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Quién fue Isaac Newton 🍎Que hizo 😱biografía Resumida de Isaac Newton 🔭📚Historia de Isaac Newton 📖

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El físico, matemático y astrónomo Inglés Sir Isaac Newton (1642-1727), basándose en los estudios de Galileo y Descartes, publicó en 1684 la primera gran obra de la Física: Principios matemáticos de filosofía natural, también conocidos como Principia. En la primera de las tres partes en la que se divide la obra, expone en tres leyes las relaciones existentes entre las fuerzas y sus efectos dinámicos: las leyes de la dinámica:

A lo largo de este apartado vamos a estudiar la primera de la tres leyes: la primera ley de Newton o principio de inercia. Para ello veremos:

¿Empezamos?

Concepto

Desde tiempos de Aristóteles era común pensar que para mantener en movimiento un cuerpo debe actuar sobre él una fuerza de forma continua. Piensa, por ejemplo, en un balón de futbol que, tras ser golpeado y recorrer unos metros, acaba por pararse. Es muy probable que Aristóteles no conociese el juego del curling... o el del hockey sobre hielo, pues probablemente le habrían llevado a replantearse su hipótesis sobre el movimiento.
El juego del hockey
Efectivamente, tal y como años después propusieron Galileo y Descartes, los cuerpos tienden a mantener su estado de movimiento. Es lo que se suele conocer como inercia de los cuerpos. En realidad, lo que hace que los cuerpos acaben por detenerse es la presencia de una fuerza contraria al movimiento: la fuerza de rozamiento.

Así pues, la primera ley de Newton recoge las ideas sobre la inercia que ya habían expresado Galileo y Descartes, y las formaliza matemáticamente.

Definición

La primera ley de Newton, también conocida como principio de inercia, establece que un cuerpo no modifica su estado de reposo o de movimiento si no se aplica ninguna fuerza sobre él, o si la resultante de las fuerzas que se le aplican es nula. Es decir, que se mantendrá en reposo si estaba en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme si se encontraba en movimiento.

De aquí se deduce que:

Todos los cuerpos se oponen a cambiar su estado de reposo o movimiento y esta oposición recibe el nombre de inercia. La masa de un cuerpo, entendida como su cantidad de materia, es una medida cuantitativa de la inercia de un cuerpo.

Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él sea nula.

Definición diferencial

Podemos hacer una definición más formal de este primer principio utilizando derivadas. ¿Recuerdas cuál es el significado físico de una derivada? Efectivamente, la derivada de una función nos indicaba cómo variaba dicha función. Si decimos que, en ausencia de fuerzas externas, la velocidad permanece constante a lo largo del tiempo, lo que estamos diciendo es que la derivada de la velocidad respecto al tiempo es cero, es decir, no hay variación de la velocidad respecto al tiempo. Así, podemos expresar la primera ley de Newton:

Inercia y momento lineal

Como ya sabemos, el movimiento de un cuerpo se caracteriza por su cantidad de movimiento o momento lineal, que relaciona su masa con su velocidad. Asumiendo que la masa dude un cuerpo permanece constante a lo largo del movimiento, esta ley se puede enunciar de la siguiente forma:

El momento lineal o cantidad de movimiento de un cuerpo aislado permanece constante.

Se trata del principio de conservación del momento lineal, sobre el que profundizaremos en un apartado posterior.

Sistemas de referencia inerciales y no inerciales

En el tema dedicado al estudio del movimiento hemos resaltado la importancia del sistema de referencia a la hora de decir si un cuerpo se mueve o no. Cabe aquí hacerse una pregunta parecida: ¿se cumple la primera ley de Newton para cualquier sistema de referencia?
Sistemas de referencia con velocidad constante y acelerados
Vamos a analizar las tres situaciones para ver si cumplen la primera ley de Newton:

1. En la primera situación es evidente que el observador, en reposo, percibe el objeto también en reposo, y por tanto, su momento lineal permanece constante. El primer observador puede afirmar que sobre el cuerpo no actúa ninguna fuerza. Se cumple la primera ley de Newton

2. En la segunda situación el observador se aleja del cuerpo a una velocidad constante (es decir, en m.r.u.). Dado que no es capaz de percibir su propio movimiento, y a falta de cualquier otro elemento que le sirva de referencia, percibirá que es el cuerpo el que se aleja de él a velocidad constante. En cualquier caso también él podrá afirmar que sobre el cuerpo no actúa ninguna fuerza, al no variarse la velocidad a la que se aleja el cuerpo, y por tanto, permanece constante su momento lineal. También podemos decir que se cumple la primera ley de Newton

