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Introducción y Primera Ley de Newton


Fuerza y Movimiento

Desde la antigüedad la relación entre fuerza y movimiento fue objeto de estudio. En el siglo IV
(a. C), el filósofo griego Aristóteles , fundamentándose únicamente en la “observación”, manifestaba que para poner un cuerpo en movimiento, o para mantenerlo en dicho estado una vez iniciado, era necesario que sobre el cuerpo actuara de manera constante una fuerza. Si ésta dejaba de actuar, el cuerpo adquiría su “estado natural”, es decir, el “reposo”.

 

El estado natural de todos los cuerpos es el “reposo”
                                                 Aristóteles

Si se suponen nulas las fuerzas de fricción o roce, puede un cuerpo moverse sin que exista ninguna fuerza aplicada sobre el mismo.
                                                      Galileo

No se preocupó Aristóteles de hacer la comprobación experimental de sus ideas y, debido a su enorme prestigio, las mismas se mantuvieron hasta el siglo XVI, sin que nadie se animara a contradecirlas, ya que tales comportamientos se consideraban como “naturales” y sin ninguna discusión, hasta que surge el físico italiano Galileo Galilei , quien enfrentó el pensamiento aristotélico basado en una serie de razonamientos lógicos.

Galileo, que introduce el método experimental en el estudio de los fenómenos físicos realizó una serie de experimentos que lo llevaron a conclusiones diferentes de las de Aristóteles


Como en el universo todos los objetos están sometidos a interacciones mutuas es muy importante establecer que relación existe entre fuerza y movimiento. El estudio del movimiento tomando en cuenta las fuerzas de interacción entre el objeto que se mueve y los demás objetos que lo rodean recibe el nombre de Dinámica .
La Dinámica comprende tres leyes que generalmente reciben el nombre de Leyes del movimiento de Newton:

  1. Ley de Inercia
  2. Ley de la Fuerza o Ley de la Masa
  3. Ley de Acción y Reacción

 

Aunque estas leyes son llamadas comúnmente Leyes de Newton, por haber sido este físico quien primero las enunció en forma correcta y la aplicó a casos concretos. Debe tenerse presente que el descubridor de la Ley de Inercia fue el físico italiano Galileo Galilei, y la Ley de la Fuerza era conocida por el astrónomo alemán Johannes Kepler.

 

Primera Ley de movimiento 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 (Porque no existe roce).

Primera ley de Newton
En ausencia de la acción de fuerzas (si existen, su resultante es nula), un cuerpo en reposo continuará en reposo, y uno en movimiento se moverá en línea recta y con velocidad constante, es decir Movimiento rectilíneo uniforme (MRU).

Si un cuerpo está en reposo o MRU, 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) entonces las fuerzas que actúan sobre él son diferentes de cero.

En términos matemáticos quiere decir, que si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas y éste permanece en reposo o a velocidad constante, la suma vectorial de las fuerzas es nula, es decir:



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.


En virtud de la descomposición de un vector en sus componentes rectangulares, se puede escribir:

y se conoce con el nombre de ecuaciones de equilibrio de traslación (Primera condición).
Lo anterior significa que para un cuerpo esté en reposo o en MRU, las sumas de las fuerzas en las que han descompuesto individualmente en el eje X y en el eje Y, respectivamente, son nulas.


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.


La inercia de la materia en “estado de movimiento” es más difícil de comprender, pues si a un objeto en estado de reposo se le da un impulso inicial de tal manera que adquiera cierta velocidad, ésta disminuye progresivamente hasta que finalmente el objeto se detiene. Sin embargo, lo que ocurre es que el objeto que se mueve interactúa con los demás objetos que lo rodean, por lo que se encuentra constantemente sometidos a fuerzas exteriores que se oponen al movimiento, tales como el roce y la resistencia del aire.

Esto demuestra que todos los cuerpos que están en movimiento tienden a seguir en movimiento; los cuerpos que están en reposo, tienden a seguir en reposo. Esta es la primera Ley de Newton , que se enuncia así: “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”.



Esta condición equivale a admitir que el objeto no interactúa con ninguno de los objetos que lo rodean, lo cual es una condición que no se da en realidad, pues todos los objetos están sometidos a interacciones mutuas. Por consiguiente, sobre un objeto en reposo o en movimiento están actuando constantemente fuerzas exteriores. Sin embargo, si en un momento dado todas las fuerzas que actúan sobre el objeto se equilibran, la fuerza resultante que actúa sobre el objeto es nula, lo cual equivale a la condición exigida por la Primera Ley de Newton.


Un objeto permanece en reposo o se mueve indefinidamente con velocidad constante, cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto se equilibran, dando una resultante nula.


Aunque Galileo fue quien introdujo el concepto de inercia, fue Newton quien valoró su importancia. La ley de la inercia define el movimiento natural e indica que clases de movimiento son el resultado de las fuerzas aplicadas.


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.


Todo cuerpo posee inercia. Depende de la cantidad de materia en la sustancia de un cuerpo; a mayor cantidad de materia, mayor inercia. Al hablar de cuánta materia tiene un cuerpo, se emplea el término masa. La masa es una medida de la inercia de un cuerpo.

La masa guarda una correspondencia con la noción intuitiva del peso.
¿Cómo determinar cuál de dos cuerpos es el más pesado?

Al hacerlo, se juzga cuál de los dos es más difícil de mover, para apreciar cuál opone más resistencia a un cambio en su movimiento. Lo que realmente se hace con ello es comparar la inercia de los objetos.


Ejemplos donde se pone de manifiesto la Ley de Inercia: Cuando un caballo se detiene de repente con toda seguridad el jinete seguirá moviéndose y se caerá si no se agarra con fuerza .

Un ejemplo de inercia es cuando vas en la moto con tu compañero(a) y frenas bruscamente; entonces el cuerpo de tu compañero(a) tiende a irse hacia adelante. Por el contrario, cuando el vehículo arranca el o ella se va hacia atrás.




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.

 

 
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