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• Luz Anita

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LAS LEYES DE NEWTON Todos conocemos a Newton, sobre todo por el famoso suceso con la mazana. Un simple suceso que supuso la Ley de Gravitación Universal. Newton fue filósofo, matemático, teólogo, inventor, físico y alquimista inglés. Investigó sobre la incidencia de la luz y la óptica, considerado uno de los más grandes e ilustres genios, por sus contribución a la ciencia, a la astronomía, pero sin duda lo más importante es su aportación en el campo de la física. Hoy vamos a dedicar nuestro artículo a explicar y definir Las Leyes de Newton | Leyes del Movimiento, cuántas leyes son, cómo explicar la dinámica, qué es la inercia, etc.

Las leyes de Newton | Las Leyes del Movimiento de Newton Sobre las investigaciones y avances de Galileo, quien había conseguido explicar por medio de métodos matemáticos la trayectorias de un cuerpo lanzado, creando de esta forma las bases de la cinemática. Newton recogió estos estudios y consiguió desarrollarlos hasta encontrar la relación entre el movimiento y las causas que lo producen, lo que se llamó dinámica. Las tres leyes de Newton, describen la relación entre el movimiento y las fuerzas.   

La primera es la Ley de la Inercia La segunda es la Ley Fundamental de la Dinámica La tercera es la Ley de Acción y Reacción

Las leyes de Newton | Primera Ley de Newton – Ley de la Inercia 

“Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme mientras que sobre él no actúe ninguna fuerza que varíe su estado inicial”.

Ningún cuerpo modifica por si solo su posición inicial, al no ser que se administre una fuerza sobre el. Según esta Ley, Newton afirma que un cuerpo que está en movimiento es un cuerpo sometido a una fuerza constante de roce o fricción que es capaz de frenarlos progresivamente. Si lanzamos una piedra, ésta seguirá su movimiento hasta que por acción del aire irá perdiendo velocidad a la vez que una fuerza g o gravedad, la obliga a precipitarse hacia el suelo. Lo mismo podemos decir si lanzamos una pelota al aire, la pelota continuará su subida hasta que por efecto del aire o rozamiento, perderá velocidad, parará (g=0), y comenzará a descender por la fuerza de la gravedad. Los cuerpos móviles mantienen su movimiento rectilíneo a una velocidad constantes, mientras otra fuerza no actúe sobre él. En la superficie terrestre, existen dos fuerzas que actúan sobre cualquier cuerpo, uno es el rozamiento del aire y la fuerza de la gravedad. Inercia En este ejemplo el ciclista lleva una aceleración y una dirección en el movimiento, en el momento que se encuentra con un cuerpo (el perro), la aceleración de la bicicleta pasa a “0”, pero el cuerpo sigue la misma trayectoria e igual velocidad de la que llevaba. El rozamiento del aire y la gravedad le harán caer al suelo. En nuestros ejemplos anteriores hemos podido comprobar como la piedra lanzada comienza a perder velocidad, (por el rozamiento del aire) y termina cayendo al suelo por culpa de la otra fuerza que actúa en la superficie terrestre, la gravedad.

Si en nuestro planeta no existieran estas fuerzas o lo que es mejor, si lanzásemos esa misma piedra con la misma velocidad en el vacío, es decir sin fuerza de gravedad y sin aire, nuestra piedra seguiría la misma dirección y a la misma velocidad eternamente, la piedra no sufrirá variación de movimiento. Un cuerpo en reposo permanecerá en ese estado y uno en movimiento rectilíneo uniforme se mantendrá con velocidad constante, hasta que se le obligue a cambiar de estado por acción de una fuerza Pero que ocurre cuando el cuerpo no está en movimiento, ¿se podrá aplicar la ley de la inercia?. La inercia también se aplica a los cuerpos en reposo, ya que un cuerpo en reposo es un cuerpo con velocidad “0”. Un cuerpo inerte o con velocidad 0, se mantendrá en el mismo estado mientras otra fuerza externa no actúe sobre el. Esta primera ley de Newton, también sirvió para explicar el sistemas de referencia inerciales. Partiendo de la base de que todo movimiento es relativo, todo depende del observador como describa el movimiento.

Las leyes de Newton | Segunda Ley de Newton – Ley Fundamental de la Dinámica 

“Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Esta segunda Ley de Newton es la encargada de calcular el concepto de fuerza. En esta ley se establece la relación que existe entre la fuerza, la aceleración y la masa de cuerpo.

Las fuerzas son las causantes de la aceleración de los cuerpos, por lo que el cambio en la cantidad de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza motriz y su dirección será la misma que ésta. Si cogemos dos balones iguales, uno de ellos lo chutamos con fuerza y el otro con menos fuerza. La masa es la misma, pero al balón al que hemos chutado con más fuerza llegará mucho más lejos que el balón que aun teniendo la misma masa le hemos aplicado menor fuerza.

