Leyes de Newton

El enunciado fundamental que podemos extraer de la ley de Newton es que:

Esta expresión es una ecuación vectorial, ya que las fuerzas llevan dirección y sentido. Por otra parte, cabe destacar que la variación de la velocidad corresponde a la aceleración.

Se aplica en un gran número de fenómenos físicos, pero no es un principio fundamental como lo son las leyes de conservación. Aplica solamente si la fuerza es una fuerza neta externa. No aplica directamente en situaciones donde la masa cambia, ya sea perdiendo o ganando material o si el objeto está viajando cerca de la velocidad de la luz, en cuyo caso deben incluirse los efectos relativistas. Tampoco se aplica en escalas muy pequeñas a nivel del átomo, donde debe usarse la mecánica cuántica.

La unidad de fuerza en el S.I. es el Newton (N).

Una fuerza representa entonces una interacción. Cuando una partícula no está sometida a ninguna fuerza, se mueve con momento lineal constante (Primera Ley).

Sustituyendo la definición de momento lineal y suponiendo que la masa de la partícula es constante, se llega a otra expresión para la Segunda Ley:

Comentaremos algunos aspectos interesantes de esta ecuación:

• La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada, y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.

• Si actúan varias fuerzas, esta ecuación se refiere a la fuerza resultante, suma vectorial de todas ellas.

• Esta es una ecuación vectorial, luego se debe cumplir componente a componente.

• En ocasiones será útil recordar el concepto de componentes intrínsecas: si la trayectoria no es rectilínea es porque hay una aceleración normal, luego habrá una también una fuerza normal; si el módulo de la velocidad varía, es porque hay una aceleración tangencial, luego habrá una fuerza tangencial.

• La fuerza y la aceleración son vectores paralelos, pero esto no significa que el vector velocidad sea paralelo a la fuerza. Es decir, la trayectoria no tiene por qué ser tangente a la fuerza aplicada.

• Esta ecuación debe cumplirse para todos los cuerpos. Cuando analicemos un problema con varios cuerpos, deberemos entonces tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre cada uno de ellos y aplicar la ecuación por separado.

Se puede demostrar que la segunda ley de Newton permite determinar (en principio) la trayectoria completa de un cuerpo si se conoce su masa, la fuerza que actúa sobre éste en todo tiempo t y su posición y velocidad en algún momento instante tiempo (to).

Enunciamos ya la tercera ley:

Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este último ejerce sobre el primero una fuerza igual en módulo y de sentido contrario a la primera.

Esta ley es conocida como la Ley de Acción y Reacción.

Las leyes de Newton no son producto de deducciones matemáticas, sino una síntesis que los físicos han descubierto al realizar un sin número de experimentos con cuerpos en movimiento. (Newton uso las ideas y las observaciones que muchos científicos hicieron antes que el, como Copérnico, Brahe, Kepler y especialmente Galileo Galilei, quien murió el mismo año en que nació Newton.) Dichas leyes son verdaderamente fundamentales porque no pueden deducirse ni demostrarse a partir de otros principios. Las leyes de Newton son la base de la mecánica clásica (también llamada mecánica newtoniana); al usarlas seremos capaces de comprender los tipos de movimiento mas conocidos. Las leyes de Newton requieren modificación solo en situaciones que implican rapideces muy altas (cercanas a la rapidez de la luz) o para tamaños muy pequeños (dentro del átomo).

Clasificación según el tipo de interacción:

• Fuerzas de contacto:
  Estas fuerzas ocurren cuando dos objetos están en contacto físico directo. Ejemplos incluyen la fuerza normal (la fuerza que una superficie ejerce sobre un objeto que la apoya), la fuerza de fricción (que se opone al movimiento), la fuerza de tensión (en cuerdas o cables) y la fuerza elástica (en resortes). 

• Fuerzas a distancia (o de campo):
  Estas fuerzas actúan entre objetos que no están en contacto físico, a través de un campo. La fuerza gravitatoria (que atrae a los objetos con masa) y las fuerzas electromagnéticas (que actúan sobre partículas cargadas) son ejemplos de fuerzas a distancia. 

• Fuerzas fundamentales (en la física moderna):

Además de las fuerzas descritas por las leyes de Newton, la física moderna identifica cuatro fuerzas fundamentales que actúan a nivel subatómico: la fuerza gravitatoria, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Estas fuerzas son consideradas las interacciones más básicas que explican el comportamiento de la materia y la energía en el universo.