Los principios de la dinámica: las leyes de Newton

Los principios de la dinámica: las leyes de Newton

La dinámica es la parte de la física que estudia la relación entre fuerzas y movimientos. Se basa en las tres leyes de Newton. 

El principio de inercia o primera ley de Newton

Newton se basó en las observaciones y trabajos de Galileo para enunciar la llamada ley de la inercia o primera ley de Newton:

Si sobre un cuerpo no se ejerce ninguna fuerza neta, entonces el cuerpo o bien permanece en reposo o bien se mueve con un movimiento rectilíneo uniforme.

La comprobación de que un cuerpo que está en reposo permanece en reposo en ausencia de fuerzas es evidente. Es mucho más difícil comprender que un cuerpo en movimiento, si no actúan fuerzas sobre él, permanece siempre en movimiento manteniendo su velocidad y su trayectoria, o lo que es lo mismo, con un movimiento rectilíneo y uniforme. No hay que olvidar que a nuestro alrededor se presentan casi siempre dos fuerzas: la de rozamiento (contra el aire y contra el suelo) y la de gravedad (peso).

El principio de acción de fuerzas o segunda ley de Newton

Cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, este sufre los efectos. Una fuerza puede poner en movimiento un cuerpo que inicialmente se encontraba en reposo, detener un cuerpo inicialmente en movimiento, hacer que aumente o disminuya la velocidad con la que se desplaza, o simplemente deformarlo.

Además, cuando el valor de la fuerza aumenta, el efecto aumenta también; por otra parte, una misma fuerza puede producir efectos diferentes.

Todos estos hechos llevaron a Newton a formular su segunda ley de la dinámica o segunda ley de Newton:

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, F, se produce una aceleración, a, de modo que ambas magnitudes son directamente proporcionales. La constante de proporcionalidad es la masa, m, del cuerpo. O sea:

F = m · a

Esta fórmula se llama ecuación fundamental de la dinámica. Se trata, en realidad, de una ecuación vectorial, por lo que debe escribirse así:

F → = m . a →

Observemos que los vectores F → y a → tienen la misma dirección y sentido.

Si sobre un cuerpo actuara más de una fuerza, el primer miembro de la ecuación anterior representaría la resultante de todas ellas, así que:

Σ F → = m · a →

(El simbolo Σ se llama sumatorio, y se utiliza para indicar que debe realizarse una suma; en este caso, de todas las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo.)

Para utilizar estas formulas correctamente debemos medir la fuerza en newtons, la masa en kg y la aceleracion en m/s².

El principio de acción y reacción o tercera ley de Newton

La tercera ley de Newton nos indica que las fuerzas siempre aparecen en pareja. Cuando un cuerpo A ejerce sobre otro cuerpo B una cierta fuerza (acción), el B ejerce también sobre el A una fuerza igual y de sentido contrario (reacción). Las fuerzas aparecen por parejas (interacción).

Llamando F A B → a la fuerza que ejerce un cuerpo A sobre un cuerpo B y F B A → a la fuerza que B ejerce sobre A, queda, pues:

F A B → = - F B A →

El signo menos indica que las fuerzas tienen sentidos opuestos.

Además, estas fuerzas están aplicadas sobre cuerpos diferentes, por lo que no se anulan entre sí.