Isaac Newton 

Nació en Woolsthorpe, Lincolnshire, 1642 y murió en Londres, 1727. Científico inglés. Fundador de la física clásica, que mantendría plena vigencia hasta los tiempos de Einstein, la obra de Newton representa la culminación de la revolución científica iniciada un siglo antes por Copérnico. En sus Principios matemáticos de la filosofía natural (1687) estableció las tres leyes fundamentales del movimiento y dedujo de ellas la cuarta ley o ley de gravitación universal, que explicaba con total exactitud las órbitas de los planetas, logrando así la unificación de la mecánica terrestre y celeste.

Tras su graduación en 1665, Isaac Newton se orientó hacia la investigación en física y matemáticas, con tal acierto que a los 29 años ya había formulado teorías que señalarían el camino de la ciencia moderna hasta el siglo XX; por entonces había ya obtenido una cátedra en su universidad (1669). Protagonista fundamental de la Revolución científica de los siglos XVI y XVII y padre de la mecánica clásica, Newton siempre fue remiso a dar publicidad a sus descubrimientos, razón por la que muchos de ellos se conocieron con años de retraso. Newton coincidió con Leibniz en el descubrimiento del cálculo integral, que contribuiría a una profunda renovación de las matemáticas; también formuló el teorema del binomio (binomio de Newton).

Las aportaciones esenciales de Isaac Newton se produjeron en el terreno de la física. Sus primeras investigaciones giraron en torno a la óptica: explicando la composición de la luz blanca como mezcla de los colores del arco iris, formuló una teoría sobre la naturaleza corpuscular de la luz y diseñó en 1668 el primer telescopio de reflector, del tipo de los que se usan actualmente en la mayoría de los observatorios astronómicos; más tarde recogió su visión de esta materia en la obra Óptica (1703). También trabajó en otras áreas, como la termodinámica y la acústica.

Primera Ley de Newton 

Ley de Inercia

Newton complementó los trabajos realizados por Galileo en lo referente a la relación entre fuerza y movimiento. Galileo trabajó sobre el movimiento que realizaban los cuerpos en una superficie horizontal, una vez se les daba cierto impulso. Newton repitió dichos experimentos y descubre que cuanto más lisas son las superficies, tanto más lejos se deslizará el cuerpo antes de llegar al reposo ( V = 0), una vez que se hubiese dado el mismo impulso. O sea, cuanto más lisas son las dos superficie en contacto tanto menos se desacelera el objeto y tanto más débil es la fuerza de fricción que actúa sobre él.

La primera ley de Newton o Principio de Inercia de Galileo como también se le conoce es un enunciado de un experimento idealizado, esto es, porque no existe roce. 

Si un cuerpo está en reposo o MRU (Movimiento rectilíneo uniforme), su aceleración es nula. Esta ley indica que si la fuerza resultante es nula o en ausencia de fuerzas que se ejercen sobre el cuerpo, éste no podrá acelerar.

O también, si un cuerpo se acelera, no está en reposo ni a velocidad constante en línea recta, esto quiere decir que, las fuerzas que actúan sobre él son diferentes de cero.

Las situaciones de reposo y velocidad constante físicamente son equivalentes y en ambas situaciones se dice que la partícula está en equilibrio, es decir, una partícula está en equilibrio cuando se encuentra en una de estas dos condiciones, o está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Esto quiere decir que la fuerza resultante de varias fuerzas que actúan sobre una partícula es nula, todo ocurrirá como si no existiera ninguna fuerza actuando sobre ella.

Si está en reposo, continúa en ese estado. Si se está moviendo, continúa haciéndolo sin cambiar de dirección ni de rapidez. La ley establece que un cuerpo no se acelera por si mismo; la aceleración debe ser impuesta contra la tendencia de un cuerpo a conservar su estado de movimiento. La tendencia de un cuerpo a oponerse a un cambio en su movimiento, es lo que Galileo denominó Inercia.

 

La inercia de la materia en “estado de reposo” es evidente, pues un objeto en estado de reposo respecto a un marco de referencia, no puede ponerse por si mismo en estado de movimiento.

Primera Ley de Newton , “Todo cuerpo permanece en reposo o se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme, siempre que no actúe sobre él una fuerza exterior que cambie su estado”.

Si piensa en todo lo que hace diariamente, no es difícil entender que para mover un cuerpo debe aplicar una fuerza, y para detenerlo, también. La inercia es la resistencia de un cuerpo en reposo al movimiento, o de un cuerpo en movimiento a la aceleración, al retardo en su desplazamiento o a un cambio de dirección del mismo. Para vencer la inercia debe aplicarse una fuerza.