3. El tercero de nuestros observadores es el más especial. Se aleja del cuerpo cada vez más rápido (es decir, mediante un m.r.u.a.), que le hará percibir que el cuerpo posee una aceleración, es decir, que varía su velocidad y por tanto su momento lineal. Para que se siga cumpliendo la primera ley de Newton, el observador tendrá que decir que hay una fuerza actuando sobre el cuerpo

Vemos que la observación que realizan los dos primeros observadores no concuerda con la del tercero, a pesar de que el cuerpo tiene el mismo comportamiento... Para que se siga cumpliendo la primera ley, el tercer observador debe introducir una fuerza ficticia (pues no responde a ninguna interacción), que se conoce como fuerza de inercia. Esto nos permite distinguir de manera clara dos tipos de sistemas de referencia:

Decimos que un sistema de referencia es inercial cuando cumple el principio de inercia (y en consecuencia las leyes físicas). Los sistemas de referencia en reposo o con velocidad constante son inerciales.

Decimos que un sistema de referencia es no inercial cuando no cumple de igual manera que los inerciales el principio de inercia (y en consecuencia las leyes físicas). Los sistemas de referencia con aceleración de cualquier tipo son no inerciales.

Observa que en la propia definición que hemos hecho está implícito un segundo observador: nosotros mismos. Así, por simplicidad decimos: "los sistemas inerciales están en reposo o con velocidad constante". En realidad cabría decir "los sistemas inerciales están en reposo mutuo o se desplazan con velocidad constante relativa".

Newton consideró el espacio absoluto, una especie de sistema de referencia en reposo absoluto respecto al cual tendrían sentido los conceptos de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. Entendía que un sistema en reposo sería aquel que lo estuviera respecto a estrellas fijas, que son aquellas que no se desplazan unas respecto a otras.

Finalmente, el propio Newton se dio cuenta de que quizás no exista en la realidad ningún cuerpo que esté en reposo total. Efectivamente, es imposible encontrar en la realidad sistemas de referencia inerciales , ya que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos. En cualquier caso, 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.

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Primera Ley de Newton: Contenidos teóricos, ejercicios resueltos, imágenes, animaciones y formularios de Física y Matemáticas.

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El físico, matemático y astrónomo Inglés Sir Isaac Newton (1642-1727), basándose en los estudios de Galileo y Descartes, publicó en 1687 la primera gran obra de la Física: Principios matemáticos de filosofía natural, también conocidos como Principia. En la primera de las tres partes en la que se divide la obra, expone en tres leyes las relaciones existentes entre las fuerzas y sus efectos dinámicos: las leyes de la dinámica:

La segunda ley de Newton o principio fundamental establece que las aceleraciones que experimenta un cuerpo son proporcionales a las fuerzas que recibe. Probablemente su forma más célebre es:

En este apartado vamos a profundizar en su estudio, y veremos que la anterior, aunque muy útil, no es en realidad su forma general. Seguiremos los siguientes puntos:

Empecemos con fuerza...

Concepto

Imagina dos cuerpos A y B con la misma masa que se mueven a la misma velocidad sobre dos superficies horizontales distintas. Pasado cierto tiempo, A se detiene y un rato más tarde se detiene B. Aunque los dos tienen la misma cantidad de movimiento o momento lineal inicial, A lo pierde antes que B. Por tanto, podemos suponer que la intensidad de la interacción entre los cuerpos y el suelo, que hace que los dos cuerpos terminen deteniéndose, es mayor en el A que en el B.
Intensidad interacción en distintas superficies
Así pues, si decimos que la fuerza es la intensidad de la interacción, llegamos a la definición de la segunda ley de Newton.

Definición

La segunda ley de Newton o principio fundamental establece que la rapidez con la que cambia el momento lineal (la intensidad de su cambio) es igual a la resultante de las fuerzas que actúan sobre él:

Donde:

Como puedes ver, este principio relaciona matemáticamente las fuerzas con el efecto que producen, de tal forma que resulta fundamental para resolver cualquier problema de dinámica.
Ejemplo de aplicación de la segunda ley de Newton
Definición diferencial

En la expresión anterior estamos dando por sentado que la fuerza total es constante en el intervalo Δt. En caso de no serlo, la expresión anterior nos proporcionará una fuerza total promedio. Por norma general, las fuerzas no suelen ser iguales durante todo el intervalo de tiempo, por lo que nos resultará de utilidad una ecuación que nos determine la fuerza en un instante concreto de tiempo.

Podemos obtener la fuerza instantánea total calculando la fuerza entre dos instantes de tiempo tan próximos que su intervalo tiende a 0. Es justamente la definición de la derivada y se trata del mismo proceso que seguíamos en el caso de la velocidad instantánea o la aceleración instantánea:

La resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en un instante es proporcional a la variación del momento lineal en ese preciso instante y actúa en la dirección de esta, es decir, en la dirección de la variación de su velocidad.

