Las tres leyes de Newton

Un auto de 1200 kg necesita una fuerza neta de 3600 N para acelerar a 3 m/s².

Primera ley: los objetos conservan su estado de movimiento

Desliza un libro por una mesa y se detendrá. Durante mucho tiempo se pensó que los objetos en movimiento tendían naturalmente a detenerse y que para mantenerlos en marcha hacía falta un empuje constante. Galileo lo vio de otro modo. En Dos nuevas ciencias (1638) imaginó una pelota rodando por un plano horizontal perfectamente liso e infinito y sostuvo que seguiría moviéndose para siempre. El libro se detiene porque actúa la fricción, no porque detenerse sea lo natural.

Isaac Newton convirtió esta idea en la primera de las tres leyes de sus Principia de 1687. Según la formulación que usa OpenStax: un cuerpo en reposo permanece en reposo y, si está en movimiento, mantiene una velocidad constante, a menos que actúe sobre él una fuerza externa neta. Esta tendencia a conservar su estado se llama inercia, y la masa es su medida. Un carrito de supermercado lleno cuesta más ponerlo en marcha y detenerlo que uno vacío porque tiene más inercia. El cinturón de seguridad existe por la primera ley: cuando un auto frena de golpe, tu cuerpo sigue avanzando hasta que algo lo frena.

Segunda ley: F = m a

La segunda ley indica cuánto acelera un objeto cuando las fuerzas sobre él no están equilibradas. La aceleración tiene la dirección de la fuerza neta, es proporcional a ella e inversamente proporcional a la masa: a = F_net ÷ m, que suele escribirse F_net = m a. Empuja un carrito de 2 kg con una fuerza neta de 10 N y acelerará a 5 m/s². Para que un auto de 1200 kg acelere a 3 m/s² se necesitan 3600 N. Lo que cuenta es la fuerza neta: si empujas una caja de 5 kg con 50 N y la fricción se opone con 20 N, la fuerza neta es 30 N y la caja acelera a 6 m/s².

La segunda ley también explica por qué todos los objetos caen con la misma aceleración. Un objeto más pesado recibe una fuerza gravitatoria mayor, pero también tiene más masa que acelerar, y ambos efectos se compensan exactamente: a = m g ÷ m = g.

Tercera ley: las fuerzas aparecen por pares

Siempre que un objeto empuja o tira de otro, el segundo empuja o tira del primero con una fuerza de igual magnitud y sentido opuesto. Un nadador empuja el agua hacia atrás y el agua lo empuja hacia delante. Un cohete expulsa gases calientes por su tobera y esos gases lo empujan hacia arriba; no necesita aire contra el que empujar, por eso funciona en el espacio. Al caminar, tu pie empuja el suelo hacia atrás y el suelo te empuja hacia delante.

Las dos fuerzas de un par actúan sobre objetos distintos, así que nunca se anulan entre sí. Esta es la confusión habitual. Cuando un caballo tira de una carreta, la carreta tira del caballo con igual intensidad. Aun así, se mueven, porque la aceleración del caballo depende de todas las fuerzas que actúan sobre él, incluido el empuje del suelo sobre sus cascos.

Puedes ver las tres leyes al patear un balón de fútbol. Antes de la patada, el balón permanece quieto porque la fuerza neta sobre él es cero (primera ley). Durante el breve contacto, el pie empuja el balón y, cuanto mayor sea el empuje, mayor será su aceleración (segunda ley). Al mismo tiempo, el balón empuja el pie con igual intensidad, lo que sientes como un golpe en los dedos (tercera ley). Una vez que el balón se separa del pie, solo actúan sobre él la gravedad y el aire, y sigue el movimiento de proyectiles del curso Movimiento.