Las 3 leyes de Newton (características y explicación)

Antes de que Sir Isaac Newton creara las tres leyes de la dinámica que llevarían su nombre, no entendíamos por qué los objetos del cosmos se movían como la hacían. No entendíamos de dónde venía esa fuerza que hiciera tanto que los planetas giraran alrededor del Sol como que, en alusión a la famosa leyenda, las manzanas cayeran de los árboles.

En este contexto, Newton es una de las personalidades más importantes ya no solo de la física, sino de la historia, pues gracias a la ley de la gravitación universal, oímos hablar por primera vez de algo que hoy en día está tan integrado en nuestro conocimiento: la gravedad.

Y además de establecer los principios matemáticos de la gravedad, de desarrollar enormemente el cálculo matemático, de descubrir la verdadera forma de la Tierra, de hacer increíbles adelantos en el mundo de la óptica, de crear el primer telescopio reflector, etc, este físico inglés nos ofreció las tres leyes de Newton.

En el artículo de hoy analizaremos las características de cada una de estas leyes y, además de ver qué dicen, presentaremos ejemplos para entenderlas de forma sencilla.

• Para saber más: “Isaac Newton: biografía y resumen de sus aportes a la ciencia”

¿Qué son las Leyes de Newton?

Isaac Newton fue un astrónomo, físico, matemático, filósofo, inventor, alquimista y teólogo inglés que ha pasado a la historia por ser una de las grandes mentes científicas. Entre sus innumerables aportaciones está la de proponer las conocidas como Leyes de Newton, las cuales asentarían las bases de la física moderna.

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes de la Dinámica o Leyes del movimiento de Newton, son tres principios matemáticos a través de los cuales es posible explicar prácticamente todos los movimientos (hay problemas para entender el nivel atómico y subatómico) que suceden en el Universo.

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Desde las estrellas rotando alrededor del centro de una galaxia o planetas orbitando alrededor de su estrella hasta piedras cayendo por una montaña o coches deslizándose por una autopista, las Leyes de Newton explican (casi) todos los movimientos de los cuerpos dependiendo de las causas que los producen.

En este sentido, las Leyes de Newton son el pilar de la dinámica, una rama de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos, analizando los efectos y los detonantes de los mismos. El movimiento de los astros, los cuerpos (animados y no animados) que se encuentran sobre la superficie de la Tierra y las máquinas creadas por la humanidad se explican a través de estos principios matemáticos.

Fuerza y masa: ¿quién es quién?

Las tres Leyes de Newton tienen su fundamento en una suposición que hizo este científico y que, evidentemente, resultó ser cierta. Él creía que todo movimiento que ocurría en el cosmos se debía a una relación entre la masa de un objeto y la fuerza que se aplicaba sobre ella, que era la causa del movimiento.

Él creyó (acertadamente) que cualquier movimiento era resultado de relacionar cuánto pesaba un objeto con la fuerza necesaria para mover ese cuerpo. Y es que Newton entendía el movimiento como un paso de un cuerpo de un lugar a otro. Y para que un cuerpo con masa se moviera, era necesaria una fuerza que impactara contra él.

Cuanto más grande fuera la masa, más fuerza se necesitaría. Y, por lógica, cuanto menor fuera la masa, más fácil sería que una pequeña fuerza alterara su movimiento. Por lo tanto, la masa es el punto de partida. Y esta determina cuál es la fuerza (la causa del movimiento) necesaria para mover el cuerpo.

Las tres Leyes de Newton nacen de esta relación entre masa y fuerza. Gracias a esta suposición, Newton fue capaz de, en la obra “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” publicada en 1687, plasmar las leyes de la dinámica que cambiaron por completo nuestra forma de ver el mundo. Por primera vez, éramos capaces de medir, predecir y estudiar matemáticamente el movimiento de cualquier objeto, desde una estrella hasta un bolígrafo.

¿Cuáles son las Leyes de la Dinámica?

Como acabamos de comentar, las 3 Leyes de la Dinámica fueron propuestas en 1687 por Isaac Newton para explicar el movimiento de los cuerpos en función de la fuerza que fuera aplicada en ellos. A través de distintos experimentos y formulaciones matemáticas, Newton fue capaz de reducir todos los movimientos de la naturaleza en tres leyes. Cualquier movimiento que haya en el Universo puede explicarse con alguna de las siguientes leyes.

Primera Ley de Newton: ley de la inercia

“Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él”.

La primera Ley de Newton nos dice que, si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, este seguirá estando quieto, es decir, con velocidad cero, o bien seguirá moviéndose a velocidad constante en línea recta, un movimiento que adoptó cuando una fuerza anterior actuó sobre él.