Ten presente que, estrictamente hablando, la segunda ley de Newton solo es válida en sistemas de referencia inerciales. Para sistemas de referencia no inerciales es necesario incluir las fuerzas ficticias o fuerzas inerciales.

Masa Inalterada

Si un cuerpo durante una interacción no cambia el valor de su masa, se obtiene la famosa ecuación que estudiamos en el nivel anterior: F = m · a. Veámoslo:

A la expresión anterior se la conoce como ecuación fundamental de la dinámica de traslación.

La ecuación fundamental de la dinámica de traslación establece que si la fuerza resultante que se aplica a un cuerpo libre no es nula, este experimentará una aceleración, o lo que es lo mismo, un cambio en su estado de reposo o de movimiento.

Donde:

: Representa la fuerza total que actúa sobre el cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton.

m : Es la masa del cuerpo, supuesta constante. Su unidad de medida en el S.I. es el kilogramo (kg)

: Es la aceleración que tiene el cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es el metro por segundo al cuadrado ()

En ocasiones nos resultará de utilidad descomponer la expresión anterior en las componentes cartesianas ( o en cualquier otro sistema de coordenadas)...

Y a veces también en las componentes intrínsecas...

Por otro lado, Newton llegó a esta conclusión tras realizar una serie de experimentos en los que pudo comprobar que:

Si se aplica la misma fuerza a cuerpos con distinta masa, se consiguen aceleraciones diferentes.

La fuerza es directamente proporcional a la aceleración que experimenta el cuerpo, y la constante de proporcionalidad del cuerpo utilizado corresponde con su masa.

Relación fuerza y aceleración
Si en la primera ley Newton introdujo el concepto de inercia, en la segunda ley establece cual es su cantidad, es decir, la masa es la magnitud que mide la cantidad de inercia que posee un cuerpo.

Observa que podemos considerar la primera ley de Newton como un caso particular de esta segunda. Efectivamente, cuando...

...es decir, si no hay una fuerza neta actuando sobre un cuerpo, este no varía su cantidad de movimiento, y por tanto, su velocidad permanece constante. Se trata del principio de conservación del momento lineal.

La segunda ley de Newton nos proporciona una relación entre causas, las fuerzas, y los efectos, la aceleración. No dice nada acerca de qué factores influyen en esas causas. Así, por ejemplo, la fuerza de la gravedad depende de las masas y las distancias, la fuerza elástica depende de las características del un muelle y su elongación. Dedicaremos el siguiente tema a estudiar algunas de estas causas y sus aplicaciones.

Definición de newton

La segunda ley de Newton nos permite definir la unidad de fuerza en el Sistema Internacional, el newton.

Se define un newton como la fuerza que hay que aplicar a un cuerpo de 1 kg de masa para comunicarle una aceleración de 1 m/s ². Se abrevia por la letra N. Así:

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Segunda Ley de Newton: Contenidos teóricos, ejercicios resueltos, imágenes, animaciones y formularios de Física y Matemáticas.

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El físico, matemático y astrónomo Inglés Sir Isaac Newton (1642-1727), basándose en los estudios de Galileo y Descartes, publicó en 1684 la primera gran obra de la Física: Principios matemáticos de filosofía natural, también conocidos como Principia. En la primera de las tres partes en la que se divide la obra, expone en tres leyes las relaciones existentes entre las fuerzas y sus efectos dinámicos: las leyes de la dinámica.

La tercera ley de Newton o principio de acción y reacción establece que cuando dos cuerpos interacción aparecen fuerzas iguales y de sentidos opuestos en cada uno de ellos. Vamos a profundizar en su estudio a través de los siguientes puntos:

¿Comenzamos?

Concepto

Imagina una partida de canicas, todas con igual masa. Cuando lanzas una canica contra otra y se golpean, es probable que veas como la primera de ellas se para, y la segunda adquiere una velocidad muy similar a la que tenía la primera.
Partida de canicas y principio de acción - reacción
A partir de este sencillo ejemplo puedes comprobar que, para que ambas canicas modifiquen su velocidad han tenido que verse sometidas a fuerzas. Dado que podemos suponer que las canicas se encuentran aisladas (no interaccionan con ningún otro elemento), las fuerzas solo han podido aparecer durante el golpe. Parece claro que en esa acción que supone el golpe ha debido aparecer una fuerza sobre la canica golpeada que la haga ponerse en movimiento. Además, también parece claro que, dado que la canica "golpeadora" se detiene, ha debido experimentar una reacción en forma de fuerza muy similar, pero de sentido contrario.

Con estas ideas en mente estamos en condiciones de dar una definición para esta tercera ley.

