Las leyes de la mecánica de Newton

En esta entrada, hablaremos de las 3 leyes del movimiento de Newton y su aplicación en la vida ordinaria, asi como del concepto de inercia, que es un concepto dificil de "ver" con facilidad, empezamos:

Principia Mathematica, el libro en el que Newton explicó su mecánica entre otras cosas

 Con las tres leyes de Newton y poquito más, podemos explicar la mayor parte de los problemas de mecánica en el mundo ordinario. A pesar de que a principios del siglo XX se vio superada por la mecánica de Einstein para lo muy grande y la cuántica en lo muy pequeño, la mecánica newtoniana es la que se sigue utilizando y explicando en la mayoria de las escuelas de ingeniería del mundo, debido a que para esas escalas, no da problemas sustanciales. Estas leyes forman, entre otras, lo que se conoce como Mecánica Clásica, en contraposición a las otras mecánicas ya mencionadas.

Primera ley de Newton: La ley de Inercia

La ley de inercia dice:

"Todo cuerpo preserva su estado de movimiento uniforme y rectilíneo o reposo a no ser que sea obligado a cambiar ese estado por  fuerzas que actúen sobre él"

Ley de la inercia

Se entiende que las fuerzas que actúan sobre el cuerpo no deben anularse entre sí. Este principio parece no funcionar en la vida ordinaria si no se tiene en cuenta el rozamiento de los cuerpos al moverse sobre otras superficies o fluidos.

De la ley anterior, definimos la inercia mecánica como la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de moviento o reposo. Dentro del concepto de inercia mecánica subyacen dos: la masa inercial, de gran importancia en las bases de la teoría de la relatividad y que no describiremos aqui, y la inercia rotacional.

La inercia rotacional es una medida de la dificultad que opone un cuerpo a adquirir una aceleración rotatoria. Se mide con la magnitud física conocida como el momento de inercia, y depende de la forma del cuerpo respecto del eje sobre el que pretenda girar y de la dirección del propio eje. La siguiente imagen intenta expresar como 4 cuerpos de igual masa se aceleran de forma diferente debido a que su inercia es distinta.

"Carrera" entre momentos de inercia

Segunda ley de Newton: La ley de fuerza

Una fuerza es toda acción capaz de variar el estado de movimiento de un cuerpo o su forma. La fuerza es un vector (ya explicado en una entrada anterior), y como tal siempre tiene una dirección, una intensidad y un sentido.

La segunda ley de Newton nos dice:

"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."

En pocas palabras, tras trilear un poco con ciertas magnitudes relacionadas con el movimiento que describiré en otra entrada ( cantidad de movimiento (P)) , se obtiene la siguiente ecuación, una de las más importantes de la mecánica clásica:

 ∑ F = m * a

Esta ecuación nos dice que la suma ( que es lo que significa la letra ∑, la suma de todos...) las fuerzas que actuan en un sistema es igual al producto de la masa por la aceleración.

A la suma de fuerzas que actúan en un sistema se le conoce con el nombre de resultante o fuerza resultante. Como detalle añadiré que esta ecuación es absolutamente crucial en temas de estructuras, ya que la teoría de estructuras parte de las leyes de la estática, y éstas a su vez de igualar a 0 la suma de fuerzas que actúan en el sistema.


Tercera ley de Newton: El principio de acción-reacción

 Esto es lo que dice el principio de acción reacción:

"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."

Principio de acción-reacción

Estamos cansados de ver pruebas del funcionamiento de este principio. Un arma que dispara provoca un retroceso en el tirador, el empujar hacia abajo gases a gran velocidad hace que un cohete se eleve.... 

Este principio es de aplicación en casi todos los campos de la física. Por relacionarlo un poco con la rama de la física que yo estudio, las fuerzas que tienen que realizar los apoyos de una viga para que esta no se caiga son reacciones a las acciones (los pesos de los materiales que tienen encima, etc) que se aplican sobre la viga.

Viga sometida a una acción F, apoyada en dos puntos, que reaccionan con las fuerzas Ra y Rb

Una pregunta que en ocasiones viene a la mente cuando se estudia esta ley es: ¿ Si cada acción provoca una reacción igual y de sentido contrario, como es que ambas no se anulan mutuamente ? La respues es porque actuan sobre cuerpos distintos!


Y esto es todo por hoy. Concluimos esta brevísima explicación de las tres leyes de Newton. La próxima actualización será de matemáticas.

Un saludo!