Por Der Lehrer
Tres leyes, muchos casos
Estamos hablando de un tópico de importancia verdaderamente trascendental para llegar a la comprensión de las leyes básicas de nuestro entorno físico. Es por esta razón que verás este tema abordado en más de un módulo de nuples, y conocerás sus consecuencias e implicaciones en otros más donde se entralazan temas del área natural y social. Se trata de tres principios fundamentales que rigen la mecánica de prácticamente todos los cuerpos del mundo físico, desde los objetos más pequeños hasta las colosales masas del Sistema Solar.
Primera Ley: Ley de la inercia
Es decir que todo objeto de nuestro mundo físico se conservará de modo indefinido en situación de quietud o de movilidad con ausencia de aceleración, siempre y cuando no se le llegue a aplicar una fuerza externa. Un plato sobre una mesa, por ejemplo, yacerà ahí hasta el final de los tiempos, a menos que alguien o cierto fenómeno natural aplique una fuerza sobre él y lo mueva. Y un balón que ha sido impulsado con el pie tiende a seguir para siempre una trayectoria en línea recta. Si no ocurre así es debido a que sobre él se están ejerciendo algunas fuerzas como la gravitatoria y la fricción. Esta propiedad física de todos los cuerpos a mantener su estado de equilibrio en tanto la resultante de las fuerzas actuantes sea igual a cero, recibe el nombre de inercia, y se puede considerar como un tipo de resistencia al cambio.
Otros casos:
Cuando subes a tu auto, te sientas y lo arrancas llegas a sentir por un instante que tu cuerpo se pega al asiento. Esto se explica por el hecho de que la inercia tiende a conservar tu estado inicial de reposo.
Una vez en movimiento, si acaso sucede que debas frenar bruscamente ante un obstáculo o la luz roja de un semáforo, tu cuerpo se verá entonces impulsado hacia adelante. Aquí también se trata de la inercia, que ahora intenta continuar con tu estado de movimiento.
En ambas situaciones ha sido también necesaria la actuación de fuerzas externas, arranque en el primero y frenado en el segundo, para obligar a tu cuerpo al cambio de estado. Esto corrobora la validez de esta primera ley newtoniana.
Segunda Ley: Ley de la fuerza
Este segundo principio contempla la presencia de fuerzas que al actuar sobre los cuerpos provocan en ellos movimientos con aceleración.
Se puede formular así:
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa.
Esta ley se expresa matemáticamente con la fórmula:
F= ma , o también: a= F/m
La unidad internacional de fuerza es el newton (N), la cual equivale al esfuerzo necesario para producir en un cuerpo de un kilogramo una aceleración de 1 m/s^2
Entendemos la aceleración como un incremento de la velocidad de un cuerpo con respecto al tiempo.
En términos simples: Si tú aplicas una fuerza sobre un objeto le produces una aceleración, la cual será cada vez mayor cuanto más fuerza apliques, y en cambio dicha aceleración disminuirá en tanto mayor sea la masa del cuerpo sobre la cual imprimes tu fuerza, si se mantiene la fuerza constante.
Del lado izquierdo de la imagen, puedes apreciar perfectamente cómo el chico aplica una fuerza para la cual la aceleración disminuye sensiblemente, al tenerse un aumento considerable de la masa del cuerpo "empujado". Mientras que en la parte derecha tenemos un aumento significativo de la aceleración por aplicación de una gran fuerza a un cuerpo de masa relativamente más pequeña.
Recuerda: a mayor fuerza aplicada en un cuerpo, mayor aceleración en él; y a mayor masa del cuerpo, menor aceleración.
¿Es lo mismo la masa que el peso?
Hablando en los términos estrictos de la física, la respuesta es no. Y es precisamente la Segunda Ley newtoniana la que nos aclara este punto.
Cuando una persona dice que "pesa 80 kilogramos", en realidad está expresando que posee una masa corporal que se puede cuantificar en esa escala. Pero el concepto propiamente científico de "peso" es otra realidad. Veamos.
En primer lugar entenderemos por masa la cantidad de materia presente en un cuerpo, y por peso la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos situados sobre su superficie. La masa de un objeto se expresa en kilogramos, y es una magnitud escalar; mientras que el peso al ser una fuerza se mide en newtons y es una magnitud vectorial. Además, el peso varía considerablemente según el punto geográfico donde se cuantifique:una persona en la cima del monte Everest (montaña más alta del planeta) se encontrará menos sujeta al influjo de la fuerza de atracción gravitatoria que otra que se hallase a nivel del mar, por lo que el peso de la primera sería menor que el de la segunda. Se estima entonces que la masa es un valor constante, mientras el peso está determinado por la fuerza de gravedad: un individuo puede tener la misma cantidad de masa aquí en nuestro mundo: pero si viajara a la Luna al ser inferior la gravedad en nuestro satélite que en la Tierra, su peso también sería menor ahí que en nuestro planeta... y si simplemente anduviese vagando por el espacio, donde no hay campos gravitatorios.. su peso ¡sería nulo!
Así que si reconocemos ya que el peso es una fuerza que se ejerce sobre los objetos terrestres con masa , y si también identificamos que todo cuerpo bajo la influencia del campo gravitatorio de nuestro mundo sufre una aceleración que científicamente se ha medido y denominado como aceleración gravitatoria ( su valor aproximado al nivel del mar es de g= 9.8 m/s^2), no tenemos más que aplicar la Segunda Ley de Newton para encontrar la expresión matemática del peso:
F= ma, en el caso que nos ocupa la fuerza en cuestión es el peso (P), la aceleración de la gravedad g, y m, la masa del cuerpo.
Sustituyendo en la fórmula: P= mg
Es decir, que si se desea determinar el peso de un cuerpo, en newtons, solo debemos multiplicar su masa por la aceleración de la gravedad (unos 10 m/s^2, aproximadamente).
Así, una persona con una masa de unos 80 kg tendrá un peso estimado de unos 800 N.
Tercera Ley: Ley de la acción y de la reacción
Esta tercera y última ley se puede enunciar así:
A toda fuerza de acción ejercida sobre un cuerpo, corresponde otra de reacción, igual en magnitud pero de sentido contrario.
De este principio se desprende que no hay ninguna fuerza que puedas concebir en el universo, que al aplicarse sobre un objeto no cuente con su réplica correspondiente. En otros términos: no existe una fuerza de efecto único, las fuerzas se dan siempre por pares: la fuerza de acción, y su efecto correspondiente, la fuerza de reacción.
Cuando se dispara una pistola, por ejemplo, la bala sale impulsada hacia adelante por la fuerza de acción, y simultáneamente el tirador sentirá la fuerza de reacción propia hacia atrás. Y un cohete espacial despegará gracias al hecho de que la fuerza de acción hacia abajo tiene su contrapeso en la de reacción que lo impulsa hacia arriba.