Algo muy importante acerca de esta primera ley de Newton es lo relativo a los sistemas de referencias.Un cuerpo en reposo sólo estará en reposo en ciertos sistemas de referencia. En otros se estará moviendo. En ciertos sistemas se estará moviendo a velocidad constante, mientras que en otros se acelerará.

La primera ley de Newton no se cumple en todos los sistemas de referencia. Para que ésta sea válida el movimiento del objeto debe ser referido a un sistema muy especial, llamado sistema  inercial.

Una de las propiedades de un sistema inercial es que los cuerpos que están en reposo, con respecto a este sistema, no sufren ninguna acción de fuerzas.

Segunda Ley de Newton 

Ley de la Fuerza 

En un comienzo, Newton definió la masa como la cantidad de materia de un cuerpo. Sin embargo, con el tiempo, esto quedó mejor explicado como la medida de la inercia de un cuerpo ; es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su estado. Es importante tener claro que a mayor masa, mayor inercia. Esto no tiene nada que ver con el peso, por el contrario, el peso se refiere a la fuerza de gravedad sobre un cuerpo y es igual al producto de su masa y la aceleración de gravedad. 

El peso variará dependiendo del lugar donde se encuentre, mientras que la masa será siempre constante aunque cambie su forma. 

La inercia en Física designa a la incapacidad de los cuerpos para salir del estado de reposo o de movimiento o variar las condiciones de ese movimiento, en forma independiente de una fuerza exterior.

Una fuerza, es un empuje o una tracción. Su fuente u origen puede ser gravitacional, eléctrico, magnético o simplemente esfuerzo muscular. En la segunda ley, Newton da una idea más precisa de fuerza relacionada con la aceleración que produce. Establece en efecto que fuerza es cualquier cosa que pueda acelerar un cuerpo. Además, dice que una mayor fuerza produce mayor aceleración. Para un cuerpo dado, el doble de la fuerza da por resultado el doble de la aceleración; el triple de la fuerza, el triple de aceleración, y así sucesivamente. La aceleración es directamente proporcional a la fuerza.  La masa del cuerpo tiene el efecto opuesto. A mayor masa del cuerpo, menor aceleración. Para la misma fuerza, el doble de la masa da por resultado la mitad de su aceleración; el triple de la masa, un tercio de la aceleración. Incrementando la masa decrece la aceleración. La aceleración de un cuerpo depende entonces tanto de la magnitud de la fuerza neta como de la masa del cuerpo. Fuerza Neta  La segunda ley de Newton relaciona la aceleración de un cuerpo con la fuerza neta y se considera cuando se ejerce más de una fuerza sobre un cuerpo. Cuando se aplica fuerza a un objeto en la misma dirección o en direcciones opuestas, se encuentra que la aceleración del objeto es proporcional a la suma algebraica de las fuerzas. Si las fuerzas están en la misma dirección, simplemente se suman, si están en direcciones opuestas se restan.

Fricción o Roce

Siempre que se aplica una fuerza a un objeto, la fuerza neta es por lo general menor que la fuerza aplicada. Esto se debe a la fricción. La fricción es el resultado del contacto mutuo de las irregularidades en las superficies de objetos deslizantes. Las irregularidades restringen el movimiento. Incluso las superficies que parecen ser muy lisas presentan áreas irregulares cuando se les observa al microscopio. Los átomos se “enganchan” entre sí en muchos puntos de contacto.

Conforme se inicia el deslizamiento, los átomos se desprenden de una superficie y quedan adheridos a la otra. La dirección de la fuerza de fricción siempre es opuesta a la del movimiento. Así, pues para que un objeto se mueva velocidad constante, se debe aplicar una fuerza igual a la de fricción que se opone. Las dos fuerzas se cancelarán exactamente la una a la otra. Se dice que la fuerza neta es cero; en consecuencia la aceleración es cero. 

¿Qué significa aceleración cero? Que el objeto conservará la velocidad si es que la tiene, sin incrementarla ni reducirla ni cambiar de dirección.

Leyes de Newton y caída de los cuerpos

Galileo no dijo por qué caen los cuerpos con la misma aceleración. La segunda ley de Newton explica esto. Un cuerpo que cae se acelera hacia la Tierra a causa de la Fuerza gravitacional de atracción entre ambos. La fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo se denomina peso del cuerpo. Cuando ésta es la única fuerza que actúa sobre un cuerpo se dice que el cuerpo se encuentra en un estado de caída libre.

Lo importante que se debe tener presente es la idea de fuerza neta. En el vacío o en casos en los que se puede despreciar la resistencia del aire, la fuerza neta es el peso, pues es la única fuerza que actúa sobre el objeto que cae. No obstante, cuando el efecto de la resistencia del aire es considerable la fuerza neta es la diferencia entre el peso y la fuerza de la resistencia del aire (R).

