Leyes del Movimiento de Newton

Las Leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton, son tres principios que explican la mayor parte de los problemas de la mecánica clásica, en particular, aquellos relacionados con el movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo. Su relevancia radica en dos aspectos:

• Constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica.
• Al combinar estas leyes con la Ley de la Gravitación Universal, se deducen y explican las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.

Las Leyes de Newton permiten explicar el movimiento de los astros, el movimiento de proyectiles artificiales y la mecánica de las máquinas.

Primera Ley de Newton

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo solo se mantiene en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Esta ley postula que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial (reposo o movimiento rectilíneo uniforme) a menos que se aplique una fuerza neta no nula. Newton considera que los cuerpos en movimiento están sometidos a fuerzas de roce o fricción, que los frena progresivamente.

Segunda Ley de Newton

La segunda ley del movimiento de Newton dice:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. Los cambios en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones. Existe una relación entre la fuerza y la aceleración. La fuerza se define en función del momento aplicado a un objeto; dos fuerzas son iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.

• El peso se mide en newton (N), equivalente a Kg*m/s².
• La masa se mide en kilogramo (Kg).
• La gravedad en metro sobre segundo al cuadrado (m/s²).

Para calcular la masa:

• A través de la densidad (D) y el volumen (V): D = m/V
• A través del peso molecular (PM) y las moles (n): n = m/PM
• A través de la fuerza (F) y la aceleración (a): F = m*a

Para calcular la densidad: D = Peso / Volumen

Para calcular el peso: Peso = Densidad * Volumen

Peso

El peso es la medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. Equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. El peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra.

Trabajo

El trabajo de la fuerza sobre un cuerpo es la energía necesaria para desplazarlo. Es una magnitud física escalar representada con la letra W y se expresa en julios (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Calor Específico

El calor específico es la cantidad de calor que se debe suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. Su valor depende de la temperatura inicial y se representa con la letra c.

Aceleración

La aceleración es el cambio de velocidad en el tiempo: a = (velocidad final – velocidad inicial) / tiempo transcurrido.

Ejemplo:

La velocidad de un vehículo aumenta uniformemente desde 15 km/h hasta 60 km/h en 20 s. Calcular la aceleración.

Datos:

• Velocidad inicial (vi) = 15 km/h = 4,167 m/s
• Velocidad final (vf) = 60 km/h = 16,67 m/s
• Tiempo (t) = 20 s

Cálculo:

a = (vf – vi) / t = (16,67 m/s – 4,167 m/s) / 20 s = 0,625 m/s²