¿Cuáles son las Leyes del Movimiento de Newton?

1. Un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto en movimiento permanece en movimiento a velocidad constante y en línea recta a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada.
2. La aceleración de un objeto depende de la masa del objeto y la cantidad de fuerza aplicada.
3. Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero.

Sir Isaac Newton trabajó en muchas áreas de las matemáticas y la física. Desarrolló las teorías de la gravitación en 1666 cuando tenía solo 23 años. En 1686, presentó sus tres leyes del movimiento en la «Principia Mathematica Philosophiae Naturalis».»

Al desarrollar sus tres leyes del movimiento, Newton revolucionó la ciencia. Las leyes de Newton junto con las Leyes de Kepler explicaron por qué los planetas se mueven en órbitas elípticas en lugar de en círculos.

A continuación se muestra una película corta con Orville y Wilbur Wright y una discusión sobre cómo las Leyes de Movimiento de Newton se aplicaban al vuelo de sus aviones.

Primera Ley de Newton: Inercia

Un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto en movimiento permanece en movimiento a velocidad constante y en línea recta a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada.

La primera ley de Newton establece que cada objeto permanecerá en reposo o en movimiento uniforme en una línea recta a menos que se vea obligado a cambiar su estado por la acción de una fuerza externa. Esta tendencia a resistir los cambios en un estado de movimiento es inercia. No hay fuerza neta que actúe sobre un objeto (si todas las fuerzas externas se anulan entre sí). Entonces el objeto mantendrá una velocidad constante. Si esa velocidad es cero, entonces el objeto permanece en reposo. Si una fuerza externa actúa sobre un objeto, la velocidad cambiará debido a la fuerza.

Ejemplos de inercia con aerodinámica:

• El movimiento de un avión cuando un piloto cambia la configuración del acelerador de un motor.
• El movimiento de una bola cayendo a través de la atmósfera.
• Un modelo de cohete lanzado a la atmósfera.
• El movimiento de una cometa cuando cambia el viento.

Segunda Ley de Newton: Fuerza

La aceleración de un objeto depende de la masa del objeto y de la cantidad de fuerza aplicada.

Su segunda ley define una fuerza como igual al cambio en el momento (masa por velocidad) por cambio en el tiempo. El momento se define como la masa m de un objeto por su velocidad V.

Supongamos que tenemos un avión en un punto «0» definido por su ubicación X0 y tiempo t0. El avión tiene una masa m0 y viaja a velocidad V0. Una fuerza externa F al avión mostrado arriba lo mueve al punto «1». La nueva ubicación del avión es X1 y time t1.

La masa y la velocidad del avión cambian durante el vuelo a los valores m1 y V1. La segunda ley de Newton puede ayudarnos a determinar los nuevos valores de V1 y m1, si sabemos cuán grande es la fuerza F. Veamos sólo la diferencia entre las condiciones en el punto «1» y las condiciones en el punto «0».

F = (m1 * V1-m0 * V0) / (t1 – t0)

La segunda ley de Newton habla de cambios en el momento (m * V), por lo que, en este punto, no podemos separar cuánto cambió la masa y cuánto cambió la velocidad. Solo sabemos cuánto producto (m * V) cambió.

Supongamos que la masa permanece un valor constante igual a m. Esta suposición es bastante buena para un avión, el único cambio en la masa sería para el combustible quemado entre el punto «1» y el punto «0». El peso del combustible es probablemente pequeño en relación con el peso del resto del avión, especialmente si solo observamos pequeños cambios en el tiempo. Si estuviéramos discutiendo el vuelo de una pelota de béisbol, entonces ciertamente la masa sigue siendo una constante. Pero si estuviéramos discutiendo el vuelo de un cohete de botella, entonces la masa no permanece constante y solo podemos ver los cambios en el impulso. Para una masa constante m, la segunda ley de Newton se ve como:

F = m * (V1-V0) / (t1 – t0)

El cambio en la velocidad dividido por el cambio en el tiempo es la definición de la aceleración a. La segunda ley luego se reduce al producto más familiar de una masa y una aceleración:

F = m * a

Recuerde que esta relación solo es buena para objetos que tienen una masa constante. Esta ecuación nos dice que un objeto sometido a una fuerza externa acelerará y que la cantidad de aceleración es proporcional al tamaño de la fuerza. La cantidad de aceleración también es inversamente proporcional a la masa del objeto; para fuerzas iguales, un objeto más pesado experimentará menos aceleración que un objeto más ligero. Considerando la ecuación del momento, una fuerza causa un cambio en la velocidad; y del mismo modo, un cambio en la velocidad genera una fuerza. La ecuación funciona en ambos sentidos.

La velocidad, la fuerza, la aceleración y el momento tienen una magnitud y una dirección asociadas con ellos. Los científicos y matemáticos llaman a esto una cantidad vectorial. Las ecuaciones que se muestran aquí son en realidad ecuaciones vectoriales y se pueden aplicar en cada una de las direcciones de los componentes. Solo hemos mirado en una dirección y, en general, un objeto se mueve en las tres direcciones (arriba-abajo, izquierda-derecha, adelante-atrás).

Ejemplo de fuerza aerodinámica:

• Movimiento de una aeronave resultante de fuerzas aerodinámicas, peso de la aeronave y empuje.

Tercera Ley de Newton: Acción & Reacción

Cuando un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero.

Su tercera ley establece que para cada acción (fuerza) en la naturaleza hay una reacción igual y opuesta. Si el objeto A ejerce una fuerza sobre el objeto B, el objeto B también ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el objeto A. En otras palabras, las fuerzas resultan de las interacciones.

Ejemplos de acción y reacción con aerodinámica:

• El movimiento de elevación desde un perfil aerodinámico, el aire es desviado hacia abajo por la acción del perfil aerodinámico, y en reacción, el ala es empujada hacia arriba.
• El movimiento de una bola giratoria, el aire se desvía hacia un lado, y la bola reacciona moviéndose en el opuesto
• El movimiento de un motor a reacción produce empuje y los gases de escape calientes fluyen por la parte posterior del motor, y se produce una fuerza de empuje en la dirección opuesta.

Repase las Leyes del Movimiento de Newton

1. Primera Ley de Movimiento de Newton (Inercia)	Un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto en movimiento permanece en movimiento a velocidad constante y en línea recta a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada.
2. La Segunda Ley del Movimiento (Fuerza) de Newton	La aceleración de un objeto depende de la masa del objeto y de la cantidad de fuerza aplicada.
3. Tercera Ley del Movimiento de Newton (Acción & Reacción)	Cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero.