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_____________GUIÓN I_La Mecánica como Ciencia__
LAS LEYES DE NEWTON
Isaac Newton nació en Inglaterra en 1642 y en 1665, cuando tenía 23 años, comenzó a
desarrollar
los principios de la mecánica que constituyen la base teórica de todo el
desarrollo de la Dinámica del siglo XVIII.
La Dinámica comprende tres leyes que generalmente reciben el nombre de Leyes de
Newton, porque fue el primero que las enunció en su obra “Philoslophiae Naturalis
Principia Matematica”, 1687, y las aplicó a casos concretos. Sin embargo la iniciación del
conocimiento racional de la relación entre fuerza y movimiento se debe a Galileo Galilei 1
(1564-1642), que estudió la caída libre de los cuerpos, el movimiento en un plano
inclinado y del péndulo.

PRIMERA LEY: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento
rectilíneo y uniforme a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a
cambiar su estado” (Newton y Rada, 2002)
Desde la antigüedad la relación entre fuerza y movimiento ha sido objeto de estudio.
En el siglo IV a. de C. , el filósofo griego Aristóteles afirma que para poner un cuerpo
en movimiento, o para mantenerlo en dicho estado una vez iniciado, es necesario que
sobre el mismo actúe una fuerza de forma constante. En caso contrario, es decir, si
deja de actuar, el cuerpo vuelve a su estado natural, que es el reposo. También
sostiene, por ejemplo, que los cuerpos pesados caen más rápidamente que los
ligeros.
Estas ideas basadas únicamente razonamientos lógicos se mantuvieron hasta el siglo
XVI, en que Galileo se enfrentó al pensamiento aristotélico tan arraigado en aquella
época. Es el precursor del conocimiento racional de la Dinámica, introduce el método
científico en el estudio de los fenómenos físicos y realiza una serie de experimentos
que lo llevan a proponer conclusiones diferentes de las de Aristóteles. Para Galileo, si
se suponen nulas las fuerzas de fricción, un cuerpo puede moverse sin que exista una
fuerza aplicada sobre el mismo.
La resistencia de un cuerpo a cambiar su estado de reposo o de movimiento es lo que
Galileo denominó inercia. Posteriormente sería Newton el que valoraría la importancia
1
http://www.tu.tv/videos/galileo
http://www.acienciasgalilei.com/videos/leyinercia.htm
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de este concepto, enunciando su primera ley. La medida de la inercia de un cuerpo
es su masa 2.
Si se piensa en todo lo que se hace habitualmente, es fácil comprender que para
mover un cuerpo hace falta aplicar una fuerza y para detenerlo, también. Ejemplos
cotidianos en los que se experimenta la Ley de Inercia son:
o
Cuando un autobús se detiene bruscamente los pasajeros seguirán
moviéndose hacia delante y se caerán si no se agarran con fuerza.
o
Cuando llevas en la moto a un compañero y arrancas, tiende a permanecer
en reposo y tira de ti hacia atrás.

SEGUNDA LEY: “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” (Newton
y Rada, 2002)
Esta ley establece la relación de la aceleración con la fuerza y la inercia (masa).
También se denomina ley fundamental de la dinámica ya que de ella se derivan las
ecuaciones básicas de la misma. Se formula:


F =ma


F es la fuerza resultante que se ejerce sobre la partícula material, a es la
aceleración que experimenta y m es la masa, que se considera constante. En
Donde
consecuencia, la aceleración de una partícula material es directamente proporcional a
la fuerza resultante que actúa sobre ella, y tiene la dirección y sentido de dicha fuerza.
Sin embargo, es inversamente proporcional a la masa (para una misma fuerza, la
aceleración disminuye al aumentar la masa).
La primera ley de Newton es consecuencia de la segunda, ya que si la fuerza es nula
no habrá aceleración y, en ese caso, la partícula debe permanecer en reposo o
moviéndose con velocidad constante. La primera ley no añade nada nuevo a la
descripción del movimiento, pero se incluye porque forma parte de los enunciados
clásicos de Newton.
Una fuerza, en el sentido más simple, es un empuje o una tracción. Su origen puede
ser gravitacional, eléctrico, magnético o simplemente muscular. Resulta fácil
encontrar ejemplos cotidianos en los que se verifica la segunda ley de Newton:
2
Inicialmente Newton definió la masa como la cantidad de materia de un cuerpo. “La cantidad de materia es la medida de
la misma originada de su densidad y volumen conjuntamente” (Newton y Rada, 2002)
2
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o
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Para desplazar con el mismo movimiento un carro de la compra lleno se tiene
que empujar con mucha más fuerza que si está vacío.
o
Si un coche y un camión circulan con la misma aceleración, la fuerza
necesaria para detener el camión será mayor que para el coche que tiene
menor masa.

