Leyes de Newton

Leyes del movimiento

A continuación se hablara de las tres leyes de Newton mediante un resumen de estas. La importancia de estas leyes es tal que cambio la forma en la que se percibían lo fenómenos físicos. Dando luz verde a lo que se se llamo era de la razón, que hizo que otras personas se preguntaran y fundamentaran mayormente sus estudios aunque no fueran de fisica. Las leyes de Newton indudablemente elevaron la condición humana y le dieron a la ciencia una de sus principales herramientas : el calculo. Primero hablaremos un poco de las ideas de Aristóteles (384-322 a.C.), Nicolás Copérnico (1473-1543) y Galileo Galilei (1564-1642) para mayor entendimiento de estas leyes.

Aristóteles

Aristóteles dividió el movimiento en dos clases principales: el movimiento natural y el movimiento violento.  De esta manera suponía que si un trozo de barro era lanzado al aire este volvía a la tierra por su composición. Si se arrojaba una pluma esta tardaba en caer debido a que se componía de tierra y aire.

El movimiento natural podía ser directo hacia arriba o directo hacia abajo como en el caso de todas las cosas sobre la tierra; o podía ser circular como en el caso de los objetos celestes, el cual no posee principio ni fin y se repite sin desviarse. Aristóteles creía que en los cielos regían reglas diferentes y que los cuerpos celestes eran esferas perfectas  hechas de una sustancia inalterable a  la que llamo quintaesencia (es quinta esencia las otras eran: agua, tierra, fuego y aire).

El movimiento violento, la otra clase de movimiento de Aristóteles se debía a fuerzas de empuje o tracción. El movimiento violento es impuesto. Una persona que empuja un carrito o levanta peso impone movimiento.

Nicolás Copérnico y Galileo Galilei

Nicolas Copernico dedujo que la forma más sencilla de explicar los movimientos del sol, la luna y los planetas en el cielo es que la tierra describía movimientos circulares alrededor del sol; sin embargo no publico sus estudios sino hasta años después. Debido a que los estudios de Aristóteles se habían amoldado también a la doctrina de la iglesia. Exponer ideas nuevas era contradecir a la civilización y el orden establecido por esta. Finalmente publico su obra De Revolutionibus en los últimos días de su vida, en 1543.

Fue Galileo, principal científico de principios del siglo XVII, que dio crédito a las ideas de Copérnico. Lo logro desacreditando las ideas aristotélicas sobre el movimiento. Aunque no fue el primero en señalar las ideas en las dificultades de Aristóteles, si fue el primero en demostrar sus ideas con observación y experimentación. Al contrario de la aseveración de Aristóteles, Galileo encontró que una piedra con el doble de peso de la otra no caía con el doble de rapidez. A excepción del pequeño efecto de resistencia al aire, encontró que los objetos de distinto peso que se soltaban al mismo tiempo caían juntos y llegaban al suelo en el mismo momento.

Los experimentos con los planos inclinados de Galileo le ayudaron a descubrir la fricción como una fuerza, que Aristóteles paso por alto, porque nunca pensó como sería el movimiento sin friccion.Entonces a la propiedad de un objeto de seguir moviéndose adelante le llamo inercia(Una de las Leyes de Newton).

Primera ley de Newton o ley de inercia.

La primera de las Leyes de Newton se baso en que la idea aristotélica de que un objeto en movimiento debe estar impulsado por una fuerza continua fue desechada por Galileo, quien dijo que en ausencia de una fuerza un objeto en movimiento continuara moviéndose. La tendencia de las cosas a resistir cambios fue lo que Galileo llamo inercia. Newton redefinió la idea de Galileo, formulando su primera ley, que se llama Ley de la inercia. En los Principia de Newton (Traducido del original en latín)

“Todo objeto continua en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a menos que sea obligado a cambiar  de estado por fuerzas que actúan sobre él”.

La palabra clave de esta ley es continua: un objeto continuara en su estado cual sea a menos que una fuerza actué sobre él. Si esta en reposo continúa en su estado de reposo. Esto se demuestra muy bien cuando un mantel se retira con habilidad por debajo de una vajilla, y los platos quedan en su estado inicial de reposo.  A esta propiedad de los objetos de resistir cambios en su movimiento se le llama inercia.

Leyes de Newton.
1ra ley de Newton, Ley de la inercia: si tú tocas una bola que esta de reposo con el taco del palo con una fuerza determina, la bola se va a mover…por eso la ley dice que todo cuerpo mantiene su posición original a menos que se le imprima una fuerza que lo haga cambiar de estado.

Fuerza neta

Este es un concepto escencial en las Leyes de Newton, asi que se hablara un poco de ella.

Los cambios del movimiento son producidos por una fuerza o por una combinación de fuerzas. Una fuerza en el sentido más sencillo, es un empuje o tirón (tracción). Su causa puede ser gravitacional, eléctrica, magnética o simplemente esfuerzo muscular. Cuando sobre un objeto actúa más que solo una fuerza, se le considera fuerza neta.

Por ejemplo si dos personas tiraran de un objeto en la misma dirección, esas fuerzas se combinan y producen una fuerza que es dos veces mayor que la fuerza de una sola persona. Si ellos tiran en direcciones opuestas, son fuerzas iguales y la fuerza neta es cero. Un par de fuerzas de 5N  en la misma dirección producen una fuerza neta de 10N. Si las fuerzas de 5N tienen direcciones opuestas la fuerza neta es cero.

