Si bien los principios de movimiento de Newton pueden parecernos simples ahora, fueron revolucionarios hace siglos. Las leyes del movimiento explican cómo se comportan las cosas cuando están estacionarias, en movimiento o bajo la influencia de fuerzas. Las leyes del movimiento de Newton se describen en esta página, junto con una sinopsis de lo que significan.
Las leyes del movimiento definen la conexión entre un cuerpo y las fuerzas que actúan sobre él, así como el movimiento del cuerpo en respuesta a esas fuerzas. Para ser más explícito, la primera regla del movimiento describe cualitativamente la fuerza, la segunda ley del movimiento cuantifica la fuerza y la tercera regla del movimiento afirma que no existe tal cosa como una única fuerza aislada.
Primera ley de movimiento de Newton
La primera ley de Newton dice que un cuerpo en reposo o en movimiento uniforme permanecerá en reposo o en movimiento uniforme hasta que esté sujeto a una fuerza externa neta.
La ley de inercia de Galileo es otro nombre para la Primera Ley del Movimiento de Newton. A menos que una fuerza externa lo impulse a cambiar su condición, un cuerpo permanece en su condición de reposo o movimiento uniforme a lo largo de una línea recta. La fuerza se define en la ley como un factor que puede modificar la condición de un elemento.
La inercia es una cualidad de un cuerpo que le impide cambiar de estado. La inercia del movimiento de traslación se mide por la masa de un cuerpo.
A un cuerpo de mayor masa le cuesta más cambiar su condición de reposo o de movimiento uniforme, y viceversa.
- La masa de un cuerpo es una medida numérica o cuantitativa de su inercia.
- Cuanto mayor es la inercia de un cuerpo, mayor es su masa.
La primera ley del movimiento de Newton
La Primera Ley del movimiento depende de tres condiciones:
1. Inercia de reposo: un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Ejemplos:
- El jinete cae hacia atrás cuando un caballo arranca de repente.
- Los mangos caen de las ramas de los árboles de mango cuando los sacudimos.
- Cuando se golpea una manta con un palo, las partículas de polvo se caen.
- Los pasajeros a bordo de un autobús o tren tienden a retroceder cuando el vehículo arranca rápidamente.
- Se coloca una moneda sobre un cartón, que luego se coloca sobre un vaso de modo que la moneda quede por encima de la boca del vaso. La moneda cae ahora en el cubilete si se quita el cartón con un movimiento brusco.
2. Inercia de movimiento: un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Ejemplos:
- Un jugador de bolos corre la pelota antes de lanzarla, por lo que la velocidad de la carrera se suma a la velocidad de la pelota en el momento del lanzamiento.
- Los pasajeros de un autobús o tren se inclinan hacia adelante cuando se detiene bruscamente.
- Un atleta corre una distancia específica antes de intentar un salto de longitud porque la velocidad ganada mientras corre se suma a la velocidad del atleta en el momento del salto, lo que le permite saltar más lejos.
- Una pelota lanzada hacia arriba por un pasajero a bordo de un tren en movimiento caerá de acuerdo con la velocidad del tren.
- Cuando una persona salta de un tren en movimiento, puede caer hacia adelante.
3. Inercia de dirección: un cuerpo no puede cambiar la dirección de su movimiento por sí solo.
Ejemplos:
- Las chispas que se crean cuando se frota un cuchillo contra una piedra de moler se mueven en una dirección tangencial.
- El lodo es escupido por las ruedas giratorias del vehículo, pero los guardabarros instalados sobre las ruedas evitan que el lodo se esparza.
- Cuando un automóvil en línea recta hace un giro rápido, el ocupante siente una fuerza que se irradia hacia el exterior.
¿Qué es una fuerza externa?
Una fuerza se define como el empuje o tracción que afecta o tiende a modificar la condición de reposo o movimiento uniforme (velocidad constante) de un cuerpo, según la primera ley de movimiento de Newton.
Una fuerza externa es aquella que se origina en el exterior de un elemento en lugar de una que se origina en su interior. La fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna, por ejemplo, es una fuerza externa sobre la Luna.
La fuerza de gravedad ejercida por el núcleo interno de la luna sobre su corteza exterior, por otro lado, es una fuerza interna en la luna. Las fuerzas internas dentro de un objeto no pueden alterar el movimiento general del elemento.
Efectos de la fuerza resultante:
- Tiene el potencial de alterar la dirección del movimiento.
- Tiene el potencial de alterar la velocidad del cuerpo.
- Tiene la capacidad de modificar la dirección y la velocidad del movimiento.
- Tiene la capacidad de iniciar o detener el movimiento en un cuerpo estacionario.
- Tiene el potencial de alterar el tamaño y/o la forma del cuerpo.
Ejemplos de la primera ley del movimiento de Newton en la vida diaria
Algunos ejemplos de la vida diaria son los siguientes:
- Supongamos que estamos a bordo de un autobús que no se mueve. Sentiremos una sacudida en la dirección hacia atrás si comienza a moverse repentinamente. Debido a que nuestro cuerpo está en contacto con el asiento del autobús y se mueve con el movimiento del autobús, pero la mitad superior de nuestro cuerpo permanece en reposo debido a la inercia, experimentamos una sacudida en dirección hacia atrás.
- Un libro sobre una mesa no puede cambiar de posición hasta que se le aplica una fuerza.
- Si empujamos una pelota al suelo, debería seguir moviéndose de forma constante eternamente, pero se detiene después de haber recorrido cierta distancia. Tan pronto como la pelota comienza a moverse, se crea una fuerza (fuerza de fricción) que resiste el movimiento de la pelota.
- En una tarjeta, se coloca una pequeña moneda sobre un vaso. El centavo cae en el vaso cuando la tarjeta se aparta con el dedo.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Por qué los objetos se ralentizan?
Solución:
Se pensaba que la ralentización de los elementos era una característica inherente de las cosas anteriores a Newton y Galileo. La fricción y la gravedad eran fuerzas desconocidas en ese momento. La fuerza de fricción resiste el movimiento de un objeto, lo que hace que pierda energía y, por lo tanto, disminuya la velocidad.
Cuando vemos un coche de juguete que se desplaza sobre una superficie de hormigón, por ejemplo, la velocidad del automóvil se rige por la fricción entre la carretera y las ruedas del vehículo. La rueda encontrará poca resistencia cuando el automóvil de juguete se conduce sobre una superficie lisa. Esto creará un obstáculo de fricción, lo que permitirá que el automóvil acelere en toda la superficie de la loseta.
Esto está en marcado contraste con cuando un vehículo de juguete está conduciendo en un terreno resbaladizo lleno de grava. La idea de cambio en la condición de reposo o movimiento está definida por la primera ley del movimiento de Newton.
Problema 2: ¿Cuál es la primera ley de movimiento de Newton?
Solución:
La primera ley del movimiento de Newton establece que un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Problema 3: ¿Qué es el movimiento?
Solución:
El cambio de posición de un cuerpo/objeto con respecto al tiempo se conoce como movimiento. La distancia, el desplazamiento, la rapidez, la velocidad y la aceleración son las características utilizadas para caracterizar el movimiento.
Problema 4: ¿Qué entiendes por fuerza?
Solución:
Una fuerza se define como el empuje o tracción que afecta o tiende a modificar la condición de reposo o movimiento uniforme (velocidad constante) de un cuerpo, según la primera ley de movimiento de Newton.
Problema 5: ¿Qué es la inercia?
Solución:
Una característica de la materia que le permite permanecer en su estado actual de reposo o movimiento uniforme en línea recta hasta que es interrumpida por una fuerza externa se llama inercia.