Aunque parezca algo obvio, fue una gran revolución. Y es que de aquí deriva la relación entre masa y fuerza. Un cuerpo con masa por sí solo no puede cambiar su estado inicial. Necesita una fuerza externa que actúe sobre él.

Imagina que tienes un vaso sobre la mesa. Este vaso tiene una masa, pero, ¿verdad que si tú no lo mueves, el vaso seguirá quieto indefinidamente? Aquí está un ejemplo de la primera Ley de Newton.

Ahora bien, quizás con lo de movimiento rectilíneo uniforme, la cosa no está tan clara. Y es que esta ley dice que, si un cuerpo está en movimiento a velocidad constante, seguirá moviéndose así hasta el infinito, a no ser que una fuerza actúe sobre él.

Por lo tanto, podría parecer que cuando, por ejemplo, disparamos un arma, la bala tendría que estar toda la eternidad moviéndose, ¿verdad? Nadie la detiene ni choca contra nada. Pero aquí estamos olvidando que sí que hay una fuerza que actúa sobre ella, ralentizándola: la fricción del aire.

Por ello, es imposible reproducir exactamente esta ley. Incluso en el vacío espacial hay partículas y polvo cósmico que frenan el movimiento de los cuerpos.

Segunda Ley de Newton: ley de la fuerza

“La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración”.

La segunda Ley de Newton, conocida también como la ley de la fuerza o la Ley Fundamental de la Dinámica, es la que dice que existe una relación directamente proporcional entre la fuerza (o fuerzas) que hace un cuerpo A y el movimiento de un cuerpo B.

Siempre que estas fuerzas aplicadas no se anulen (si empujamos un coche con una fuerza concreta y alguien lo empuja por el otro lado con la misma fuerza, no se moverá), el cuerpo B se acelerará en la dirección de la fuerza mayoritaria.

Aquí entra, pues, el concepto de aceleración. Y es que cuando aplicamos una fuerza sobre un cuerpo, este siempre se acelera. La aceleración será mayor cuanto más alta sea la fuerza aplicada, pero cuanto mayor sea la masa del cuerpo a mover, menor será la aceleración resultante.

Pensémoslo así: si estás moviendo un carro de la compra, ¿cuándo se acelerará más? ¿Cuando pese mucho y hagas poca fuerza? ¿Cuando pese poco y hagas poca fuerza? ¿Cuando pese mucho y hagas mucha fuerza? ¿O cuando pese poco y hagas mucha fuerza? Evidentemente, la respuesta correcta es la última.

De esta ley deriva una de las fórmulas más importantes de la dinámica, la cual dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleración. F = m · a. Si no hay fuerza, no hay aceleración.

Un claro ejemplo es conducir un coche. El motor hace una fuerza determinada y, dependiendo de la masa del coche (si solo va el conductor, si van todos los pasajeros o si, además de los pasajeros, el maletero está lleno), la aceleración resultante será mayor o menor. Pero mientras se aplique la misma fuerza y la masa no cambie, la aceleración será la misma, lo que se traducirá en una velocidad cada vez mayor.

Tercera Ley de Newton: ley de acción y reacción

“Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este segundo ejerce sobre el primero una fuerza igual pero en sentido opuesto”.

También conocida como Principio de acción y reacción, la Tercera Ley de Newton dice que si un cuerpo A ejerce una fuerza determinada sobre un cuerpo B, este cuerpo B ejercerá exactamente la misma fuerza que A pero en sentido contrario.

Para cada acción, existe una reacción igual y opuesta. Esta afirmación, que también tiene connotaciones filosóficas, es uno de los enunciados más importantes de la historia de la física. Y es que el hecho de que siempre que se realice una fuerza sobre algo, este “algo” generará una fuerza de intensidad y dirección idénticas pero en sentido opuesto, es básico para la dinámica.

Esta ley la vemos, por ejemplo, cuando queremos saltar. Y es que para hacerlo, nos aprovechamos de la tercera Ley de Newton. Cuando saltas, ¿hacia dónde haces la fuerza? Hacia el suelo, ¿verdad? Es gracias a la reacción del suelo (cuerpo B) que nos impulsamos hacia arriba, pues se genera una fuerza igual que la que hemos hecho hacia abajo pero, por la ley de acción y reacción, vamos después hacia arriba.

Lo mismo sucede cuando chutamos una pelota contra una pared, que sale rebotada con la misma fuerza (siempre se pierde un poco ya que en el impacto absorbe fuerza) con la que la hemos tirado, pero en sentido opuesto.