La flecha roja representa la fuerza, la flecha verde es la aceleración Si ahora en vez de tener la misma masa, un balón pesa más que el otro, para que ambos alcancen la misma distancia, tendremos que aplicar distintas fuerzas, siendo mayor la fuerza que tenemos que aplicar a un balón con más masa para que consiga que otro de menor masa.

Cuando la fuerza ejercida sobre un objeto se duplica, la aceleración adquirida por el objeto también se multiplicará por dos.

La fuerza se mide según el Sistema Internacional es el Newton, representado por la letra N, donde: 1 N = 1 Kg · 1 m/s2 Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo con una masa de 1 kilogramo para que adquiera una aceleración de 1 m/s². Como hemos visto, las ley de Newton F= m . a, es válida cuando la masa del objeto es constante, pero que ocurre cuando la masa varía. Un ejemplo de esto podría ser un cohete que cambia su masa a medida que va quemando el combustible. Para el caso en el que la masa sea variable, tendremos que recurrir a otra magnitud de física nueva, que es la cantidad de movimiento, representada por la letra “p”. p=m·v Donde la cantidad de movimiento define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad.

Las leyes de Newton | Tercera Ley de Newton – Ley de Acción y Reacción 

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

La tercera ley de Newton – Ley o Principio de acción y reacción explica como siempre que un objeto realice una fuerza sobre otro objeto, este segundo objeto ejerce sobre el primer objeto una fuerza igual pero en sentido contrario. Un ejemplo muy sencillo para entender esta ley sería el siguiente: Imaginemos el lanzamiento de un cohete, este en su interior contiene combustible. Cuando disparamos el cohete, los gases salen en una dirección, hacia abajo, mientras que el cohete sigue en una dirección ascendente. Si consideramos la salida de los gases como la acción, la reacción es el movimiento del cohete en la dirección opuesta a la dirección de los gases del cohete.

La fuerza y sus clases La fuerza Aquella pare de la física que se encarga de analizar las fuerzas como causa de los movimientos de los cuerpos corresponde a la Dinámica. Se difine por fuerza a la causa del movimiento de los cuerpos y de las variaciones del movimiento (aceleraciones, retardaciones o cambios de dirección); es también la causa de las deformaciones y ruptura de los cuerpos. 1.1- Clasificación de las fuerzas Las fuerzas pueden clasificarse bajo diversos aspectos: tamaño, naturaleza, etc., pero atendiendo al tiempo que actúan se clasifican en: a- Fuerzas instantáneas o de contacto: Las fuerzas de contacto requieren, como su nombre lo indica, de un contacto entre los cuerpos. Son las que actúan un tiempo muy breve. Dan origen a movimientos uniformes y rectilíneos. ej, el puntapié dado a una pelota, un choque, una explosión, una bofetada, un martillazo, etc. b- Fuerzas a distancia: Las fuerzas a distancia no requieren de un contacto entre los cuerpos. Es el caso, por ejemplo, de las fuerzas magnéticas. 1.2- Elementos de una fuerza Como la fuerza es una magnitud vectorial se le representa gráficamente por un vector, y en él debemos distinguir: a- Punto de aplicación: es el punto donde se aplica o actúa la fuerza. b- Dirección o recta de acción: es la recta que tiende a seguir el punto de aplicación al trasladarse la fuerza (también la dirección puede indicarse por medio de un ángulo) c- Sentido: es hacia dónde va dirigida la fuerza; se indica por medio de una "punta de flecha". Generalmente se confunde la dirección con el sentido. Por ejemplo: la horizontal es una dirección con infinitos sentidos: hacia el norte, hacia la derecha, hacia una esquina, etc. La vertical también es una dirección pero con sólo dos sentidos: hacia arriba o hacia abajo. d- Intensidad o magnitud: se refiere al tamaño de la fuerza (módulo). Se le indica por medio de un segmento tomado como unidad de fuerza y aplicado sobre el vector. La unidad de medida de la fuerza en el Sistema Internacional de Unidades es el newton (N). Un newton es la fuerza necesaria para que 1 kg de masa experimente una aceleración de 1 m/s2. Un newton equivale a 1 kg . m/s2. 1.3- Fuerzas especiales Existen algunas fuerzas especiales que están presentes en la mayoría de los movimientos. Estas son la presión, la fuerza de rozamiento, la fuerza de empuje, la fuerza de gravedad y el peso. a- Fuerza de rozamiento o fricción

