Segunda Ley de Newton o Ley de fuerza. N15.
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¿Quién es Newton?
Newton nació el 25 de diciembre de 1642 en Woolsthorpe (Gran Bretaña) y falleció el 23 de Marzo de 1727 en Kensington.
Su padre falleció tres meses antes de que él naciese. Su madre se volvió casar cuando él tenía tan sólo tres años y él se crió con su abuela, lo cual le dejó un trauma infantil que luego no afectó a su vida. Fue una persona completamente normal.
Su tío, William Ayscough diplomado por el Trinity College de Cambridge, convenció a la madre de Newton para que lo enviase a la Academia de Cambridge en lugar de que trabajase en el negocio familiar, en la granja.
Y así Newton se instaló en Cambridge, donde rápidamente mostró interés por la Química, hecho que marcaría el resto de su vida. Al sentirse atraído por este tema, comenzó a leer obras sobre Química con gran entusiasmo. A partir de la edición de 1659 de la Geometría de Descartes por Van Schooten, conoció los trabajos de Galileo, Fermat, Huygens y otros.
A finales de 1664 Newton se siente dispuesto a contribuir al desarrollo de las matemáticas. Abordará el tema del binomio, a partir del trabajo de Wallis, y por otra parte el cálculo de fluxiones.
Después, al acabar sus estudios de bachiller, aparecerá una gran epidemia de peste bubónica por lo que se refugiará en la granja de su familia (1665-1666). A pesar de ello, vivirá apartado de su familia, encerrado en su cuarto, inmerso en sus investigaciones, lo cual le llevará a un período muy intenso de descubrimientos:
-Descubre la ley del inverso del cuadrado y otras leyes importantes como la de la gravedad.
-Generaliza el teorema del binomio y pone de manifiesto la naturaleza física de los colores.
Sin embargo, Newton guarda silencio sobre sus descubrimientos y reanuda sus estudios en Cambridge en 1667.
De 1667 a 1669, emprende activamente investigaciones sobre óptica y es elegido Fellow del Trinity College. En 1669, Barrow renuncia a su cátedra lucasiana de matemáticas e Newton le sucede y ocupa este puesto hasta 1696. El mismo año envía a Collins, importante científico de aquella época, su De analysi por aequationes numero terminorum infinitas. Para Newton, este manuscrito representa la introducción a un potente método general, que desarrollará más tarde: su cálculo diferencial e integral. En 1672 publicó una obra sobre la luz con una exposición de su filosofía de las ciencias, libro que fue severamente criticado por la mayor parte de sus contemporáneos, entre ellos Robert Hooke (1638-1703) y Huygens, quienes sostenían ideas diferentes sobre la naturaleza de la luz. Como Newton no quería publicar sus descubrimientos, no le faltaba más que eso para reafirmarle en sus convicciones, y mantuvo su palabra hasta 1687.
En 1687, Newton defendió los derechos de la Universidad de Cambridge contra el rey Jacobo II y al demostrar su eficiencia en estos asuntos fue elegido miembro del Parlamento en 1689. Mantuvo su escaño en el Parlamento durante varios años, a pesar de no mostrarse muy activo en los debates. Durante este tiempo prosiguió sus trabajos de química, en los que se reveló muy competente, aunque no publicara grandes descubrimientos sobre el tema. Se dedicó también al estudio de la hidrostática y de la hidrodinámica además de construir telescopios.
Cuando contaba con 30 años, Newton dejó los cargos ya mencionados hasta ahora, para aceptar la responsabilidad de Director de la Moneda en 1696. Durante los últimos treinta años de su vida, abandonó prácticamente sus investigaciones y se consagró progresivamente a los estudios religiosos. Fue elegido presidente de la Royal Society en 1703 y reelegido cada año hasta su muerte. En 1705 fue hecho caballero por la reina Ana, como recompensa a los servicios prestados a Inglaterra.
A causa de una terrible enfermedad, Newton falleció el 20 de marzo de 1727.
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Ley de la dinámica de Newton
La primera ley de Newton nos dice que para que se altere el movimiento de un cuerpo se necesita "algo", y ese algo es lo que conocemos como fuerzas, que son el resultado de la acción de un cuerpo sobre otro.
Bien, pues la Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que la relación se puede expresar de la siguiente manera:
F = (m)(a)
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, esto quiere decir que además de tener un valor, tienen una dirección y sentido
La unidad de fuerza en el sistema internacional es el Newton, y se expresa con una N mayúscula. Un newton es la fuerza que hay que aplicar sobre un cuerpo de un kilogramo (1kg) de masa para que dicho cuerpo adquiera una aceleración de 1 m/s2, es decir:
1N=1Kg·1m/s2
Fórmula del principio
Hay una fórmula que nos permite averiguar la fuerza, masa o aceleración de un objeto, siempre que se sepan las otras dos variables. De esta forma:
F=m·a
En esta fórmula F es la fuerza, m la masa y a la aceleración. En el Sistema Internacional la unidad para la fuerza es el Newton (N), la de la masa es el kilogramo (kg), y la de la aceleración es el m/s2.
