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Las leyes de Newton son tres leyes matemáticas formuladas por Isaac Newton concernientes al movimiento de los cuerpos. Estas tres leyes junto con las leyes de transformación de Galileo constituyen la base de la mecánica clásica. Las leyes de Newton fueron publicadas en 1687 en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica . En el tercer volumen de los Principia Newton mostró como combinando estas leyes con su ley de la gravitación universal se podían deducir y explicar las leyes de Kepler del movimiento planetario.
| Tabla de contenidos |
Esta ley se nombra también en ocasiones Principio de Galileo.
Este principio puede ser reformulado de la manera siguiente:
La primera ley constituye una definición de la fuerza como causa de las variaciones de velocidad de los cuerpos e introduce en física el concepto de sistemas de referencia inerciales o sistemas de referencia Galileanos. Los sistemas no inerciales son todos aquellos sistemas de refencia que se encuentran acelerados.
Hasta la formulación de este principio por Galileo y Newton se pensaba desde la época de Aristóteles que el estado natural de movimiento de los cuerpos era nulo y que las fuerzas eran necesarias para mantenerlos en movimiento. Newton y Galileo mostraron que los cuerpos se mueven a velocidad constante y en línea recta si no hay fuerzas que actuen sobre ellos. Este principio constituyó uno de los descubrimientos más importantes de la física. En la experiencia diaria los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas de fricción o rozamiento que van frenando los cuerpos progresivamente.
Newton definió el momento lineal (momentum) o cantidad de movimiento como una magnitud representativa de la resistencia de los cuerpos a alterar su estado de movimiento definiendo matemáticamente el concepto coloquial de inercia.
,donde m se denomina masa inercial. La segunda ley se escribe por lo tanto:
Para los cuerpos de masa constante la segunda ley de Newton adquiere la forma más familiar de:
.Esta ley constituye la definición operacional de las fuerzas ya que tan sólo la aceleración puede medirse directamente. Esta ecuación es válida en el marco de la teoría de la relatividad de Albert Einstein si se considera que el momento de un cuerpo se define como:
En "la ley de acción reacción fuerte" las fuerzas, ademas de ser de la misma magnitud y opuestas, son colineales. La forma fuerte de la ley no se cumple siempre. En la "ley de acción reacción débil" no se exige que las fuerzas de acción y reacción sean colineales, tan sólo de la misma magnitud y sentido opuesto, sin actuar necesariamente en la misma linea. Ciertos sistemas magnéticos no cumplen el enunciado fuerte de esta ley, tampoco las fuerzas eléctricas ejercidas entre una carga puntual y un dipolo. La forma débil de la ley de acción-reacción se cumple siempre. Esta ley junto con las anteriores permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.
Dos masas y se atraen entre sí con fuerzas de igual magnitud proporcionales al producto de sus masas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que los separa. El módulo de la fuerza de atracción se puede expresar como:
,donde G es la constante gravitatoria universal.
Isaac Newton determinó experimentalmente que la velocidad a la que un cuerpo cálido se enfría en un ambiente más frío cuya temperatura es , es proporcional a la diferencia entre la temperatura instantánea del cuerpo y del ambiente.
donde r es una constante de proporcionalidad. Esta expresión no es muy precisa y se considera tan sólo una aproximación válida para pequeñas diferencias entre y . En todo caso la expresión superior es útil para mostrar como el enfriamiento de un cuerpo sigue aproximadamente una ley de decaímiento exponencial:
Una formulación más precisa del enfriamiento de un cuerpo en un medio necesitaría un análisis del flujo de calor del cuerpo cálido en un medio inomogéneo de temperatura. La aplicabilidad de esta ley simplificada viene determinada por el valor del número de Biot.
En la actualidad el enfriamiento Newtoniano es utilizado especialmente en modelos climáticos como una forma rápida y menos cara computacionalmente de calcular la evolución de temperatura de la atmósfera.
Véase también:
