Primera ley de Newton

Primera ley de Newton

La primera ley de Newton llamada ‘Ley de Inercia’ forma parte de un conjunto de tres leyes físicas llamadas ‘leyes del movimiento de Newton’, las cuales sentaron las bases en que se fundamenta la mecánica clásica. Las leyes del movimiento describen la relación entre un cuerpo y las fuerzas que actúan sobre él, así como su movimiento en respuesta a estas fuerzas.

Isaac Newton fue un matemático, físico, astrónomo y teólogo; uno de los fundadores de la física moderna. Sentó las bases de la mecánica clásica, formulando las leyes del movimiento y la gravitación universal en 1687. Fueron estas leyes las que formaron el punto de vista científico dominante hasta que fueron reemplazadas por la teoría de la relatividad de Einstein.

Enunciado del principio de inercia

El enunciado original de la primera ley de Newton es el siguiente:

“Todo cuerpo persevera en el estado de reposo o de movimiento uniforme en una línea recta en la que se encuentra, a menos que alguna fuerza actúe sobre él y lo obligue a cambiar de estado.”

La formulación moderna de la ley se refiere al movimiento rectilíneo uniforme y reemplaza la noción de fuerza (única) por la sumatoria de las distintas fuerzas que actúan sobre un cuerpo, en otras palabras, la resultante de las fuerzas aplicadas al cuerpo.

Si no hay fuerza ejercida sobre un cuerpo (cuerpo aislado) o si la suma de las fuerzas (o fuerza resultante) ejercidas sobre él equivalen a cero (pseudocuerpo aislado), la dirección y el módulo de su velocidad no cambia o, lo que equivale a lo mismo, posee velocidad constante y su aceleración es nula o igual a cero.

Esta primera ley invalida la concepción heredada de Aristóteles, según la cual, para mantener constante la velocidad de un móvil, era necesario aplicarle una fuerza.

Descubrimiento

Descubrimiento ley de Newton

Inspirado por el trabajo de su predecesor, el astrónomo italiano Galileo Galilei, Newton enunció las tres grandes leyes del movimiento. Durante más de 200 años, estas leyes formaron la base de la física y fundamentaron la noción mecanicista del universo. Sin embargo, estaban incompletas, ya que no se aplicaban a los objetos que viajaban a velocidades cercanas a la de la luz, un vacío que la relatividad de Albert Einstein llenó a principios del siglo XX.

La primera ley de Newton fue ignorada hasta el siglo XVII, y no fue hasta el siglo XX que la ciencia comprendió su profundo significado.

La historia de este principio remonta los aspectos más destacados de una larga historia. Se forma como uno de los hilos esenciales de la física y la seguimos a través de las respectivas contribuciones de varios filósofos de la naturaleza y físicos incluyendo a Aristóteles, Kepler, Galileo, Descartes, Huygens, Newton, d'Alembert y finalmente Einstein. Para el padre de la relatividad, la primera ley de Newton marca el primer avance de la física, incluso se cree que es su verdadero comienzo.

Fórmula matemática

La siguiente fórmula responde a la primera ley de Newton:

Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento lineal uniforme siempre que la suma de las fuerzas que actúan sobre él sea cero

Σ F = 0 ↔ dv/dt = 0

También se podría decir: ‘un cuerpo no cambia su estado de movimiento si la suma de las fuerzas que actúan sobre él es cero’.

F1 + F2 + F3 = 0

Del mismo modo se puede formular lo contrario: ‘un cuerpo cambia su estado de movimiento cuando la suma de las fuerzas que actúan sobre él no es igual a cero. Luego se acelera, desacelera o cambia la dirección de su movimiento’.

Ejemplos de aplicación

Primera ley de Newton inercia

Se pueden ver cuerpos en reposo en todas partes de la vida diaria. Estos son algunos ejemplos que confirman la primera ley de Newton.

  • El cuerpo intenta mantener su estado de movimiento original: al arrancar un autobús, una persona dentro que se encuentra de pie, cae hacia atrás por inercia si no se sostiene. En consecuencia, al frenar, el cuerpo también intenta mantener su estado de movimiento y cae hacia delante si no se sostiene.
  • Las fuerzas también actúan en las curvas: en este caso, la dirección del movimiento cambia, por lo que también se requiere una fuerza de acuerdo con la ley de inercia.
  • Arranque de un coche con un batido encima: un automóvil comienza a moverse con un batido encima del techo. Este se desliza y cae a la carretera detrás del automóvil. Cuando el vehículo comienza a moverse, el motor genera una fuerza que impulsa el vehículo. Sin embargo, esta fuerza solo actúa sobre el coche y no sobre el vaso.
  • Frenado de un coche con taza de batido encima: el vaso de batido se mueve a la misma velocidad constante que el automóvil. Ambos cuerpos quieren permanecer en este estado de movimiento uniforme y en línea recta. Al frenar, una fuerza externa vuelve a actuar sobre el vehículo, lo que reduce la velocidad del automóvil. Sin embargo, la masa inerte del vaso tiende a permanecer en el estado de movimiento y se desliza más hacia delante y el peso hace que aterrice en el suelo.

Otras leyes de Newton

Como se mencionó inicialmente, las leyes del movimiento están compuestas por tres leyes. Además, de la primera ley de Newton, las otras dos también sirven para describir el movimiento de los cuerpos.

Segunda Ley de Newton

El segundo axioma de Newton también se conoce como ‘Ley Fundamental de la Dinámica”.

Enunciado:

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.’

Fórmula:

La formulación matemática asociada también se conoce como la ecuación básica de la mecánica, uno de los hallazgos de las obras de Newton.

F = m . a

Aquí la ‘m’ es la masa del objeto visto y ‘a’ su aceleración. Las dos cantidades multiplicadas juntas dan la fuerza ‘F’ que es la fuerza en Newtons. La unidad de fuerza lleva el nombre de Newton y se simboliza con una ‘N’.

Ejemplo:

Si la masa de un objeto es de 50 kilogramos y presenta una aceleración es de 10 m/s, la fuerza que produce ese movimiento sería de 500 Newtons.

Tercera Ley de Newton

El tercer axioma de Newton se le llama ‘Principio de Acción y Reacción’.

Enunciado:

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.’

Aquí hay fuerzas pero en dirección opuesta.

Fórmula:

F1-2 = F2-1

Además de los tres axiomas clásicos que conforman las leyes del movimiento de Newton, el principio de superposición también forma parte de su trabajo. Este también se conoce como el Principio de Superposición Inalterada y describe la siguiente relación:

Si varias fuerzas actúan sobre una masa puntual o un cuerpo rígido, estos se suman vectorialmente para formar una fuerza resultante.’

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