2. • Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de
Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte
de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos
al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la
física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que
• Constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la
física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto
sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas
en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden
derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su
validez radica en sus predicciones… La validez de esas predicciones fue
verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.
3. De manera Generalizada, las 3 leyes de Sir Isaac Newton son:
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de
Primera Ley o Ley de Inercia movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos
actúen sobre él.
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica
proporcional a su aceleración.
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce
Tercera ley o Principio de acción-reacción
sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
4. • La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo
puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:
• 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.
• La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si
sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente
moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de
reposo, que equivale a velocidad cero).
• Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cuál sea el
observador que describa el movimiento.
• Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el
pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de
una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se
necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
5. • 1ra Ley de Newton: Ley de la Inercia
• La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos
como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa
que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
• De manera concisa, esta ley postula, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea
en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas
cuyo resultante no sea nulo sobre él.
• Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas
de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores
que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre
ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.
• En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza
externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica
una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que
si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
• En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de
fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el
problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos
casos, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.
6. • La segunda ley del movimiento de Newton dice que
• el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la
línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.
• La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es
necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos
como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
• La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice
que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que
adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de
manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
• F=ma
• Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además
de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe
expresarse como:
• F=ma
• La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N.
Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa
para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s 2
7. • 2da Ley de Newton: Ley de la Fuerza o Principio Fundamental de la Mecánica
• La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa
sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible,
no es válida la relación F = m ·a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que
incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.
• Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es
la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto
de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:
• p=m·v
• La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una magnitud vectorial
y, en el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s . En términos de esta nueva magnitud física,
la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:
• La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de
movimiento de dicho cuerpo, es decir,
• F = dp/dt
8. • De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para
el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de cantidad de
movimiento y que como se deriva un producto tenemos:
• F = d(m·v)/dt = m·dv/dt + dm/dt ·v
• Como la masa es constante
• dm/dt = 0
• y recordando la definición de aceleración, nos queda
• F=ma
• tal y como habíamos visto anteriormente.
• Otra consecuencia de expresar la Segunda Ley de Newton usando la cantidad de
movimiento es lo que se conoce como Principio de conservación de la cantidad de
movimiento. Si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de
Newton nos dice que:
• 0 = dp/dt
• es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero.
Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada
de una constante es cero). Esto es el Principio de conservación de la cantidad de
movimiento: si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es nula, la cantidad de
movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.
9. Segunda Ley de Newton (fuerza , masa y aceleración)
• Segunda ley de newton (Fuerza , masa y aceleración)
• Todos los objetos que experimentan movimiento, están continuamente variando su
velocidad, adquieren aceleración.
• El cambio de velocidad de un cuerpo es producido por un desequilibrio entre las fuerzas
que actúan sobre el cuerpo. Esto establece que la aceleración sobre un objeto es
directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el.
• Mientras mayor es la masa de un cuerpo mayor es la dificultad para moverse, esto quiere
decir que su inercia es mayor.
10. La Segunda Ley de Newton
• Esta ley nos muestra la relación existente entre la masa, la aceleración y la fuerza, en
una simple ecuación F = m x a, donde F es la fuerza, m es la masa y a es la
aceleración, si la masa se mide en kilogramos (kg) y la aceleración se mide en metros
por segundo al cuadrado (m/s 2) obtenemos el valor de la fuerza en newtons (N), que es la
unidad de fuerza en el S.I, precisamente en honor a Isaac Newton.
• De manera que si sobre un cuerpo cuya masa es de 20 kg se produce una aceleración de
2 m/s2, la fuerza que obtendríamos es la siguiente:
• F=mxa F = 20 kg x 2 m/s2 = 40 N
11. • 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 es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían
sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de
la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre
un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido
contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre
la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido.
• Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el
resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
• La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice
esencialmente que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza
sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
12. • 3ra Ley de Newton: Ley de la Acción y Reacción
• Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente
en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido
para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo
instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita “c”.
• Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no
están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean
sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.
Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios
de conservación del momento lineal y del momento angular.
• Esta ley es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por
ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La
reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
• Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en
sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque
no haga el intento de empujarnos a nosotros.
•
13. • Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza (acción o reacción), este devuelve una fuerza
de igual magnitud, igual dirección y de sentido contrario (reacción o acción).
• Por ejemplo, en una pista de patinaje sobre hielo, si un adulto empuja suavemente a un niño,no
sólo existe la fuerza que el adulto ejerce sobre el niño, sino que el niño ejerce una fuerza igual
pero de sentido opuesto sobre el adulto. Sin embargo, como la masa del adulto es mayor, su
aceleración será menor.
• La tercera ley de Newton también implica la conservación del momento lineal, el producto de la
masa por la velocidad. En un sistema aislado, sobre el que no actúan fuerzas externas, el
momento debe ser constante. En el ejemplo del adulto y el niño en la pista de patinaje, sus
velocidades iniciales son cero, por lo que el momento inicial del sistema es cero. Durante la
interacción operan fuerzas internas entre el adulto y el niño, pero la suma de las fuerzas
externas es cero. Por tanto, el momento del sistema tiene que seguir siendo nulo. Después de
que el adulto empuje al niño, el producto de la masa grande y la velocidad pequeña del adulto
debe ser igual al de la masa pequeña y la velocidad grande del niño. Los momentos
respectivos son iguales en magnitud pero de sentido opuesto, por lo que su suma es cero.
• Otra magnitud que se conserva es el momento angular o cinético. El momento angular de un
objeto en rotación depende de su velocidad angular, su masa y su distancia al eje. Cuando un
patinador da vueltas cada vez más rápido sobre el hielo, prácticamente sin rozamiento, el
momento angular se conserva a pesar de que la velocidad aumenta. Al principio del giro, el
patinador tiene los brazos extendidos. Parte de la masa del patinador tiene por tanto un radio
de giro grande. Cuando el patinador baja los brazos, reduciendo su distancia del eje de
rotación, la velocidad angular debe aumentar para mantener constante el momento angular.
• Un libro colocado sobre una mesa es atraído hacia abajo por la atracción gravitacional de la
Tierra y es empujado hacia arriba por la repulsión molecular de la mesa. Como se ve se
cumplen todas las leyes de Newton.
14.
15. La Tercera Ley de Newton
• Esta es la llamada ley de la acción y reacción, ya que propone que las fuerzas en la
naturaleza no actúan solas, sino en pareja, a cada acción le corresponde una reacción,
ambas fuerzas se dan de forma simultánea y no se anulan entre sí ya que actúan sobre
cuerpos diferentes y en sentido contrario, es decir si uno le da un golpe con su puño a
una pared, la pared le devuelve al puño una fuerza de la misma intensidad, la acción del
puño actúa sobre la pared y la reacción de la pared actúa sobre el puño, es por esto que
nos duele si lo hacemos.
• Veamos algunos ejemplos de esta ley:
• Turbina de avión
