Ley de Newton de la dinámica
Ley de inercia
La primera ley de la mecánica, llamada ley de inercia, sostiene que todo cuerpo aislado no sometido a ninguna fuerza externa mantiene indefinidamente su estado de reposo o de movimiento.
Ley fundamental de la dinámica
La segunda ley propuesta por Newton se conoce como principio fundamental de la dinámica. Esta ley enuncia que la aceleración que experimenta una partícula material sigue la dirección y el sentido de la fuerza que se aplica sobre ella, y que el cociente entre los módulos de estos dos vectores (fuerza y aceleración) es una constante característica de la partícula:
Esta constante mI recibe el nombre de masa de inercia. En forma vectorial, la segunda ley de Newton se expresa como:
Masa de inercia y masa gravitatoria
Los trabajos sobre mecánica de Newton se inspiraron en los experimentos previos de Galileo Galilei. Este científico italiano estudió la caída de los graves y dedujo que todos los cuerpos materiales, cuando se dejan caer libremente hacia la superficie terrestre, se mueven con la misma aceleración y velocidad.
La fuerza que impulsa a los cuerpos hacia la superficie de la Tierra se llama peso, y la aceleración que éste induce recibe el nombre de gravedad. Ambas magnitudes se relacionan por la siguiente expresión:
Aceleración de la gravedad
Del principio de equivalencia de masas y de la ley de gravitación universal de Newton (ver t21) puede determinarse el valor de la aceleración de la gravedad según la siguiente fórmula:
donde G = 6,67 · 10-11 N m2 kg-2, constante de gravitación universal,
Principio de relatividad de Galileo
La ley fundamental de la dinámica se expresa de igual forma en todos los sistemas inerciales. Este postulado se conoce por Principio de relatividad de Galileo. En los sistemas no inerciales intervienen interacciones que afectan al sistema, denominadas fuerzas de inercia, en cuyo caso hay que corregir la segunda ley de Newton para expresarla como:
donde
es la componente debida a la fuerza de inercia.
Fuerza tangencial y centrípeta
La aplicación práctica de la segunda ley de Newton se simplifica notablemente si se dividen las fuerzas en dos componentes:
- Una colineal con la velocidad de desplazamiento, que se denomina fuerza tangencial.
- Una perpendicular al desplazamiento llamada fuerza centrípeta.
Componentes tangencial y centrípeta de una fuerza.
En los movimientos rectilíneos, la componente normal o centrípeta es nula, mientras que tiene un valor significativo en los desplazamientos curvilíneos.
En los movimientos circulares, si la fuerza centrípeta no existiera, el móvil tendería a seguir con un movimiento rectilíneo. Es la fuerza centrípeta la que hace «caer» al móvil al centro de la trayectoria.
Isaac Newton
El inglés Isaac Newton (1642-1727) resumió en sus tratados numerosos principios y leyes revolucionarias sobre la mecánica, la gravitación universal, la óptica y la dinámica de fluidos.
Unidades de masa y fuerza
La masa es una de las magnitudes fundamentales del Sistema Internacional (SI); su unidad en este sistema es el kilogramo (símbolo kg). En cambio, la fuerza es una unidad derivada que, en el SI, se mide en newton (símbolo N), de manera que 1 N = 1 kg · 1 m/s2. Otras unidades de fuerza utilizadas comúnmente son la dina (sistema CGS, donde 1 dina = 10-5 N) y el kilopondio o kilogramofuerza (símbolo kp, siendo 1 kp = 9,81 N).
Caída libre
El movimiento de caída libre es aquel por el que un cuerpo se precipita a tierra desde una cierta altura impulsado por su propio peso. En este movimiento, la fuerza que actúa es el peso P, y la aceleración presente es la gravedad, g = 9,81 m/s2. El desplazamiento resultante es un movimiento uniformemente acelerado.
Sistemas inerciales
Las leyes de Newton son válidas sólo en los llamados sistemas de referencia inerciales, que son aquellos que no están sometidos a ninguna aceleración. En la realidad estos sistemas no existen, ya que todos los cuerpos están sujetos a fuerzas y movimientos con aceleración. Así, la Tierra, que suele utilizarse frecuentemente como un sistema inercial, no sólo orbita alrededor del Sol y gira en torno a su propio eje de rotación, sino que también acompaña al Sistema Solar y a la Vía Láctea en sus desplazamientos cósmicos.