Leyes de Newton
La cinemática es el estudio del movimiento de los cuerpos. También nos sirve como una introducción a las leyes de Newton. Luego de enunciar las leyes discutiremos que relación tienen entre sí. La primera ley de Newton es enunciada como:
"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"
Nos indica que todos los cuerpos en la existencia tienden a conservar la cantidad de movimiento (velocidad) que llevan en un momento determinado. A esta propiedad de los cuerpos de mantener su velocidad se le conoce como "inercia". Un sistema en donde todos los cuerpos mantienen su velocidad en ausencia de fuerzas externas se conoce como un "sistema inercial de referencia". Si dejamos un libro sobre una superficie podremos notar que en ausencia de fuerzas externas el libro mantendrá su estado de reposo mientras no se apliquen fuerzas adicionales sobre él. Lo mismo ocurre con todos los cuerpos sobre la superficie terrestre, sin embargo, la tierra está en constante rotación. Entonces ¿Cómo un cuerpo puede estar en reposo si la tierra se está moviendo? La respuesta es que un cuerpo buscará mantener una velocidad uniforme la cual no necesariamente debe ser cero (reposo). Todos los cuerpos en la tierra ya experimentan una sumatoria de fuerzas que los mantienen en un estado de reposo si no se aplica alguna fuerza adicional, lo cual es enunciado por la primera ley.
La segunda ley de Newton es enunciada como:
"El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime."
La segunda ley nos define matemáticamente el concepto de "fuerza":
Como se podrá observar, la fuerza aplicada sobre un cuerpo es igual a la masa de este cuerpo multiplicado por la aceleración que él experimenta. Nótese que si el cuerpo se estuviera moviendo a una velocidad constante la aceleración (el cambio de la velocidad a medida que transcurre el tiempo) sería nula y el cuerpo no tendría fuerzas aplicadas sobre él.
La tercera ley de Newton es tal ves la más famosa, la ley de acción y reacción, enunciada como:
"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."
Correspondencia entre las leyes de Newton
Las leyes de Newton están íntimamente relacionadas entre sí. La tercera ley nos dice que a cada acción habrá una reacción igual y contraria. Guiándonos por la ecuación expresada en la segunda ley notamos que las fuerzas son vectoriales (indicadas por las flechas sobre las letras F y a). Un vector es una línea de acción que tiene magnitud, dirección, sentido y origen. Esto significa que si tenemos una línea de acción con cierta magnitud y dirección y aplicamos el mismo vector (fuerza) en el sentido opuesto terminaremos en el punto inicial de partida, la sumatoria de fuerzas es cero. Sin embargo, en ausencia de la fuerza de reacción el cuerpo deja de viajar a una velocidad constante, en este sentido según la primera ley él experimenta una fuerza debido a que no hay una reacción interna del cuerpo (por ejemplo la reacción de un cuerpo muy pesado a moverse) y solo cuando esta condición se cumple el cuerpo empezará a moverse.
Quisiera finalizar este primer artículo indicando un ejercicio mental, el cual no requiere cálculos matemáticos de ningún tipo y puede contestarse utilizando cualquiera de las tres leyes de Newton:
Una persona está atrapada dentro de un pantano. Esta persona se está hundiendo lentamente y decide jalarse su propio cabello para evitarlo.
La pregunta es: ¿ La persona logra salvarse o no? ¿Cuál es la justificación teórica de la respuesta elegida?
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