Ecuación de las tres leyes de Newton

F = ma

Las famosas leyes de Newton (1642-1727) son fundamentales en la mecánica clásica, describen el movimiento de un objeto bajo la acción de fuerzas. Las dos primeras leyes de Newton se describen en latín en la edición original de los Principia Mathematica de 1687.

Las tres leyes de Newton:
• La primera ley de Newton, también conocida como principio de inercia, establece que todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sobre él actúe alguna fuerza. Esto significa que si no se ejerce ninguna fuerza sobre el objeto, está estacionario o en movimiento rectilíneo uniforme. Además, fue Galileo (1564-1642) quien describió por primera vez este fenómeno.
• La segunda ley de Newton establece que la fuerza aplicada a un cuerpo es proporcional a la aceleración que produce.
Esta ley se puede expresar matemáticamente mediante la ecuación: F = ma, donde F (en Newtons) es la fuerza neta aplicada a un objeto, m (en kg) es la masa del objeto y a (en m/s ²) es la aceleración del objeto. Si la fuerza neta sobre un objeto es cero, entonces su aceleración es cero, lo que significa que el objeto no acelera sino que permanece en movimiento a una velocidad constante.
• La tercera ley de Newton, también llamada ley de acción y reacción, establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Esto significa que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo, este último ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primer cuerpo.

¿Para qué sirve F = ma?
Las leyes de Newton describen cómo se mueven los objetos en respuesta a las fuerzas que actúan sobre ellos. Permiten comprender cómo se mueven, giran, aceleran y ralentizan los objetos, pero también cómo se moverán los objetos en el futuro en función de las fuerzas que actúen sobre ellos.

Esta ley establece la conexión entre la fuerza y ​​el movimiento. A menudo queremos hacer el vínculo entre la fuerza y ​​la velocidad (¿qué fuerza debo aplicar para alcanzar tal velocidad?). Es útil en muchos campos, como aeroespacial, robótica, gravedad, dinámica de fluidos, electromagnetismo, óptica, etc.

Ejemplo de cálculo
Supongamos que un objeto tiene una masa de 1 kg y se le aplica una fuerza constante de 1 N. Según la segunda ley de Newton (F = ma), la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración.
Así, podemos usar la fórmula F = ma para calcular la aceleración del objeto: 1 N = 1 kg x a
Así, tenemos: a = 1 N / 1 kg ⇒ a = 1 m/s²
La fuerza de 1 N aplicada al objeto de 1 kg produce una aceleración de 1 m/s².
Más específicamente, esto significa que el objeto gana una velocidad de 1 metro por segundo por cada segundo que se mueve. Por ejemplo, si el objeto estaba estacionario inicialmente, después de un segundo de aplicar la fuerza de 1 N se movería a una velocidad de 1 m/s, después de dos segundos se movería a una velocidad de 2 m/s, después de tres segundos se movería a una velocidad de 3 m/s, y así sucesivamente.

N.B.: un newton (símbolo N) es una unidad de medida derivada del sistema internacional (SI) que mide la fuerza. Se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de 1 kilogramo a una aceleración de 1 metro por segundo cuadrado (1 m/s²).
En otras palabras, 10 N representa una fuerza que es capaz de producir una aceleración de 1 m/s² sobre un objeto de 10 kg de masa. Pero además, 10 N representa una fuerza capaz de producir una aceleración de 10 m/s² sobre un objeto de 1 kg de masa. 1 m/s representa una velocidad de 3,6 km/h (aproximadamente la velocidad de caminar).

Imagen: F = ma, donde F (en Newton) es la fuerza neta aplicada a un objeto, m (en kg) es la masa del objeto y a (en m/s2) es la aceleración del objeto.
Para alcanzar una velocidad de 36 km/h (10 m/s) en 1 segundo, un automóvil que pesa 1 tonelada (1000 kg) debe ser empujado por una fuerza de F = 1000 x 10 N. Pero para alcanzar una velocidad de 36 km/h en 10 segundos la fuerza será F = 1000 x 1 N.