Hasta este momento hemos descrito al movimiento de una partícula sin preguntarnos
que lo causa. Este problema fue un tema central para la denominada Filosofía Natural que sostenía la necesaria
influencia externa (una fuerza) para mantener un cuerpo en movimiento.
Cuando esta fuerza se acababa creían que el cuerpo se detenía volviendo
a lo que consideraban su estado natural. De esta suposición se
desprendía que un cuerpo más pesado (mayor fuerza interior) debía caer
más de prisa que un cuerpo liviano. Fue Galileo Galilei (1564
- 1642) el primero en darse cuenta de lo
falso de esta hipótesis. Desde lo alto de la Torre de Pisa dejó caer,
desde la misma altura, dos esferas de igual tamaño pero de diferente
peso, ambas cayeron el mismo tiempo. (Si no lo crees toma dos objetos de
diferente peso y déjalos caer desde una misma altura)
Galileo
estudió las causas del movimiento pero fue Newton (1641 – 1727) quién
les dio forma y las compiló en tres principios a los que hoy llamamos
principios de Newton.
Principios de Newton
Si para
mantener un cuerpo en movimiento no hace falta una fuerza, entonces,
¿qué se necesita?. La respuesta es: nada.
Si mueves el
pié sobre el piso vas a sentir como "algo" se opone a ese
deslizamiento. Si el piso está encerado ese "algo" disminuye en
intensidad, hasta podríamos imaginar una superficie tan encerada que esa
resistencia desaparecería por completo. En esta situación, luego de
impulsarnos, nada nos detendría, seguiríamos a velocidad constante y en
línea recta.
Hagamos un
pequeño experimento.
Toma
un papel, un lápiz y colócalos como muestra la figura. Tira fuerte del
papel. ¿Por qué no se mueve el lápiz del lugar?. Piensa que estás
haciendo fuerza sobre el papel, al lápiz no lo tocas, ¿Por qué debería
moverse?
Si no
aplicamos una fuerza exterior a un cuerpo este permanece quieto o
moviéndose a velocidad constante y en línea recta. (M. R. U.)
Acabamos de
enunciar el primer principio de Newton que se llama
principio de inercia.
Sigamos
analizando el sistema papel - lápiz.
Vuelve
a armar el dispositivo. Mueve el papel lentamente; esta vez el lápiz se
mueve también. ¿A qué se debe este comportamiento?. Si tiras fuerte del
papel el lápiz se queda en un mismo lugar, pero si tiras despacio el
útil de escritura acompaña al desplazamiento.
La clave de
lo que sucede está en la fuerza que realizamos para sacar al papel.
Tomemos un libro y coloquémoslo sobre el papel y repitamos la
experiencia. Si tiramos con fuerza del papel el libro no se mueve, si
tiramos despacio se mueve con él. Si colocamos varios libros
sucesivamente sobre el papel llegará el momento en que, tirando
suavemente de él, no podamos mover el sistema. Existe una interacción
entre la superficie de contacto del papel y la de los libros, existe una
fuerza que se opone a este movimiento, esta fuerza se denomina
fricción.
La
fricción es la responsable que un cuerpo
que está en movimiento sobre el suelo se detenga.
"Ya sea para
arrancar, detener, acelerar o desacelerar una partícula siempre debemos
aplicar una fuerza exterior a él ".
La fuerza y
la aceleración son dos magnitudes vectoriales directamente
proporcionales, F ~ a.
Matemáticamente se necesita una magnitud constante para establecer una
igualdad, físicamente esa constante es la masa del cuerpo:
F = m . a
Por
supuesto que no siempre que apliquemos una fuerza podremos mover un
cuerpo, si no trata de mover una pared.
Hagamos
nuevamente un pequeño experimento.
Saluda a la
persona que tengas al lado dándole la mano; el sistema mano – mano no se
mueve en dirección derecha o izquierda, por que en él intervienen dos fuerzas, una de cada mano.
Estas fuerzas tienen la misma dirección, la misma intensidad (módulo)
pero sus sentidos son opuestos.
También
vemos este par de fuerzas (del mismo módulo, igual acción a la otra
reacción.
dirección y sentidos
opuestos) al aplaudir. Nuestras manos se mueven en sentidos opuestos,
chocan. En el momento del choque, cada mano hace fuerza sobre la otra.
La superficie de la piel "reacciona" a esa fuerza con otra de igual
intensidad, igual dirección y sentido opuesto. A una de ellas se la
denomina acción a la otra
reacción.
Otro ejemplo,
cuando estamos parados, a nuestro peso (acción) se opone la fuerza del
piso que nos sostiene (reacción), de otro modo se rompería y caeríamos.
Resumiendo,
siempre tenemos dos opciones: podemos o no aplicar una fuerza. Si no la
aplicamos una fuerza exterior estamos frente al
principio de inercia. Si la aplicamos una fuerza exterior,
también tenemos dos posibilidades: el cuerpo puede moverse o quedarse
quieto. Si se mueve, estamos frente al segundo principio de Newton, el
principio de masa. En caso de que no se
mueva estamos frente al tercer principio de Newton, el
principio de acción y reacción.
Al resolver
un problema lo primero que debemos fijarnos es que principio se cumple.
Que simplificación tan excelente de las leyes de Newton.
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