También podemos despejar las otras variables a partir de esta fórmula:
m=F÷a
a=F÷m
Fuerza es aquello capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.) de un cuerpo o de provocar una deformación en el mismo. Puede provocar un efecto u otro, pero también los dos a la vez.
Aceleración es el cambio de velocidad de un objeto.
Masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una variable constante. No debe confundirse con el peso (P), que es la fuerza con la que la gravedad atrae a un objeto, y que no es constante. Por ello existe una fórmula que podemos deducir para calcular este. Si el peso es una fuerza y la gravedad una aceleración, entonces:
P=m·g
La unidad del peso, en el S.I. es el Newton, porque es una fuerza, y la de la gravedad es el m/s2, ya que es una aceleración. En esta fórmula también es posible despejar las otras dos variables:
m=P÷g
g=P÷m
En el Sistema Cegesimal (C.G.S.), la unidad de fuerza es la Dina, la de la aceleración el cm/s2 y la de la masa el gramo (g).
¿Entiendes el principio fundamental de la dinámica?
Es necesario comprender el principio de la ley de la dinámica. Pero esto no siempre es fácil, siempre son ejemplos abstractos, difíciles de entender. Pero la segunda ley de Newton se aplica a la vida cotidiana.
Ejemplos
1. Si aplicas primero una pequeña fuerza sobre una pelota y después otra fuerza mucho mayor ¿En qué caso la pelota se acelera más? Es decir, sobre la misma masa ¿la fuerza y la aceleración son magnitudes inversa o directamente proporcionales?
La respuesta es la segunda vez, porque según la fórmula de la dinámica la fuerza es igual a la masa por la aceleración, con lo cual la aceleración es igual a la fuerza partida por la aceleración.
Pongamos un ejemplo práctico:
Si se aplica una fuerza de 20 Newtons a una pelota de 1 kilogramo de masa su aceleración es de 20 m/s2, si más tarde se le aplica una fuerza de 100 Newtons a la misma pelota su aceleración será de 100 m/s2
2. Un coche y un camión quieren frenar a la vez, con la misma aceleración de frenado, porque el semáforo se hapuesto en rojo. El camión tiene una masa 10 veces mayor que el coche ¿Cuál de los dos vehículos tendrá que ejercer una mayor fuerza de frenado? ¿Por qué? Es decir, si la aceleración es la misma ¿La masa y la fuerza son magnitudes inversa o directamente proporcionales?
Claramente el automovil que tendrá que hacer la mayor fuerza es aquel que tiene mayor masa porque si un coche tiene "x" masa su fuerza de frenado sera de F=x·9.8 m/s2. Cuanto mayor sea "x" mayor será la fuerza que el cuerpo tenga que ejercer para frenar. Es decir, el camión tendría que hacer mayor fuerza al frenar. La fuerza es una magnitud directamente proporcional a la masa. Esto quiere decir que el problema tambien se puede plantear asi:
x=20
x → F = 20 → F
10x → F1 = 20·10 → F1
De tal forma que dándole cualquier valor a x solo tendriamos que usar proporciones.
Este es un ejemplo visual de cómo funciona la segunda ley de Newton, incluso se explica cómo hacerlo. Es recomendable intentarlo.
Fuentes de información
Webgrafía
Profesor en línea. Profesor en linea ayuda para las tareas. Consultado el 21 de Febrero del 2014. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Fuerza_concepto.html
Camilo Ramos Rojas. Fórmulas de la segunda ley de Newton. Leyes de Newton. Consultado el día 7 de Febrero de 2014. En: http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html
Leyes de Newton (20 de febrero de 2014). Wikipedia: La enciclopedia libre. Consultado el 24 de enero de 2014. En: http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton#Segunda_ley_de_Newton_o_Ley_de_fuerza
Camilo Ramos Rojas. Biografía de Newton. Biografía de Sir Isaac Newton. Consultado el día 10 de enero de 2014. En: http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd97/Biografias/03-1-b-newton.html#punto1
Silver20211 (13/8/2009). Segunda ley de Newton. Consultado el dia 21 de Marzo del 2014. http://www.youtube.com/watch?v=4Z8tPy2nhys
Editores
Jaime Sánchez
Guillermo Platero
Óscar Montesinos
Marta Pérez
Marina Munárriz
