Isaac
Newton (1642-1727) ha
sido con toda probabilidad el científico más importante e
influyente de la Historia. Newton
destacó en los campos de la física,
las matemáticas,
la alquimia
y la teología.
Puede considerársele el padre de la mecánica.
Desarrolló a la par que Leibniz
el cálculo integral
y el diferencial.
Destacan sus trabajos sobre el espectro
luminoso, la convección
térmica, la mecánica
de fluidos, la
viscosidad,
la velocidad del sonido,
el cálculo matemático,
el teorema del binomio,
la óptica
y hasta el origen de las
estrellas. En este mismo
blog ya le dedicamos un artículo biográfico en nuestra serie
Protagonistas de la
Ciencia.
Su
obra fundamental son los Philosophiae
naturalis principia mathemática, que
habitualmente se conocen por su denominación abreviada de Pincipia.
En ellos Newton
desarrolló un completo corpus
doctrinalis sobre el
comportamiento de los objetos en movimiento, a través de sus leyes
de la dinámica, a
las que también suele llamarse leyes
de la mecánica o leyes de Newton del movimiento.
De ellas se han beneficiado en los últimos tres siglos la ingeniería
y la técnica de una manera tan extraordinaria que puede decirse sin
exageración que nuestro mundo tecnificado se encontraría con más
de cien años de retraso, si no fuera por Sir
Isaac Newton y sus
leyes. Como modesto homenaje a su memoria, permitid que hoy las
enuncie con la debida reverencia, y con la misma sencillez que
solemos emplear siempre en nuestros apuntes divulgativos:
Primera
ley de Newton: ley de la inercia.
Una
partícula libre alejada de la influencia de cualquier otro cuerpo,
se mueve siempre con velocidad uniforme.
Según
el punto de vista aristotélico, que dominó las ideas medievales
sobre el movimiento, los objetos se mueven sólo si están sometidos
a una fuerza responsable de su movimiento. Así, un carro que se
suelta del caballo que lo venía arrastrando, se para porque no hay
ninguna fuerza que lo arrastre. El punto de vista moderno es que el
carro va frenando y se acaba deteniendo por obra de las fuerzas de
fricción que actúan sobre él. Este punto de vista se resume en la
primera ley de Newton que establece que todo
objeto continúa en estado de reposo o de movimiento uniformemente
rectilíneo, a no ser que actúen sobre él fuerzas que le obliguen a
variar dicho estado.
Un
enunciado equivalente de la primera ley es que si sobre un objeto no
actúan fuerzas, o si la suma total de las fuerzas que actúan sobre
el objeto, es nula, entonces:
a)
Un objeto en reposo sigue en reposo, y
b)
Un objeto en movimiento sigue moviéndose con velocidad constante.
Segunda
ley de Newton: ley fundamental del movimiento.
Cuando
una partícula material provista de masa (m),
se mueve con una determinada aceleración (a),
es porque ha recibido la interacción de una fuerza (F):
F
= m.a
Cuando
existe una fuerza neta que actúa sobre un objeto, dicho objeto
experimenta una aceleración en la misma dirección de la fuerza.
La aceleración y la fuerza son también proporcionales en módulo;
si la fuerza sobre un objeto dado es doble, también lo es la
aceleración.
Si
dos magnitudes son proporcionales, una de ellas es igual a un número
o constante de
proporcionalidad por
la otra. Así pues, podemos relacionar la fuerza (F)
con la aceleración (a)
mediante la segunda ley
de Newton.
A
la constante de
proporcionalidad (m)
se denomina también, como hemos visto, masa
del objeto. La masa
es una medida de la cantidad de materia de que consta. En otras
palabras, de su inercia.
Cuanto mayor es la masa de
un objeto, menor es el efecto que una fuerza dada produce sobre su
movimiento. La masa se
relaciona con el peso, pero es diferente de éste. El
peso de un objeto es
la fuerza que la gravedad ejerce sobre el objeto, y es por lo tanto,
una magnitud vectorial.
La masa
en cambio, es una magnitud
escalar.
Tercera
ley de Newton: principio de acción y reacción.
Cuando
un cuerpo recibe una interacción (acción),
causa a su vez otra interacción (reacción)
sobre el cuerpo que ha incidido sobre él.
Fij
= -Fji
La
tercera ley de Newton
relaciona las fuerzas que dos objetos se ejercen mutuamente, y nos
resulta familiar en una forma general por nuestras experiencias
cotidianas. Por ejemplo, supongamos que estamos en reposo en una
piscina. Si empujamos una pared con las piernas, la pared ejerce una
fuerza que nos lleva al interior de la piscina. La fuerza de reacción
(-Fji)
que la pared ejerce sobre nosotros es de sentido opuesto a la fuerza
que nosotros ejercemos sobre la pared (Fij).
Análogamente, para empezar a andar hacia delante, el pie debe
ejercer una fuerza hacia atrás sobre el suelo. El suelo a su vez,
nos empuja hacia delante.
Newton
observó que cuando una persona ejerce una fuerza sobre un objeto, el
objeto ejerce una fuerza sobre la persona, que es igual en módulo,
pero de sentido opuesto. Esta relación, que se conoce como tercera
ley de Newton, es
válida tanto si la persona como el objeto están acelerados o no.
Las dos fuerzas que actúan entre una persona y un objeto o entre dos
objetos, se llaman fuerzas de acción y reacción. La formulación
general de la tercera
ley de Newton es:
para cada acción
existe siempre una reacción igual pero de sentido opuesto.
Así
que estas son las tres leyes que hacen funcionar el mundo que
conocemos. Pensad en Sir Isaac Newton con agradecimiento cuando
piséis suavemente el freno de vuestro automóvil o cuando os
impulséis en la pared de la piscina. Cuando os golpeéis contra un
cristal que no habíais visto, procurad en cambio no acordaos de su
anciana madre, una dama de conducta intachable.
El
cerebro es un órgano maravilloso. Comienza a trabajar nada más
levantarnos, y no deja de funcionar hasta que llegamos a la oficina.
Robert Lee Frost.