Las Las LeyesLeyes

de de NewtonNewton

Sir Isaac Newton Sir Isaac Newton (4 de enero, 1647- 31 de marzo, 1727)(4 de enero, 1647- 31 de marzo, 1727)

““Principia” Libro escrito por Principia” Libro escrito por Isaac Newton en latín que Isaac Newton en latín que contiene las leyes de contiene las leyes de inercia, de la fuerza y de inercia, de la fuerza y de acción y reacción. acción y reacción.

A modo de introducción…A modo de introducción…

Las Las Leyes de NewtonLeyes de Newton son tres principios son tres principios concernientes al movimiento de los cuerpos concernientes al movimiento de los cuerpos

Las leyes de Newton constituyen, junto con Las leyes de Newton constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica. mecánica clásica.

Las leyes de Newton tal como comúnmente Las leyes de Newton tal como comúnmente se exponen sólo valen para sistemas de se exponen sólo valen para sistemas de referencia inercialesreferencia inerciales ( (cuando las leyes del cuando las leyes del movimiento toman una forma movimiento toman una forma especialmente sencilla )especialmente sencilla )

Definición de FuerzaDefinición de Fuerza

Se denomina fuerza a cualquier acción o Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.aceleración modificando su velocidad.

Por lo tanto se puede decir que:Por lo tanto se puede decir que:

F = m · aF = m · a *Fuerza es una cantidad vectorial**Fuerza es una cantidad vectorial*

Unidad de medida de la Unidad de medida de la fuerzafuerza

La fuerza (F) se mide en Newton (N), La fuerza (F) se mide en Newton (N), unidad de medida igual a Kg·m/sunidad de medida igual a Kg·m/s², ², porque:porque:

(N) = (Kg) · (m/(N) = (Kg) · (m/ss²)²)

Fuerzas FundamentalesFuerzas Fundamentales

Se llaman fuerzas fundamentales a cada Se llaman fuerzas fundamentales a cada una de las interacciones que puede sufrir la una de las interacciones que puede sufrir la materia y que no pueden descomponerse materia y que no pueden descomponerse en interacciones más básicas. En la física en interacciones más básicas. En la física moderna se consideran cuatro campos de moderna se consideran cuatro campos de fuerzas como origen de todas las fuerzas como origen de todas las interacciones fundamentales:interacciones fundamentales:

Interacción electromagnética.Interacción electromagnética. Interacción nuclear débil (leptónica).Interacción nuclear débil (leptónica). Interacción nuclear fuerte.Interacción nuclear fuerte. Interacción gravitatoria.Interacción gravitatoria.

Ejemplos de FuerzaEjemplos de Fuerza

Leyes de NewtonLeyes de Newton

1ª Ley de Newton: Ley de 1ª Ley de Newton: Ley de Inercia Inercia

Todo cuerpo sigue en estado de reposo o Todo cuerpo sigue en estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a de movimiento uniforme en línea recta a menos que sea obligado a cambiar ese menos que sea obligado a cambiar ese estado por obra de fuerzas a él aplicadas. estado por obra de fuerzas a él aplicadas.

Ejemplo de la Primera ley de Ejemplo de la Primera ley de NewtonNewton

Primera ley de Newton o Ley de Primera ley de Newton o Ley de InerciaInercia

““Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él”rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él”..

En ocasiones, esta ley se nombra también Principio de Galileo. En ocasiones, esta ley se nombra también Principio de Galileo. En la ausencia de fuerzas exteriores, toda partícula continúa en En la ausencia de fuerzas exteriores, toda partícula continúa en

su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme respecto de un sistema de referencia inercial o galileano.respecto de un sistema de referencia inercial o galileano.

La Primera ley constituye una definición de la fuerza como causa de La Primera ley constituye una definición de la fuerza como causa de las variaciones de velocidad de los cuerpos las variaciones de velocidad de los cuerpos

En la experiencia diaria, los cuerpos están sometidos a la acción En la experiencia diaria, los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas de fricción o rozamiento que los van frenando de fuerzas de fricción o rozamiento que los van frenando progresivamente. La no comprensión de este fenómeno hizo que, progresivamente. La no comprensión de este fenómeno hizo que, desde la época de Aristóteles y hasta la formulación de este desde la época de Aristóteles y hasta la formulación de este principio por Galileo y Newton, se pensara que el estado natural de principio por Galileo y Newton, se pensara que el estado natural de movimiento de los cuerpos era nulo y que las fuerzas eran movimiento de los cuerpos era nulo y que las fuerzas eran necesarias para mantenerlos en movimiento. Sin embargo, Newton necesarias para mantenerlos en movimiento. Sin embargo, Newton y Galileo mostraron que los cuerpos se mueven a velocidad y Galileo mostraron que los cuerpos se mueven a velocidad constante y en línea recta si no hay fuerzas que actúen sobre ellos. constante y en línea recta si no hay fuerzas que actúen sobre ellos. Este principio constituyó uno de los descubrimientos más Este principio constituyó uno de los descubrimientos más importantes de la física.importantes de la física.