Definición

Cuando un cuerpo fuerza de fuerza de A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, B reaccionará ejerciendo otra fuerza sobre A de igual módulo y dirección aunque de sentido contrario. La primera de las fuerzas recibe el nombre de acción y la segunda reacción.

Donde:

Algunas observaciones importantes:

No debes confundir pareja de fuerzas con par de fuerzas. Un par de fuerzas, son dos fuerzas de igual módulo y direcciones paralelas no concurrentes que se aplican en puntos distintos de un cuerpo.

Aplicaciones

Tu día a día está lleno de ejemplos en los que usas el principio de acción y reacción para poder desenvolverte en tu entorno. Aunque en el tema dedicado a aplicaciones de las leyes de Newton estudiaremos muchos de ellos con detenimiento, comenzamos aquí mostrándote algunos:
Permanecer en pie
Cuando permaneces de pie sobre el suelo, la Tierra ejerce su atracción sobre ti, pero... ¿por qué no te hundes? Por la reacción del suelo sobre ti, que tiene igual valor y sentido contrario. Como se refleja en la siguiente figura, podemos distinguir las siguientes fuerzas:
Diagrama de fuerzas de acción y reacción Andar
Cuando caminas, y gracias a la fuerza de rozamiento, "impulsas la Tierra hacia atrás". La reacción de la tierra sobre tus pies es impulsarlos hacia adelante.
Acción - reacción al caminar Correr
En la salida de las carreras de atletismo los corredores utilizan el "arrancador" para impulsarse. Lo hacen ejerciendo una fuerza contra el mismo, de manera que la reacción de este les dé el impulso deseado.
Acción - reacción en atletismo Nadar
De igual manera, cuando nadas impulsas el agua hacia atrás, gracias a lo cual el agua te impulsa hacia adelante. Cuando llegas al final de la piscina y deseas dar la vuelta probablemente te impulsarás fuertemente con los pies sobre la pared. La reacción de la pared sobre tus pies es la que te permite "coger impulso".
Acción - reacción en natación Golpear un balón
Cuando juegas al futbol y golpeas el balón, es la fuerza que ejerces sobre el mismo la que hace que salga disparado. Este, a su vez, ejerce una fuerza de reacción sobre tu pie que hará que retroceda alejándose de la zona del impacto.
Acción reacción en fútbol

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Tercera Ley de Newton: Contenidos teóricos, ejercicios resueltos, imágenes, animaciones y formularios de Física y Matemáticas.

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EJERCICIO LEYES DE NEWTON - Aceleración, fuerza de rozamiento y tensión

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Ejercicios leyes de newton para realizar 

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Ejercicios leyes de newton para realizar 

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▷ Primera ley de Newton: enunciado, ejemplos y ejercicios

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¿Qué dice la primera ley de Newton (o ley de inercia)? Enunciado, fórmula, ejemplos reales y ejercicios resueltos de la primera ley de Newton.

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Fundado en 2002 por el ganador del Premio Nobel Carl Wieman, el proyecto de simulaciones interactivas de PhET de la Universidad de Colorado en Boulder crea simulaciones interactivas gratuitas de matemáticas y ciencias. Las simulaciones de PhET se basan en investigación educativa extensiva…

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Ejemplos de la primera ley de Newton

1. Un conductor de un automóvil frena de manera brusca y, por inercia, sale disparado hacia adelante.

2. Una piedra en el suelo se encuentra en estado de reposo. Si nada la perturba, seguirá en reposo.

3. Una bicicleta guardada hace cinco años en un desván sale de su estado de reposo cuando un niño se decide a usarla.

4. Un maratonista sigue corriendo varios metros más allá de la línea de llegada aun cuando decide frenar, debido a la inercia de su cuerpo.

Ver más ejemplos en: Primera ley de Newton

Ejemplos de la segunda ley de Newton

1. Una señora enseña a andar en bicicleta a dos niños: uno de 4 años y otro de 10 años, para que lleguen al mismo lugar con la misma aceleración. Deberá ejercer más fuerza al empujar al niño de 10 años pues su peso (y por ende su masa), es mayor.

2. Un auto necesita cierta cantidad de caballos de fuerza para poder circular en la carretera, es decir, necesita cierta fuerza para acelerar su masa.

Ver más ejemplos en: Segunda ley de Newton

Ejemplos de la tercera ley de Newton

1. Si una bola de billar golpea a otra, sobre la segunda se ejerce la misma fuerza que sobre la primera.

2. Un niño quiere dar un salto para treparse a un árbol (reacción), debe empujar el suelo para impulsarse (acción).

3. Un hombre desinfla un globo; el globo empuja el aire hacia fuera con una fuerza igual a la que el aire le hace al globo. Es por esto que el globo se mueve de un lado hacia otro.