Fuerza neta.
Figura 1. Diferente fuerza neta aplicada a un balón. Primer caso 2 fuerzas de 5N aplicadas, dan como resultado una fuerza neta de 10N. Segundo caso 2 fuerzas de 5N aplicadas en sentido opuesto una de la otra, resultan en una fuerza de 0N.

Fricción, masa y peso

Cuando las superficies de dos objetos se deslizan entre sí o tienden a hacerlo, actúa una fuerza de fricción o rozamiento. Cuando aplicas una fuerza a un objeto que se encuentra en una superficie, hay una fuerza de fricción que reduce la fuerza neta y la aceleración que resulta. La fricción se debe a irregularidades en las superficies que están en contacto mutuo.

Un objeto se desliza de bajada, está sometido a una fuerza de fricción de subida por el plano; un objeto que está dirigido hacia a la izquierda tiene una fuerza de fricción dirigida hacia la derecha. La fuerza neta cero causa una aceleración cero. Si se empuja una con una fuerza de 100N, entonces la fuerza opuesta de fricción es de 100N. Si los 100N son lo más que pueden resistir las superficies, entonces cuando empujes con mayor fuerza la caja resbalara y se moverá.

La aceleración que adquiere un objeto no depende solo de las fuerzas aplicadas, y de las fuerzas de fricción; sino también de la inercia del objeto. La cantidad del inercia que posee un objeto, depende de la cantidad de materia que hay en él; mientras más materia más inercia.  Casualmente decimos que algo tiene mucha materia cuando pesa mucho, pero hay una diferencia entre masa y peso.

  • Peso: La fuerza sobre un objeto debida a la gravedad.
  • Masa: La cantidad de materia de un objeto. También la medida de la inercia, que tiene un objeto en repuesta a algún esfuerzo para ponerlo en movimiento, detenerlo o cambiar de cualquier forma su estado de movimiento.

La masa y el peso son directamente proporcionales entre si  en un punto fijo dentro campo gravitacional. Si la masa del objeto sube el doble,  su peso sube el doble; si la masa baja la mitad también lo hace su peso.En la Ley de la gravitacion universal universal , que forma parte de las Leyes de Newton adquiere  importancia. Debido a que la masa que posee un cuerpo  proporciona la fuerza de gravedad que atraerá otros objetos hacia el.

Segunda ley de Newton o ley fundamental de la dinamica.

Segunda de las tres Leyes de Newton, si empujas un amigo que esta sobre una patineta, tu amigo acelera, pero si empujas un elefante su aceleración es mucho menor. Vera que la aceleración no solo depende de la fuerza sino también de la masa que empujas. La misma fuerza aplicada al doble de masa produce la mitad de aceleración. Se dice que la aceleración que produce dicha fuerza es inversamente proporcional a la masa; esto es aceleración ~ 1/masa.

Todos los días vemos cosas que no tienen un estado constante de movimiento, objetos que están en reposo al principio se pueden mover después; objetos que se mueven describiendo trayectorias que no son líneas rectas; cosas en movimiento que se pueden detener. La mayor parte de los movimientos cambian debido a una o varias fuerzas aplicadas. La fuerza neta general ya sea por una sola fuente o una combinación de ellas, produce aceleración. La relación entre la aceleración, fuerza e inercia está dada por la segunda ley de Newton.

“La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta actúa sobre el, tiene la dirección de la fuerza neta es inversamente proporcional a la masa del objeto”.

2da Ley de Newton.
2da Ley de Newton o ley fundamental de la dinamica: La masa de las bolas es constante. Por lo que la aceleración que adquiere la bola es proporcional a la fuerza con la que se golpea la misma, a más fuerza más aceleración y esto implica más velocidad final.

En resumen, esto dice: aceleración~ fuerza neta/masa

En notación simbólica es: a ~Fneta/m.

Se usa la línea ondulada ~ como símbolo que indica que “es proporcional a”. Se dice que “a”  es directamente proporcional a la Fuerza neta general e inversamente proporcional a la masa “m”.

Tercera ley de Newton o principio de accion y reaccion.

Por ultimo hablaremos de la ultima de las Leyes de Newton. La tercera ley de Newton dice:

“Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero”.

Con frecuencia la tercera ley de Newton se enuncia como sigue “a cada acción siempre se opone una reacción”. En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción. Cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Ninguna fuerza existe sin la otra; las fuerzas se dan en pares, una es la acción y la otra es la reacción. El par de fuerzas  de acción y reacción forman una interacción entre dos cosas.

Tú interactúas con el piso al caminar sobre él. El empuje del piso se acopla al empuje del piso de uno mismo. El par de fuerzas se forman al mismo tiempo. De igual manera los neumáticos y el pavimento se empujan el uno hacia al otro. En cada caso hay un par de fuerzas un de acción y otra de reacción, las cuales  forman una interacción.  Es irrelevante a cual fuerza le llamemos de acción o de reacción lo importante es una no existe sin la otra. Con esto finalizamos las Leyes de Newton.

3ra Ley de Newton.
3ra Ley de Newton o ley de acción y reacción. Una bola se dirige hacia otra que está inmóvil (las dos perfectamente alineadas). Al golpearla ejerce sobre ella una fuerza (acción), pero la bola que se movía recibe una fuerza igual y de sentido contrario (reacción).

Ademas de todo lo anterior explicado hay unos ejemplos de las Leyes de Newton en el canal de angel reyes en YouTube, dejaremos el link y el video a continuacion:

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