Segunda Ley de Newton o Ley de la Segunda Ley de Newton o Ley de la

FuerzaFuerza ““La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente

proporcional a su aceleración”proporcional a su aceleración”

La Segunda ley de Newton se encarga de La Segunda ley de Newton se encarga de

cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpocuerpo. La constante de proporcionalidad es la . La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpomasa del cuerpo, de manera que podemos , de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:expresar la relación de la siguiente manera:

F = m aF = m a

Otra manera de expresar la 2ª Otra manera de expresar la 2ª Ley de Newton(Ley de la Ley de Newton(Ley de la

fuerza)fuerza) El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza

motriz aplicada y tiene la dirección de la recta según motriz aplicada y tiene la dirección de la recta según la cual la fuerza sea aplicada. Traducción literal del la cual la fuerza sea aplicada. Traducción literal del original, escrito por Newton en latín. original, escrito por Newton en latín.

Una manera de expresar matemáticamente este Una manera de expresar matemáticamente este principio es:principio es:

F = m · aF = m · a Donde “F” es la Donde “F” es la magnitud magnitud de la fuerza neta de la fuerza neta

actuando sobre el cuerpo, “m” es la masa del actuando sobre el cuerpo, “m” es la masa del cuerpo, “a” la cuerpo, “a” la magnitudmagnitud de la aceleración adquirida de la aceleración adquirida por el cuerpo en la dirección de la fuerza neta. por el cuerpo en la dirección de la fuerza neta.

Ejemplo de la Segunda ley de NewtonEjemplo de la Segunda ley de Newton

Otro Ejemplo de la 2ª leyOtro Ejemplo de la 2ª ley

La unidad de fuerza en el La unidad de fuerza en el Sistema InternacionalSistema Internacional es el es el NewtonNewton y se representa por y se representa por NN. Un . Un NewtonNewton es la fuerza que hay que es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masaun kilogramo de masa para que para que adquiera una aceleración de adquiera una aceleración de 1 m/s21 m/s2, o sea, , o sea,

1 N = 1 Kg · 1 m/s21 N = 1 Kg · 1 m/s2

La expresión de la Segunda ley de Newton es válida La expresión de la Segunda ley de Newton es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación quemando combustible, no es válida la relación FF = = m · m · aa..

En el caso de sistemas en los que pueda variar la En el caso de sistemas en los que pueda variar la masa se definirá una magnitud física nueva. Esta masa se definirá una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la magnitud física es la cantidad de movimientocantidad de movimiento que se representa por la letra que se representa por la letra pp y que se define y que se define como el producto de la como el producto de la masa de un cuerpo por su masa de un cuerpo por su velocidadvelocidad, es decir: , es decir:

pp = m · = m · vv

La cantidad de movimiento también se conoce como La cantidad de movimiento también se conoce como momento momento lineallineal

En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera: Newton se expresa de la siguiente manera:

La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir:temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir:

FF = d = dpp/dt /dt De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no

sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos: deriva un producto tenemos:

FF = d(m· = d(m·vv)/dt = m·d)/dt = m·dvv/dt + dm/dt ·/dt + dm/dt ·vv

Como la masa es constante …Como la masa es constante …

dm/dt = 0 dm/dt = 0

y recordando la definición de aceleración, nos queda :y recordando la definición de aceleración, nos queda :

FF = m = m aa

tal y como habíamos visto anteriormente.tal y como habíamos visto anteriormente.

Tercera ley de NewtonTercera ley de Newton

3ª ley de Newton: Ley de 3ª ley de Newton: Ley de Acción y ReacciónAcción y Reacción

Para cada acción existe siempre opuesta una Para cada acción existe siempre opuesta una reacción contraria o las acciones mutuas de dos reacción contraria o las acciones mutuas de dos cuerpos están dirigidas a partes contrarias. cuerpos están dirigidas a partes contrarias. (Traducción literal de lo escrito por Newton). (Traducción literal de lo escrito por Newton).

Hay que tener en cuenta que la acción no es Hay que tener en cuenta que la acción no es una causa de la reacción, sino que ambas una causa de la reacción, sino que ambas coexisten, y por eso cualquiera de estas fuerzas coexisten, y por eso cualquiera de estas fuerzas puede ser designada por acción y reacción.puede ser designada por acción y reacción.

Ambas fuerzas son de igual medida, actúan Ambas fuerzas son de igual medida, actúan sobre cuerpos diferentes, tienen la misma sobre cuerpos diferentes, tienen la misma dirección pero con sentidos contrarios.dirección pero con sentidos contrarios.

Otra manera de conceptualizar la Otra manera de conceptualizar la Tercera Ley de Newton o Ley de Tercera Ley de Newton o Ley de

acción y reacciónacción y reacción es: es: ““Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el

primero una fuerza igual y de sentido opuesto.”primero una fuerza igual y de sentido opuesto.” Dicho de otra forma: Dicho de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en Las fuerzas siempre se presentan en

pares de igual magnitud y sentido opuesto y están situadas pares de igual magnitud y sentido opuesto y están situadas sobre la misma rectasobre la misma recta. .

Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulanno se anulan entre si, puesto que entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintosactúan sobre cuerpos distintos..

EjemplosEjemplos

Fuerza NormalFuerza Normal La Fuerza Normal es la fuerza de contacto. La Fuerza Normal es la fuerza de contacto.

FINFIN

Montoya.-Montoya.-