TERCERA LEY: “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria. O
sea, las acciones mutuas de los cuerpos siempre son iguales y dirigidas en
direcciones opuestas” (Newton y Rada, 2002)
Se trata del llamado principio de acción y reacción. Esta ley es fundamental
para
comprender el concepto de fuerza. Establece que las fuerzas se presentan siempre por
parejas de fuerzas iguales y contrarias. Nunca
existe una fuerza única en ninguna
situación. Este principio es válido para todas las fuerzas, variables o constantes,
independientemente de cuál sea su origen y se cumple en todo instante del tiempo
durante el cual se ejercen las fuerzas.
Cada material, sin importar su dureza, es elástico. Esto hace que al ejercer una fuerza
sobre él, éste también lo haga. Por ejemplo, al empujar una pared con las manos se está
haciendo una fuerza sobre ella. Pero la pared está ejerciendo sobre las manos la misma
fuerza en sentido contrario. Esto se manifiesta es que las manos están deformadas e
incluso se puede sentir dolor.
Empleando la tercera ley de Newton es posible entender, por ejemplo, cómo obtiene la
fuerza de sustentación un helicóptero. Las palas del rotor están diseñadas de forma que
al girar fuerzan hacia abajo las partículas del aire (acción), y el aire a su vez fuerza las
palas hacia arriba (reacción). A esta fuerza de reacción se le denomina sustentación.
Este mismo principio es aplicable para las aves, los aviones o los cohetes. Las aves
vuelan empujando el aire hacia abajo. En los aviones a reacción, los motores expulsan
los gases quemados hacia atrás y éstos a su vez impulsan el avión hacia delante.
Por todas partes se observa el cumplimiento de la tercera ley de Newton (un pez empuja
el agua hacia atrás con sus aletas y el agua a su vez empuja al pez hacia delante, las
hélices de los aviones empujan el aire hacia atrás y éste los impulsa hacia delante, etc).
Las fuerzas son interacciones entre cosas diferentes y cada contacto requiere al menos
de una pareja de elementos, no hay forma de que un cuerpo pueda ejercer una fuerza
sobre nada. Las fuerzas siempre ocurren por pares, cada miembro del par es opuesto al
otro y está aplicado sobre cuerpos diferentes.
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Es importante señalar que los sistemas de referencia en los que se cumplen estas leyes
se denominan sistemas de referencia inerciales 3. En estos sistemas el movimiento
descrito por los cuerpos se debe únicamente a las fuerzas reales que actúan sobre él.
Cualquier sistema de referencia que se desplace respecto a otro inercial con velocidad
lineal constante, sigue siendo inercial. Por el contrario, cualquier sistema de referencia
que describa un movimiento acelerado
respecto de otro inercial es un sistema no-
inercial. Para justificar el movimiento según las leyes de Newton respecto de un sistema
no-inercial, además de las fuerzas reales es necesario introducir las fuerzas de inercia o
ficticias (coriolis, etc.).
En sentido estricto, los sistemas inerciales no existen, al menos en un entorno cercano.
De hecho, la Tierra no es un sistema inercial porque gira sobre sí misma, alrededor del
Sol, y a su vez respecto al centro de la Vía Láctea. Sin embargo se considera inercial,
ya que el error que se comete en los problemas que se estudian es despreciable.
Bibliografía:

French, A.P. (1982). Mecánica Newtoniana (MIT Physics course) , Reverté.

Meriam, J.L. (1998). Dinámica, Reverté.

Newton, I. y Rada García, E. (2002). Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, 2.
(Libro II y III). Alianza Editorial.
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http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/dinam1p/dinam1p_1.h
tml
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http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/cinematica/relativotr.htm
http://intercentres.cult.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Sistemas-referencia/sistemas-referencia04.htm
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