Ley de Newton de la dinámica

Con la publicación en 1687 de «Los Principios matemáticos de la filosofía natural», el inglés Isaac Newton revolucionó radicalmente la concepción de la ciencia física. En esta obra sintetizó los principios de la mecánica en tres sencillas leyes, cuya aplicación propició un extraordinario avance de esta rama científica en los siglos posteriores.

Ley de inercia

La primera ley de la mecánica, llamada ley de inercia, sostiene que todo cuerpo aislado no sometido a ninguna fuerza externa mantiene indefinidamente su estado de reposo o de movimiento.

Ley fundamental de la dinámica

La segunda ley propuesta por Newton se conoce como principio fundamental de la dinámica. Esta ley enuncia que la aceleración que experimenta una partícula material sigue la dirección y el sentido de la fuerza que se aplica sobre ella, y que el cociente entre los módulos de estos dos vectores (fuerza y aceleración) es una constante característica de la partícula:

Esta constante mI recibe el nombre de masa de inercia. En forma vectorial, la segunda ley de Newton se expresa como:

Masa de inercia y masa gravitatoria

Los trabajos sobre mecánica de Newton se inspiraron en los experimentos previos de Galileo Galilei. Este científico italiano estudió la caída de los graves y dedujo que todos los cuerpos materiales, cuando se dejan caer libremente hacia la superficie terrestre, se mueven con la misma aceleración y velocidad.

La fuerza que impulsa a los cuerpos hacia la superficie de la Tierra se llama peso, y la aceleración que éste induce recibe el nombre de gravedad. Ambas magnitudes se relacionan por la siguiente expresión:

Siendo mG una constante de proporcionalidad que se conoce por masa gravitatoria. El Principio de Equivalencia de la física defiende que la masa inercial y la masa gravitatoria tienen un mismo valor numérico, por lo que ambas se conocen genéricamente por masa (símbolo m).

Aceleración de la gravedad

Del principio de equivalencia de masas y de la ley de gravitación universal de Newton (ver t21) puede determinarse el valor de la aceleración de la gravedad según la siguiente fórmula:

donde G = 6,67 · 10-11 N m2 kg-2, constante de gravitación universal,

De ello se obtiene que g = 9,81 m/s2.

Principio de relatividad de Galileo

La ley fundamental de la dinámica se expresa de igual forma en todos los sistemas inerciales. Este postulado se conoce por Principio de relatividad de Galileo. En los sistemas no inerciales intervienen interacciones que afectan al sistema, denominadas fuerzas de inercia, en cuyo caso hay que corregir la segunda ley de Newton para expresarla como:

donde es la componente debida a la fuerza de inercia.

Fuerza tangencial y centrípeta

La aplicación práctica de la segunda ley de Newton se simplifica notablemente si se dividen las fuerzas en dos componentes:

  • Una colineal con la velocidad de desplazamiento, que se denomina fuerza tangencial.
  • Una perpendicular al desplazamiento llamada fuerza centrípeta.

Componentes tangencial y centrípeta de una fuerza.

En los movimientos rectilíneos, la componente normal o centrípeta es nula, mientras que tiene un valor significativo en los desplazamientos curvilíneos.

En los movimientos circulares, si la fuerza centrípeta no existiera, el móvil tendería a seguir con un movimiento rectilíneo. Es la fuerza centrípeta la que hace «caer» al móvil al centro de la trayectoria.

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