Aplicación de las Leyes de Newton del movimiento, en situaciones reales.

Ley de la inercia

Una de las tres leyes de Newton, nombrada así en honor al físico inglés Isaac Newton, quien sintetizo el movimiento de los cuerpos en sus leyes denominadas: ley de inercia, ley de la fuerza y ley de acción y reacción. 

Todos los cuerpos están sometidos a la acción de una o varias fuerzas, algunas de ellas a distancia y otras de contacto. 

En la primera ley, Newton establece la relación entre las fuerzas sobre un cuerpo y el estado de movimiento del mismo. Esta ley se anuncia así: 

Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme uniforme si no actúa ninguna fuerza sobre él o si la fuerza neta que actúa sobre él es nula.

En resumen, los cuerpos tienen la tendencia a conservar su estado de movimiento o de reposo, es decir, se oponen a cambiar su estado de reposo o de movimiento. A la tendencia de un cuerpo a mantener el estado de movimiento o de reposo se le conoce con el nombre de inercia. 

Ley de la fuerza y condiciones de equilibrio

Newton descubrió la relación entre masa, fuerza y aceleración. Si a un cuerpo se le aplica una fuerza no equilibrada (fuerza neta), este se acelerará en la misma dirección de la fuerza. Newton comprobó que la aceleración con la que se mueve un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que se le aplicaba al objeto, si F es la fuerza neta aplicada y a la aceleración imprimida al objeto, se tiene que a α F, es decir, que una fuerza del doble de magnitud aplicada a un mismo objeto producirá una aceleración dos veces mayor que la primera. 

Newton también encontró que la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a la masa del cuerpo (a α 1/m), esto significa que a mayor masa, menor aceleración y viceversa. 

Al unir estas dos proporcionalidades, expresarlas como una ecuación y ordenarlas, se obtiene la expresión que se conoce como la ley del movimiento de Newton o ley de la fuerza: F=ma. 

En el SI la unidad de fuerza es el Newton (N), el cual es la fuerza necesaria para imprimir una aceleración de un metro por segundo cuadrado a un objeto de un kilogramo de masa, es decir:

Se sabe que el peso (w) es una fuerza y que este es la acción de la gravedad sobre un cuerpo de esta manera, el peso se obtiene al sustituir, en la ecuación de la segunda ley, la fuerza por el peso y la aceleración por la gravedad (g):

Entonces para que un cuerpo tenga una masa de 1kg, el peso sera de 9.8N ya que:

Equilibrio de una partícula

La resultante de un sistema de fuerzas actuando sobre un cuerpo puede ser cero. Cuando esto sucede, significa que el cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento es uniforme. 

Al sumar gráficamente las fuerzas, se obtiene un polígono cerrado, es decir, que el inicio de la primera fuerza coincide con el final de la ultima fuerza. Analíticamente, las condiciones de equilibrio de un cuerpo se expresan de la siguiente forma: ∑Fx= 0; ∑Fy= 0.

Si un cuerpo esta sometido a la acción de varias fuerzas paralelas no concurrentes, para que esté en equilibrio es necesario aplicarle una fuerza de igual magnitud y de sentido contrario al de la resultante, en el mismo punto de aplicación de la resultante a esta fuerza se le llama fuerza equilibrante. Sin embargo, al aplicar una fuerza igual a la resultante, pero en otro punto, el cuerpo girará. 

Ley de acción y reacción

Newton determinó que cuando a un cuerpo se le ejerce una fuerza, este la devuelve pero en sentido contrario. De aquí surge la tercera ley del movimiento de Newton que se enuncia así: 

Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo cuerpo produce una fuerza de la misma intensidad, pero opuesta, sobre el primero. 

En otras palabras, esta ley dice que las fuerzas no se presentan solas, sino que forman parte de un sistema de pares de fuerzas que actúan simultáneamente pero sobre cuerpos diferentes. 

Es importante tener en cuenta que las fuerzas de acción y reacción se aplican siempre sobre cuerpos distintos; de no ser así, se aplicaran sobre el mismo cuerpo se anularían por ser iguales y de sentido opuesto. 

Por ejemplo, cuando un cabezal hala a un contenedor le ejerce fuerza y, en consecuencia, el contenedor le ejerce una fuerza de igual intensidad y opuesta. Si se considera que la fuerza que ejerce el cabezal es la acción, entonces la fuerza que ejerce el portacontenedor es la reacción, y si la fuerza que ejerce el porta contenedor se considera como la reacción, la fuerza que ejerce el cabezal es la reacción. 

Aunque las fuerzas de acción y reacción entre pares de cuerpos son de igual intensidad y opuestas, no ocasionan que el conjunto este en reposo sobre un cuerpo o que se mueva con velocidad constante, ya que cada una actúa sobre un cuerpo distinto y, por tanto, ninguno de los dos puede estar en reposo, a menos que existan otras fuerzas que contrarresten a las anteriores.