Las Leyes de Newton
En 1687, Newton publicó la obra que más renombre le aportó en su época y la más conocida en la actualidad, llamada Philosophiae naturalis principia mathematíca. En ella publicó, entre otros trabajos, la ley de la gravedad y las leyes del movimiento.
La ley de la gravedad o ley de gravitación universal
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. Newton además de establecer su existencia desarrolló para su formulación el llamado cálculo de fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral).
La ley formulada por Newton afirma que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La ley incluye una constante de proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación universal, cuyo valor es de 6,670.10-11 Nm²/kg².
Mediante la aplicación de la segunda ley de Newton, tomando los valores de la fuerza de la gravedad y una masa conocida, se puede obtener la aceleración de la gravedad. Dicha aceleración tiene valores diferentes dependiendo del cuerpo sobre el que se mida, para la Tierra el valor es de 9,8 m/s².
G constante de la gravitación universal
M es la masa de un objeto
m es la masa del otro objeto
d es la distancia entre los dos centros de masa de los dos objetos.
Esta ley se denomina “universal” porque todos los objetos del universo se atraen entre sí de acuerdo a esta relación. Como sabemos, los objetos de tamaño humano no se chocan entre sí por esta fuerza, pero esta fuerza existe, aunque sea mínima.
Con la formulación de esta ley, y teniendo en cuenta sus leyes del movimiento y las 3 leyes de Kepler en las cuales se dice cómo se mueven los planetas, Newton respondió a la pregunta de por qué se mueven de ese modo mediante el siguiente razonamiento:
Sobre los planetas actúa alguna fuerza ya que sus movimientos no son rectilíneos y esta fuerza produce una aceleración en éstos ya que se mueven formando una elipse con el sol en un foco.
A partir de esta deducción concluyó diciendo que:
La fuerza que ejerce el sol sobre un planeta es proporcional a la masa del planeta( a mayor masa mayor atracción), proporcional a la masa del sol y inversamente proporcional a la masa de ambos pero elevado al cuadrado.
Cuanto más lejos estaba el planeta menos intensa era la fuerza.
Las leyes del movimiento de Newton o las leyes de la Dinámica:
La primera ley de Newton o Ley de la Inercia, dice que en la ausencia de la acción de fuerzas o si la resultante de éstas es nula, un cuerpo en reposo continuará en reposo y uno en movimiento se moverá el línea recta y con una velocidad constante.
Esta ley quiere decir que si un cuerpo está en reposo o realizando un movimiento rectilíneo uniforme su aceleración es nula, y si éste se acelera es porque una fuerza actúa sobre él.
Las situaciones de reposo y velocidad constante son equivalentes y en ambas situaciones se dice que la partícula está en equilibrio. Si el objeto está en reposo continúa en ese estado y si está en MRU sigue sin cambiar de dirección ni de rapidez. La ley dice que un cuerpo no se acelera por sí mismo, la aceleración ha de ser producida por otra fuerza ya que la tendencia de un cuerpo es la de conservar su estado. Pero esta ley es difícil de encontrar en la vida real ya que sobre todos los objetos se producen fuerzas, por ejemplo, si lanzamos una pelota por el suelo ésta empezará en una velocidad y poco a poco disminuirá hasta que se detenga, ya que sobre ella actúan fuerzas como la fricción del suelo o el viento que la hacen detenerse.
Un ejemplo de inercia es el movimiento que se produce al frenar bruscamente el coche, tu cuerpo se desplaza hacia delante y, por el contrario, cuando el vehículo arranca nuestro cuerpo se va hacia atrás.
La segunda ley de Newton o ley de la fuerza dice que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.
a= f / m
Esto significa que si la fuerza aumenta la aceleración también lo hace pero que si la que aumenta es la masa la aceleración decrece. Esta segunda ley relaciona la aceleración con la fuerza y la inercia.
Un cuerpo se acelera en la dirección de la fuerza que actúa sobre él si ésta se cambia se producirá una desviación y una cambio de rapidez.
Esta ley relaciona la aceleración de un cuerpo con la fuerza neta, y ésta se considera cuando se ejerce más de una fuerza sobre un mismo objeto.
Cuando se aplica a un objeto en la misma dirección dos fuerzas éstas se suman y si van en direcciones opuestas se restan.
Siempre que se aplica una fuerza a un objeto, la fuerza neta es por lo general menor que la fuerza aplicada. Esto se debe a la fricción que restringe el movimiento.
La segunda ley de Newton también explica porque todos los cuerpos caen con la misma aceleración. Esto se debe a que un cuerpo que cae se acelera hacia la Tierra a causa de la fuerza gravitacional y esta aceleración no solo depende de la fuerza sino también de la masa. Mientras que la fuerza tiende a acelerar las cosas, la masa tiende a oponerse a la aceleración.
La tercera ley de Newton o ley de acción reacción dice que a cada acción le corresponde una reacción igual y contraria. Es decir, si un cuerpo A ejerce una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B reacciona y ejerce una fuerza igual y contraria sobre el cuerpo A.
Los cohetes funcionan en base al mismo principio, debido a que la aceleración de los gases de combustión que despide de su motor le sirven de impulso contra la tierra para poder ser elevado. Estos gases ejercen una fuerza igual y opuesta sobre el cohete, lo que finalmente lo hace avanzar.
Es importante saber que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes cuerpos. Un cuerpo acciona a otro y éste reacciona ejerciendo la misma fuerza pero en dirección contraria sobre el primer cuerpo.