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martes, 4 de abril de 2017

LAS LEYES DE NEWTON. CÓMO FUNCIONAN LAS COSAS


Isaac Newton (1642-1727) ha sido con toda probabilidad el científico más importante e influyente de la Historia. Newton destacó en los campos de la física, las matemáticas, la alquimia y la teología. Puede considerársele el padre de la mecánica. Desarrolló a la par que Leibniz el cálculo integral y el diferencial. Destacan sus trabajos sobre el espectro luminoso, la convección térmica, la mecánica de fluidos, la viscosidad, la velocidad del sonido, el cálculo matemático, el teorema del binomio, la óptica y hasta el origen de las estrellas. En este mismo blog ya le dedicamos un artículo biográfico en nuestra serie Protagonistas de la Ciencia.

Su obra fundamental son los Philosophiae naturalis principia mathemática, que habitualmente se conocen por su denominación abreviada de Pincipia. En ellos Newton desarrolló un completo corpus doctrinalis sobre el comportamiento de los objetos en movimiento, a través de sus leyes de la dinámica, a las que también suele llamarse leyes de la mecánica o leyes de Newton del movimiento. De ellas se han beneficiado en los últimos tres siglos la ingeniería y la técnica de una manera tan extraordinaria que puede decirse sin exageración que nuestro mundo tecnificado se encontraría con más de cien años de retraso, si no fuera por Sir Isaac Newton y sus leyes. Como modesto homenaje a su memoria, permitid que hoy las enuncie con la debida reverencia, y con la misma sencillez que solemos emplear siempre en nuestros apuntes divulgativos:


Primera ley de Newton: ley de la inercia.

Una partícula libre alejada de la influencia de cualquier otro cuerpo, se mueve siempre con velocidad uniforme.
Según el punto de vista aristotélico, que dominó las ideas medievales sobre el movimiento, los objetos se mueven sólo si están sometidos a una fuerza responsable de su movimiento. Así, un carro que se suelta del caballo que lo venía arrastrando, se para porque no hay ninguna fuerza que lo arrastre. El punto de vista moderno es que el carro va frenando y se acaba deteniendo por obra de las fuerzas de fricción que actúan sobre él. Este punto de vista se resume en la primera ley de Newton que establece que todo objeto continúa en estado de reposo o de movimiento uniformemente rectilíneo, a no ser que actúen sobre él fuerzas que le obliguen a variar dicho estado.
Un enunciado equivalente de la primera ley es que si sobre un objeto no actúan fuerzas, o si la suma total de las fuerzas que actúan sobre el objeto, es nula, entonces:
a) Un objeto en reposo sigue en reposo, y
b) Un objeto en movimiento sigue moviéndose con velocidad constante.


Segunda ley de Newton: ley fundamental del movimiento.

Cuando una partícula material provista de masa (m), se mueve con una determinada aceleración (a), es porque ha recibido la interacción de una fuerza (F):

F = m.a

Cuando existe una fuerza neta que actúa sobre un objeto, dicho objeto experimenta una aceleración en la misma dirección de la fuerza. La aceleración y la fuerza son también proporcionales en módulo; si la fuerza sobre un objeto dado es doble, también lo es la aceleración.
Si dos magnitudes son proporcionales, una de ellas es igual a un número o constante de proporcionalidad por la otra. Así pues, podemos relacionar la fuerza (F) con la aceleración (a) mediante la segunda ley de Newton.
A la constante de proporcionalidad (m) se denomina también, como hemos visto, masa del objeto. La masa es una medida de la cantidad de materia de que consta. En otras palabras, de su inercia. Cuanto mayor es la masa de un objeto, menor es el efecto que una fuerza dada produce sobre su movimiento. La masa se relaciona con el peso, pero es diferente de éste. El peso de un objeto es la fuerza que la gravedad ejerce sobre el objeto, y es por lo tanto, una magnitud vectorial. La masa en cambio, es una magnitud escalar.


Tercera ley de Newton: principio de acción y reacción.

Cuando un cuerpo recibe una interacción (acción), causa a su vez otra interacción (reacción) sobre el cuerpo que ha incidido sobre él.

Fij = -Fji

La tercera ley de Newton relaciona las fuerzas que dos objetos se ejercen mutuamente, y nos resulta familiar en una forma general por nuestras experiencias cotidianas. Por ejemplo, supongamos que estamos en reposo en una piscina. Si empujamos una pared con las piernas, la pared ejerce una fuerza que nos lleva al interior de la piscina. La fuerza de reacción (-Fji) que la pared ejerce sobre nosotros es de sentido opuesto a la fuerza que nosotros ejercemos sobre la pared (Fij). Análogamente, para empezar a andar hacia delante, el pie debe ejercer una fuerza hacia atrás sobre el suelo. El suelo a su vez, nos empuja hacia delante.
Newton observó que cuando una persona ejerce una fuerza sobre un objeto, el objeto ejerce una fuerza sobre la persona, que es igual en módulo, pero de sentido opuesto. Esta relación, que se conoce como tercera ley de Newton, es válida tanto si la persona como el objeto están acelerados o no. Las dos fuerzas que actúan entre una persona y un objeto o entre dos objetos, se llaman fuerzas de acción y reacción. La formulación general de la tercera ley de Newton es: para cada acción existe siempre una reacción igual pero de sentido opuesto.


Así que estas son las tres leyes que hacen funcionar el mundo que conocemos. Pensad en Sir Isaac Newton con agradecimiento cuando piséis suavemente el freno de vuestro automóvil o cuando os impulséis en la pared de la piscina. Cuando os golpeéis contra un cristal que no habíais visto, procurad en cambio no acordaos de su anciana madre, una dama de conducta intachable.


El cerebro es un órgano maravilloso. Comienza a trabajar nada más levantarnos, y no deja de funcionar hasta que llegamos a la oficina. Robert Lee Frost.