Tercera Ley de Newton

La Tercera ley de Newton, también conocida como Principio de acción y reacción, establece que: 


Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero.  Con frecuencia se enuncia como "A cada acción siempre se opone una reacción igual".  En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos.

Los conocimientos sobre interacciones entre cuerpos son una buena base para estudiar la tercera ley de Newton. La acción de una fuerza sobre un cuerpo no se puede manifestar sin que haya otro cuerpo que la provoque. De esto se deduce que del resultado de una interacción aparecen dos fuerzas, es decir, que las fuerzas se presentan por pares, lo que hace imposible la existencia de una sola fuerza en la naturaleza.
La acción de un objeto sobre otro está siempre acompañada por una reacción del segundo cuerpo sobre el primero. La tercera ley de Newton
indica claramente como se relaciona las fuerzas
en una interacción.


La tercera Ley del Movimiento de Newton es el principio de acción y reacción . Este postula que a cada acción corresponde una reacción igual y contraria. Es decir, si un cuerpo A ejerce una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B reacciona y ejerce una fuerza igual y contraria sobre el cuerpo A.
Los cohetes funcionan en base al mismo principio, ya que se aceleran al ejercer una gran fuerza sobre los gases que expulsan. Estos gases ejercen una fuerza igual y opuesta sobre el cohete, lo que finalmente lo hace avanzar.



Cada material, sin importar cuán duro sea, es elástico. Esto hace que al ejercer una fuerza sobre él, este también lo haga.

Una fuerza es una interacción entre una cosa y otra.  Una carreta se acelera cuando se tira de ella. Un martillo golpea una estaca y la hunde en el suelo. Un cuerpo interactúa con otro. ¿Cuál ejerce la fuerza y cual la recibe? La respuesta de Newton a esto es que ninguna de las fuerzas tienen que identificarse como “las que ejerce” o “las que recibe”; él creía que la naturaleza era simétrica y concluyó que ambos cuerpos se les debe tratar por igual. En el caso del martillo este ejerce una fuerza sobre la estaca, pero se le lleva al reposo en el proceso. La misma fuerza que impulsa a la estaca es la que desacelera al martillo. Tales observaciones condujeron a Newton a su tercera ley, la ley de la acción y la reacción.

Tercera ley de Newton Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este ejerce una fuerza igual y en sentido opuesto sobre el primero.

La tercera ley de Newton se establece a menudo como sigue: “ A toda acción siempre se opone una reacción igual.” Es importante insistir que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes cuerpos. Nunca actúan sobre el mismo cuerpo.
Las fuerzas de acción y reacción constituyen un par de fuerzas. Las fuerzas siempre ocurren en pares. Nunca existe una fuerza única en ninguna situación.

Aunque las leyes de Newton son la base para el estudio de la Dinámica, presenta ciertas Limitaciones que es importante conocerlas.

Limitaciones de las leyes de Newton

Las leyes de Newton son valederas en los sistemas de referencias inerciales. Las leyes básicas propuestas por Newton tuvieron gran importancia, ya que coronaron con éxito el estudio de un gran número de fenómenos. A sus leyes mecánicas generales, válidas para todos los efectos de la fuerza mecánica, Newton añadió la ley de gravitación que predecía el comportamiento de los planetas y sus satélites.

Ya para finales del siglo XIX, los científicos comenzaron a encontrar algunas cosas que no se podían describir adecuadamente por medio de las leyes de Newton.

 Es decir, la mecánica clásica, también llamada "Mecánica newtoniana" al ser ampliada para la explicación de ciertos cuerpos en movimiento, proporcionaba resultados que no concordaban con las observaciones experimentales. 

Se comprobó que esto sucedía siempre que los cuerpos se movían a velocidades muy grandes. Por lo tanto para velocidades bastante menores a la velocidad de la luz (300000Km/seg), las leyes de Newton no tienen problemas, tales como para describir el movimiento de un avión, la caída de los cuerpos sobre la superficie terrestre, inclusive para describir o predecir el comportamiento de órbitas planetarias o satélites artificiales. Pero en la actualidad se conocen que existen partículas atómicas como, los electrones, protones, entre otros, que llegan alcanzar hasta un 99% de la velocidad de la luz. 

En estos casos la mecánica clásica resulta inadecuada para describir el comportamiento de una partícula. Surge de esta manera la Mecánica relativista para explicar lo que con la mecánica clásica era imposible, le tocó a otro gran genio, Albert Einstein, con su teoría de la relatividad, dar solución a los problemas surgidos con las partículas de altas velocidades.