LEYES DE NEWTON

DINÁMICA

Rama de la mecánica que estudia el movimiento atendiendo las causas que lo producen. Muchos sabios en la antigüedad quisieron dar forma a la interpretación que tenían como causas de los movimientos, pero fue Isaac Newton, con la creación de sus tres leyes, quien contribuyó al estudio de la física moderna.

El campo de la dinámica comprende el estudio de fuerza, trabajo y energía, potencia y cantidad de movimiento. 

PRIMERA LEY DE NEWTON: LEY DE LA INERCIA

ENUNCIADO: "Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme hasta el momento que una fuerza actúe sobre él"

Por ejemplo, un pasajero viaja en un auto en una trayectoria recta y, de pronto, el conductor vira la izquierda. El sentirá que su cuerpo se inclina a la derecha tratando de conservar su postura inicial, la que llevaba antes del giro. Si el conductor frena su cuerpo irá hacia delante y si acelera irá hacia atrás.
En el espacio, por ser dimensionalmente infinito y, por ser vacío, los cuerpos que transitan por él se considera que llevan movimiento rectilíneo uniforme. El cometa Halley, que regresa cada 76 años, o sea que siempre cumple la misma trayectoria (regresará en el año 2062) y así lo ha hecho durante miles de años. Si algo lo chocara en el espacio podría desviar su trayectoria y hacerlo salir de su estado de inercia.
Las carreteras en las curvas tienen un peralte, que impide que el auto salga despedido al virar. Así, todo cuerpo que sale despedido de una trayectoria curvilínea, llevará luego una trayectoria rectilínea (como la honda de David contra Goliat).
Sacar un mantel rápidamente de una mesa hará que todo lo que se halle sobre ella permanezca en la misma posición que tenía antes de retirar el mantel. Si usted corre y quiere detenerse, no lo hará inmediatamente debido a la inercia.
El cinturón de seguridad y el airbag son buenos ejemplos de protección para pasajeros en casos de choque que por la inercia saldrían despedidos por el parabrisas.

SEGUNDA LEY DE NEWTON

LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA

ENUNCIADO: " El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y sigue la dirección de la línea recta en que se imprime la fuerza"

Si un cuerpo está en reposo o en movimiento uniforme (ley de la inercia), la aplicación de una fuerza puede hacerlo salir del reposo, acelerarlo o desacelerarlo. Así, toda fuerza es capaz de producir una aceleración positiva o negativa a un objeto de masa m.

Cuando varias fuerzas de diferentes direcciones se aplican a un objeto, este se acelerará en dirección de su fuerza resultante. A esta fuerza se llama fuerza neta. La fuerza neta es igual al producto de la masa por la aceleración (F=ma)

En el SI, la masa medida en kg y la aceleración en m/s², forma la unidad kg m/s² llamada Newton (N). Así, 1 N = 1 kg m/s²

El peso de un objeto se halla al someter una masa a la aceleración de la gravedad. El peso es una variedad de fuerza. 
Así, Fuerza = masa x gravedad.  Si a la masa la sometemos a la aceleración de la gravedad obtenemos el kilogramo-fuerza (kgf) o kilopondio (kp), que es el valor con que la tierra atrae una masa de 1 kg. Así, 1 kgf = 1 kp = 9,8 N

 

En el sistema inglés, la masa medida en lb y la aceleración en pie/s², forma la libra fuerza (Lbf), que es el valor con que la tierra atrae una masa de una lb. Así: 1 lbf = (1 lb)(32.2 pie/s²)

EJERCICIO PROPUESTO: Convierta 1 N a lbf

TERCERA LEY DE NEWTON

PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN

ENUNCIADO: "A toda acción corresponde una reacción de la misma magnitud pero sentido opuesto"

Para que esta ley sea aplicable se necesita que mínimo sean dos los objetos que se hallen en contacto, por ejemplo, un libro (cuyo peso ejerce la acción y se dirige hacia abajo) y una mesa (que reacciona sosteniendo al libro y se dirige hacia arriba), pilares y losa en edificaciones, cordeles y letreros, etc.

Si usted desea pasar de un bote a la orilla, la acción se ejerce al saltar del bote y como reacción el bote se alejará de la orilla.

Esta ley tiene múltiples aplicaciones: choques y equilibrio, por ejemplo.

Analicemos el siguiente caso y las fuerzas que actúan:

• Una fuerza F que empuja una caja sobre el piso y por tener un ángulo de 30° con respecto a la horizontal tiene dos componentes Fx y Fy.
• El peso W de la caja  que se dirige hacia abajo.
• La fuerza normal que corresponde a la reacción del piso al peso y se dirige hacia arriba.
• La fuerza de fricción Fs que se opone a la acción de la fuerza F y es paralela al piso y opuesta a Fx.

Entonces, de acuerdo a nuestro caso existen dos fuerzas horizontales y tres fuerzas verticales.

La sumatoria de las fuerzas horizontales será Σ Fx = Fx - Fs. 

La sumatoria de las fuerzas verticales será Σ Fy = N - Fy -W

Si ambas sumatorias dan un valor de cero diremos que el sistema está en equilibrio. Para que un sistema se halle en equilibrio se necesita que la fuerza neta sea cero.