Primera ley de Newton o ley de la inercia
Todo cuerpo continúa en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en una línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas aplicadas sobre él
El movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero A sentado un tren, otro pasajero B también sentado esta en reposo, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, tanto el pasajero A como el B se están moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.
La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que se está estudiando se pueda tratar como si se estuviera en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.
Ejemplo
Un buen ejemplo en el que se aprecia esta fuerza, es cuando un ómnibus se detiene de manera brusca, si las personas en el ómnibus no se encuentran sujetas continuarán su movimiento rectilíneo (se desplazarán hacia adelante), si por el contrario el ómnibus esta detenido y comienza a moverse bruscamente la tendencia será a mantener el estado de reposo (se desplazarán hacia atrás)
Segunda ley de Newton o ley de fuerza
La fuerza define la dirección en que el cuerpo se pone en movimiento o cambia dicho movimiento. Ambas, fuerza y masa, determinan la rapidez con que el cuerpo cambia su reposo o movimiento: cuanto mayor sea la fuerza aplicada y menor la masa del cuerpo, mayor será dicha rapidez.
Esta ley se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. En términos matemáticos se expresa mediante la relación:
F = m • a
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
→ →
F = m • a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea,
1 N = 1 Kg • 1 m/s2
La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m • a.
Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa. Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:
p = m • v
La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una magnitud vectorial y, en el
Sistema Internacional se mide en Kg
•m/s . En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:
La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,
F = dp/dt
De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante
Tercera ley de Newton o ley de acción y reacción
Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro B, entonces, el cuerpo B ejercerá una fuerza sobre el A, de igual valor; pero en sentido contrario.
Matemáticamente la tercera ley del movimiento de Newton suele expresarse como sigue:
F1 = F2'
donde F1 es la fuerza que actúa sobre el cuerpo 1 y F2' es la fuerza reactiva que actúa sobre el cuerpo 2
Ejemplo
Cuando en una piscina un bañista A empuja a otro bañista B, ambos se desplazan en sentido contrario aunque este último no haga el intento de empujar al primero. Esto se debe a la reacción que el bañista B hace sobre el bañista A.
Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley es decir aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.