La fuerza de rozamiento es una fuerza que se ejerce entre dos superficies en contacto en cualquier estado de la materia. Si las superficies son sólidas, la magnitud de las fuerzas de rozamiento entre ellas depende de su rugosidad. Si las superficies no son sólidas, la fuerza de rozamiento entre ellas depende de factores como la viscosidad del material y la velocidad con que una capa de fluido se desliza sobre la otra. En cualquier caso, la fuerza de rozamiento se ejerce en forma paralela a las superficies que se encuentren en contacto. b- Fuerza de presión La presión es la relación que existe entre la fuerza que se aplica y el área o superficie en la que se reparte. Cuanto mayor sea la superficie sobre la que actúe una fuerza, menor será la presión, y cuanto menor sea la superficie, la presión será mayor. A diferencia de los sólidos, los líquidos y gases ejercen presión en todas las direcciones sobre los cuerpos que se hallan sumergidos en ellos. c- Fuerza de empuje Un barco que flota está en equilibrio: su inmenso peso tira de él hacia abajo, pero el agua lo empuja hacia arriba con una fuerza de igual intensidad que la de su peso. A esta fuerza la llamamos empuje. Arquímedes, mientras se bañaba en una tina, observó cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló el principio que lleva su nombre: todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido que el cuerpo desaloja. Cuando un cuerpo está sumergido, recibe la acción de dos fuerzas: su peso, que es vertical y hacia abajo, y el empuje, que es vertical, pero hacia arriba. Debido a esto, pueden presentarse los siguientes casos: - Que el peso sea igual que el empuje, entonces, el cuerpo se hunde. - Que el peso sea igual que el empuje, entonces, el cuerpo está en equilibrio. - Que el peso sea menor que el empuje, entonces, el cuerpo flota. e- Fuerza de gravedad La Ley de gravitación universal fue dada a conocer por Newton en 1686 y se dice que la "descubrió" al observar la caída de una manzana del árbol, lo que es muy poco probable. Lo cierto es concretó los trabajos de Kepler sobre esta materia. Su enunciado es: " Todo cuerpo del Universo atrae a los otros con una fuerza que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa". Esta ley permitió calcular el valor de la gravedad a partir de la masa y el radio de la Tierra según la fórmula: Donde: G = constante de la gravitación universal = 6,67 • 10 -11 (N • m2 / Kg2) m = masa del cuerpo R= radio del cuerpo Con esta fórmula se calcula la gravedad en otros lugares.

f- Fuerza peso La fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un cuerpo como la Luna o la Tiera sobre los objetos o seres vivos se llama fuerza de gravedad o peso. El peso es la fuerza con que la Tierra u otro cuerpo, como la Luna o alguna estrella, atraen a un objeto hacia su centro. El valor del peso es directamente proporcional a la masa que tenga dicho objeto. El peso es responsable de que los cuerpos caigan. La expresión que define el peso de un cuerpo se deduce de la segunda ley de Newton: F=m•a Si reemplazamos F por P (peso del cuerpo), y a por g (aceleración de gravedad), tenemos: P=m•g De acuerdo con esta ecuación, el peso de un cuerpo es directamente proporcional a su masa, por esto, si un cuerpo posee mayor masa que otro, será atraído por la Tierra con una fuerza mayor y tendrá, por lo tanto, un peso mayor. De acuerdo a esta ecuación, el peso también depende de la aceleración de gravedad, la cuál varía de un lugar a otro de la Tierra y también varía en diferentes partes del Universo. Por esto decimos que el peso de un cuerpo no es constante, a diferencia de la masa que sí lo es. g- La tensión La tensión es una fuerza que aparece cuando se tensan cables o cuerdas, que impide que éstos se rompan y que se transmite por toda su longitud con igual intensidad (debido a fuerzas de acción y reacción entre todas las partículas). Así, cuando la fuerza con que se tira de un cable o cuerda es mayor que la tensión máxima que pueden soportar, se romperán. Lógicamente, la tensión tiene sentido contrario al de la fuerza que tira del cable o cuerda, ya que así impide que pueda romperse. h- Fuerzas elásticas: LEY DE HOOKE. Sabemos que los objetos elásticos son aquellos que se deforman debido a la acción de una fuerza, pero vuelven a su forma inicial una vez cesa ésta. El científico inglés Robert Hooke (1635-1703), contemporáneo y enemigo acérrimo de Newton, estableció una ley que lleva su nombre y que explica el comportamiento de un objeto elástico cuando se le somete a una fuerza no excesivamente grande (que pueda, por tanto, deformar al objeto). La ley de Hooke establece que la deformación,x, de un objeto elástico es directamente proporcional a la fuerza que se ha ejercido sobre él: a mayor fuerza, mayor deformación, y viceversa. Suele expresarse de la manera siguiente: La ley de Hooke explica el funcionamiento de los dinamómetros, que son los aparatos destinados a medir fuerzas; están formados por un muelle o resorte elástico junto con una escala graduada que marca la deformación que experimenta el muelle al aplicarle una determinada fuerza.