Las leyes
de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de
los problemas planteados por la mecánica, en
particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el
movimiento de los cuerpos en el universo.
Primera ley de Newton o ley de la inercia
La primera ley del movimiento rebate
la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se
le aplica una fuerza.
Newton expone que:
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.
Esta ley postúla, 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 o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo
sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están
sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma
progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que
el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se
ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.
Segunda
ley de Newton o ley de fuerza
La
segunda ley del movimiento de Newton dice:
El cambio de movimiento es
proporcional a la fuerza
motriz impresa y
ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.
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. En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en
la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los
cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, la
fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se
define simplemente en función del momento que se aplica a un objeto, con lo que
dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del
objeto.
En términos matemáticos esta ley se
expresa mediante la relación:
F=dp/dt
Donde:
P es el momento lineal
Suponiendo que la masa es constante y
que la velocidad es muy inferior a la velocidad de la luz la ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera:
Sabemos que P es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m es la masa del cuerpo y V su velocidad.
f=d(mv)/dt
Consideramos a la masa constante y
podemos escribir dv/dt=a aplicando estas modificaciones a la ecuación anterior:
F=ma
Tercera
ley de Newton 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.
La tercera ley de Newton es
completamente original (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de
otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la
mecánica un conjunto lógico y completo.9 Expone que por cada fuerza que actúa
sobre un cuerpo (empuje),
este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el
cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la
misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección,
pero con sentido opuesto.
Este
principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga
instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su
formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que
estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a
velocidad finita "c".
Es
importante observar que este principio relaciona dos fuerzas que no están
aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según
sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a
la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los
principios de conservación del momento lineal y del momento angular.
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