Movimiento... Leyes que lo rigen

Es oportuno comenzar hablar sobre la dinámica, la cual trata de una rama de la física encargada de estudiar el movimiento y sus causas, específicamente las fuerzas que actúan sobre el mismo. El estudio de ella comenzó hace mucho tiempo, los primeros en intentar explicar la causa del movimiento fueron los mismos personajes de siempre, LOS GRIEGOS.

Muchas hipótesis surgieron durante siglos y siglos, la mayoría de manera errónea, Aristóteles parece que fue el primero en pensar que el movimiento de un cuerpo se detenía cuando la fuerza que lo empujaba dejaba de actuar. A pesar de estar equivocado, el prestigio que él como filósofo y científico tenía hizo que estas ideas perduraran por siglos. Muchos científicos después, intentaron realizar sus propias teorías unos más acertados que otros, pero es Galileo Galilei quien termina de echar por tierra la teoría Aristotélica, cuando realizó una combinación de experimentación con lógica, utilizó dos planos inclinados.

Galileo dejo caer una pelota por el primer plano desde una altura h, la misma desciende por el primer plano y asciende por el segundo a una altura casi igual a la que tenía cuando se dejó caer, de allí postulo que, si no existiese la fuerza de fricción, la pelota alcanzaría exactamente la misma altura. Luego tomo el segundo plano y redujo el ángulo, de esta manera aumenta la distancia a recorrer, la pelota alcanzaría nuevamente la misma altura, si se desprecia la fricción.

El razonamiento de Galileo lo llevo a pensar que sucedería si el segundo plano se acerca a un ángulo de 0°, según este físico la pelota buscando alcanzar la altura inicial y en ausencia del rozamiento continuara moviéndose indefinidamente. Esta experiencia llevo al físico italiano a establecer que un objeto, si no existiese la fuerza de rozamiento, continuará moviéndose permanentemente, derrocando completamente la teoría aristotélica.

“Si he visto más lejos que otros hombres es porque me he apoyado en hombros de gigantes”, eso fue lo expresado por Isaac Newton para referirse al extraordinario trabajo realizado por Galileo, Robert Hooke y Kepler, entre otros físicos notables. Partiendo de las experiencias y postulados de Galileo, Newton estableció tres leyes que hoy se conocen como las Leyes del movimiento de Newton.

Si nos desplazamos en un automóvil por la principal autopista de nuestra ciudad a una velocidad de 100 Km/h sin colocarnos el cinturón de seguridad, supongamos que chocamos contra cualquier objeto fijo que se encuentre en la vía, el carro se detendrá por el impacto, pero el conductor continúa moviéndose a la misma velocidad, esto significa que podremos salir disparados por el parabrisas del automóvil. Finalmente nos estrellamos contra el asfalto o pavimento siguiendo una trayectoria parabólica, esto debido a la acción de la fuerza de gravedad. De no existir esta fuerza y la fricción continuaríamos en movimiento alejándonos del vehículo indefinidamente, a una velocidad de 100 Km/h.

Este es un ejemplo claro de la primera ley de Newton, la cual Figuera (2009) la resalta de la siguiente manera: "Un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo y un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento con la misma velocidad y la misma dirección, a menos que sobre él actúe una fuerza no balanceada".

A esta ley también se le conoce como ley de Inercia, la cual se trata de la tendencia que tiene un objeto a oponerse a cambiar en su estado de movimiento. Los cambios en el estado de movimiento de un cuerpo pueden medirse por los cambios en su velocidad (magnitud y dirección), por lo cual también se puede definir la inercia de la siguiente manera “La inercia es la tendencia que tiene un objeto a oponerse a cambios en su velocidad”.

Lo realmente trascendental de la primera Ley de Newton es que destruye toda afirmación, según la cual es necesaria una fuerza para mantener un objeto en movimiento, cuando la realidad es que se requiere de una fuerza (por ejemplo la fuerza de rozamiento) para detener un objeto. Pero no es necesaria una fuerza para que un cuerpo continúe moviéndose, lo hace por inercia.

Como podemos observar la primera Ley de Newton explica el comportamiento dinámico de los objetos sobre los cuales la fuerza neta es nula, bajo dicha condición se podría decir que las fuerzas aplicadas están balanceadas y la aceleración es igual a cero. Pero cuando existe presencia de fuerzas no balanceadas se producirá una aceleración, lo que implica que habrá un cambio de velocidad del objeto, bien sea por variación de su magnitud de la dirección, o ambas.

Newton fue el primero en darse cuenta que la aceleración de un objeto depende tanto de la fuerza neta resultante como de la masa del mismo, esta observación lo llevó a establecer una de las más importantes leyes de la naturaleza, la Segunda Ley de Newton, que Figuera (Ob. Cit) la resalta como: La aceleración producida por una fuerza neta sobre un objeto es directamente proporcional a la magnitud de dicha fuerza, en su misma dirección, e inversamente proporcional a la masa del objeto.

Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente forma:

Si despejamos F obtenemos que

Esta es la forma más usual de expresar la segunda Ley de Newton y como ya hemos visto en publicaciones anteriores la unidad fundamental de la fuerza es el Newton (N).

Cuando realizamos cualquier tipo de reparación en nuestros hogares, en donde necesitemos hacer uso de martillos y clavos, a medida que le vamos golpeando al clavo con el martillo, el martillo ejerce una fuerza F dirigida hacia el clavo, que hace que el mismo se introduzca dentro de la pared o la madera, a esa fuerza se le conoce como acción, pero lo que debemos tener presente es que el clavo ejerce sobre el martillo una fuerza (-F) que es igual en magnitud pero en sentido contrario, a esa fuerza se le llama reacción.

Esta serie de fuerzas de acción y reacción presentes en la naturaleza, fueron observadas por Newton quien expreso el fenómeno en su tercera ley, la cual dice de esta manera “Si un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, este último ejerce una fuerza igual y de dirección opuesta sobre el primero". Figuera (Ob. cit).

La expresión anterior nos dice que cuando existe una interacción entre dos objetos, hay un par de fuerzas actuando sobre los mismos. La magnitud de la fuerza sobre el primer objeto es igual a la magnitud de la fuerza sobre el segundo objeto. La dirección de la fuerza sobre el primer objeto es opuesta a la dirección de la fuerza sobre el segundo objeto.

Las fuerzas de acción y reacción, son el núcleo básico de la tercera ley de Newton, responsables de muchos fenómenos físicos naturales.

Ya para finalizar, podemos resaltar que las leyes fundamentales del movimiento son aquellas encargadas de explicar la causa de ciertos fenómenos, cuando nos encontramos a bordo de un autobús y el mismo frena; allí vemos como nuestro cuerpo se va hacia adelante, eso es producto de la inercia, explicado por la primera Ley de Newton. Otro ejemplo es al ver una persona halando cualquier objeto, o un carro, mediante la segunda ley y un diagrama de cuerpo libre es posible estudiar todas las fuerzas que allí interactúan. Por último el 90% de las situaciones que se nos presentan en la cotidianidad reflejan la tercera ley, porque hasta en las emociones si nosotros le hablamos en mal tono a una persona (acción) lo más probable es que esa persona nos responda del mismo modo o hasta peor (reacción); cuando golpeamos una pared, la pared nos golpea de la misma manera pero en sentido contrario.

Brett, E & Suárez, W. (2000). Teoría y práctica de física. Caracas: Distribuidora escolar, S.A.

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Figueroa, D. (2006). Dinámica. Caracas: Douglas Figueroa.