La ley de inercia, la ley fundamental de la dinámica y el principio de acción y reacción se agrupan bajo el título de leyes de Newton.
Las leyes de Newton son postulados que el matemático, físico y teólogo inglés Isaac Newton plasmó en un trabajo de su autoría titulado «Philosohiae naturalis principia mathematica» (popularmente señalado como Principia Mathematica). Estos contenidos, claves dentro de la mecánica clásica, se centran en el movimiento de un cuerpo teniendo en cuenta tanto fuerzas como velocidad. Al respecto conviene resaltar que la dinámica clásica solamente rige para todo sistema de referencia inercial.
En combinación a la llamada ley de la gravitación universal, estos principios brindan la posibilidad de comprender y poder definir a las leyes de Kepler que hacen foco en el movimiento de los planetas.
A medida que fue desarrollando sus investigaciones, Newton reparó en el concepto de masa y marcó que la cantidad de movimiento se determina en función del producto que se obtiene al multiplicar masa por velocidad. Asimismo, hizo hincapié en la necesidad de diferenciar entre carácter relativo y absoluto al expresarse en torno al movimiento, lugar, espacio o tiempo.
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ResumenCuáles son las leyes de Newton
A continuación detallaremos cuáles son las leyes de Newton y repasaremos brevemente sus características y aplicaciones.
La ley de la inercia (Primera ley de Newton), por ejemplo, es útil para demostrar que, salvo que sea aplicada alguna fuerza, un elemento, ya sea en desplazamiento o en reposo, no modificará su estado.
Formalmente, el enunciado establece que un cuerpo conserva su quietud o su movimiento rectilíneo uniforme (MRU) excepto que una fuerza que se imprima sobre él altere su condición.
La ley de la fuerza y la aceleración (Segunda ley de Newton) es conocida además como la ley fundamental de la dinámica. Se habla en esta instancia de cómo la transformación de un cierto movimiento resulta proporcionalmente directa a la fuerza que se le aplica y se produce en torno a la línea recta trazada por la citada fuerza. Explicado de modo sencillo, este postulado marca que la aceleración de un cuerpo que está en movimiento se condiciona con el nivel de fuerza que, en un momento determinado, se le imprime con el propósito de cambiar su velocidad o su trayectoria.
La ley de acción y reacción (Tercera ley de Newton) es esencial para entender, entre otros fenómenos, por qué al producirse un choque entre dos individuos que se encontraban corriendo en direcciones contrarias cada uno de los afectados, tras ser impactado por el otro, sale despedido en sentidos diferentes. ¿Qué indica este enunciado? Justamente esa situación del ejemplo: cada acción se corresponde con una reacción idéntica pero con orientaciones opuestas. Así, pues, las acciones que involucran a un par de cuerpos que se imprimen fuerzas mutuamente resultan siempre iguales y se dirigen en sentidos contrarios.
La teoría de la relatividad general impulsada por Albert Einstein, así como las leyes de Newton, sustentan al concepto definido como gravedad.
Conexión con otros principios físicos y postulados
Las leyes de Newton tienen conexión con otros principios físicos y postulados.
Se relaciona, por detallar un caso concreto, con la conservación de la cantidad de movimiento. En este contexto entran en juego las nociones de choques y colisiones porque describen a las interacciones (que involucran a movimientos y a intercambios de energía) que se dan, en un periodo temporal breve, entre al menos dos elementos. Si se considera a la primera de las leyes de Newton y se estudia con ella a un sistema aislado con partículas interactuando entre sí, la conclusión es que queda conservada la cantidad de movimiento (momentum) propia del sistema, aunque con la energía cinética no necesariamente sucede igual. De acuerdo a qué ocurra con esta clase de energía, ésta podrá dar lugar a un choque elástico o a un choque inelástico.
Si se le presta atención al principio de conservación de la energía y se lo analiza desde la mecánica newtoniana no habrá espacio, por ejemplo, para el teorema de Noether pero sí ganarán protagonismo las leyes de Newton. De evaluar sistemas de partículas donde todas las fuerzas involucradas surjan de un potencial sí se comprobará tal postulado.
La mecánica newtoniana tiene asociada una estructura o construcción especial de espacio-tiempo que sirve incluso para describir al campo gravitatorio.
Casos de estudio, alcances y aplicaciones de leyes de Newton
Las leyes de Newton poseen múltiples aplicaciones y explican, entre otras cuestiones, la caída libre.
También son útiles en numerosos casos de estudio de una gran variedad de fenómenos y situaciones, logrando de esta manera un amplio alcance.
A la tercera ley de Newton, por ejemplo, se la toma en consideración al momento de investigar la fuerza ejercida sobre la luna por la Tierra y viceversa (es decir, qué fuerza logra hacer la luna sobre la superficie de nuestro planeta), dando un resultado equivalente pero con signos opuestos entre sí. Dicho valor, detalla la teoría, se determina en base a la ley de gravitación universal.
Es importante resaltar, asimismo, que dentro del campo de la Física se ha bautizado como newton (unidad de fuerza), en honor a Isaac y compartiendo denominación con las leyes formuladas por él. Esta unidad de medida se enmarca en el Sistema Internacional de Unidades (SI) y engloba a la fuerza, a la masa y a la aceleración.
Por último, es interesante saber que las leyes de Newton son valiosas cuando la atención se concentra en el equilibrio estático, en el movimiento parabólico o en las fuerzas de fricción, por proponer tres nociones relacionadas a los movimientos.
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