NO ME SALEN
APUNTES Y EJERCICIOS RESUELTOS DE FÍSICA
Mecánica Clásica

LEYES DE NEWTON

Las Leyes de Newton, atribuidas a Isaac Newton (1643-1727), tienen, en realidad, demasiados autores. Pero fue Newton quien se las puso al hombro (y al bolsillo), las explotó y las utilizó en su conjunto, edificando con ellas una Teoría Mecánica (conocida actualmente como Mecánica Clásica) que goza de excelente salud y que seguimos utilizando con todo éxito.

Además de su probada utilidad y eficacia constituye un ejemplo arquetípico de teoría (epistemológicamente hablando), destacada por su belleza intrínseca, ya que con muy pocas premisas (o principios) algebraicamente sencillas, logra una explicación muy acabada del universo.

Son en total cuatro leyes. Se llaman también principios porque no se pueden probar a partir de leyes anteriores o más básicas, pero que el universo cumple a rajatabla, aunque no sepamos por qué. Voy a presentar los tres primeros aquí, y el cuarto, gravitación universal, aparte.

Primera Ley de la Dinámica, o Ley de la inercia, o Principio de Galileo.

Ya te imaginaste quién fue el que lo cocinó unas décadas antes que Newton. Hay decenas de redacciones alternativas. Acá va la mía.

Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o actúan varias pero que se compensan entre sí, entonces el cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme. Y viceversa.

Segunda Ley de la Dinámica, o Ley de la masa, o Principio de Newton.

Se llama de la masa, porque en él juega un papel importantísimo esa propiedad de la materia llamada masa, que nadie sabe qué es (abajo hay un chisme sobre la masa, que aclara y que oscurece), pero no hace falta, tenemos una idea aproximada.

La sumatoria de todas las fuerzas que recibe un cuerpo es igual al producto de la masa del cuerpo por su aceleración.

La Segunda Ley es una ecuación vectorial: dice que la sumatoria de todas las fuerzas que recibe un cuerpo es igual al producto de su masa por su aceleración, y que la dirección y el sentido de la resultante (la suma de todas las fuerzas) es igual a la dirección y el sentido de la aceleración (la masa es un escalar). En muchos textos, sin embargo (y también en este sitio) aparece esa misma expresión pero escrita sin la notación vectorial, así: ΣF = m a. Es perdonable, no trae graves consecuencias.

Lo que no es perdonable es que en muchos textos te presenten la Ley así:

F = m a (MAL, PESIMO, EXECRABLE, CENSURABLE, IMPERDONABLE)

Esa expresión tiene validez únicamente en aquellos casos en los que hay una única fuerza actuando sobre un cuerpo. No puede ser presentado como una ley (de validez eterna y universal). Además lleva a una confusión muy negativa: hace creer que se trata de una propiedad de las fuerzas (como si cada fuerza tuviese una aceleración), cuando se trata de una propiedad de los cuerpos. A cada cuerpo se aplica la Ley, no a cada fuerza.

Podría, en todo caso, representarla así: R = m a, aclarando que R significa Resultante y no es otra cosa que la sumatoria de todas las fuerzas que están actuando sobre un cuerpo. R = ΣF.

Tercera Ley de la Dinámica, o Principio de Acción y Reacción.

Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el otro aplica una fuerza sobre el primero de igual módulo, igual dirección y sentido opuesto a la que el primero ejerce sobre él.

De los tres principios es el más revelador de la naturaleza de las fuerzas. En realidad deberíamos hablar de interacciones. Siempre entre dos cuerpos: se atraen, o se repelen, o se empujan, o se tocan, o se chocan, o lo que sea... pero siempre entre dos cuerpos. Entonces aparecen dos fuerzas (el par de fuerzas de la interacción), una sobre cada cuerpo de los que están interactuando.

Parece que el universo es un pandemonium de venganzas, en el que reina la Ley de Talion.

• A golpe de vista, pareciera que el Primer Principio es apenas un caso particular del Segundo. Efectivamente, partiendo de la Segunda Ley, si ΣF = 0, lo que debe valer cero es la aceleración, ya que la masa no puede valer cero... Sin embargo el primer principio es el que asegura la existencia de los otros dos, y exige el establecimiento de un Sistema de Referencia acorde. Puede ocurrir que la elección del SR (por ejemplo uno montado en una calesita o en un tren que arranca) nos lleve a un universo en el que no se cumplen las Leyes de Newton. Esos sistemas -que son ampliamente estudiados- se llaman Sistemas No Inerciales. Vos dejalos para más adelante.
• Tanto masa como fuerza son magnitudes dificilísimas de definir. Con sólo definir una de las dos basta, ya que la otra saldría definida por inferencia utilizando la Segunda Ley. El pobre Newton se murió muy triste sabiendo que su teoría hacía agua por el agujero de la falta de definición para esas dos magnitudes tan importantes en la Mecánica. Hubo que esperar 200 años para que un físico llamado Ernst Mach (1838-1916) lograse una definición de masa que convenciese a la comunidad científica. Sin embargo Newton se las arregló perfectamente con la aproximación más intuitiva del concepto de masa: es un escalar -un número- que nos indica la cantidad de materia que forma a un cuerpo.
• Leete la definición de Mach de la masa: "la masa inercial no es una característica intrínseca de un móvil, sino una medida de su acoplamiento con el resto del universo". Señor Mach: ¿usted me quiere volver loco?
• Una de las inferencias inmediatas del Principio de Acción y Reacción, es que los pares de interacción nunca están aplicados sobre el mismo cuerpo. Siempre estan aplicados en distintos cuerpos (justamente: los que están interactuando).

• Si cada vez que aparece una fuerza cualquiera, aparece también una fuerza igual y contraria... ¿cómo es posible que las cosas se muevan?
• Si cuando una mariposa choca contra el parabrisas la fuerza que cada uno le hace al otro tiene la misma intensidad... ¿por qué la mariposa se hace moco y el parabrisa sigue sano sin mosquearse?
• ¿Qué aspecto de la definición de masa de Mach inspiró en Einstein la Teoría de la Relatividad General?