción y reacción, y la tercera ley del movimiento es:

Para toda fuerza (acción) existe una fuerza igual y opuesta (reacción).

La fuerza `F_"12"` es la fuerza ejercida sobre el objeto 1 por el objeto 2, y `–F_"21"` es la fuerza igual y opuesta ejercida sobre el objeto 2 por el objeto 1. (El signo menos indica la dirección opuesta.

Pares de fuerza de la tercera ley Newton

Cuando la persona sostiene el portafolio, hay dos pares de fuerzas: un par de contacto y par de acción a distancia (gravedad). La fuerza neta que actúa sobre el portafolio es cero. La fuerza de contacto hacia arriba equilibra la fuerza de peso hacia abajo. Sin embargo, observe que no son un tercer par de fuerzas.

Cuando se deja caer el portafolio, hay una fuerza no equilibrada que actúa sobre el maletín (la fuerza de su peso), y lo acelera hacia abajo (en g para la caída libre).