¿Cómo describen las tres leyes de Newton toda la mecánica clásica?

Las tres leyes de Newton y su papel en la mecánica

Las tres leyes de Isaac Newton (1643-1727) constituyen la base conceptual y matemática de la mecánica clásica. Expresan, en forma de ecuaciones, las relaciones fundamentales entre los conceptos de fuerza, masa y aceleración. Estas leyes, publicadas en los *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica* en 1687, permitieron comprender y predecir los movimientos de los objetos terrestres y celestes con notable precisión.

Primera ley: el principio de inercia

La primera ley, llamada principio de inercia, afirma que un cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza resultante. Puede formularse con la ecuación: \(\sum \vec{F} = 0 \Rightarrow \vec{v} = \text{constante}\). Esta ley enuncia la existencia de un sistema de referencia inercial en el que los objetos no experimentan aceleración neta.

Segunda ley: la dinámica del movimiento

La segunda ley relaciona cuantitativamente la fuerza aplicada con la variación de la velocidad. Se escribe: \(\sum \vec{F} = m \vec{a}\), donde \(m\) es la masa del cuerpo y \(\vec{a}\) su aceleración. Esta ecuación expresa el núcleo de la mecánica newtoniana: toda variación del movimiento es causada por una fuerza, y la proporcionalidad depende de la masa. En un sistema de referencia no inercial, es necesario introducir fuerzas ficticias para restablecer esta relación.

Tercera ley: acción y reacción

La tercera ley establece que para toda acción ejercida por un cuerpo A sobre un cuerpo B, existe una reacción igual y opuesta ejercida por B sobre A. Matemáticamente, se escribe: \(\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}\). Este principio de acción-reacción expresa la simetría de las interacciones y la conservación de la cantidad de movimiento en un sistema aislado. Así, cuando un cañón dispara un proyectil, la fuerza que acelera el proyectil genera simultáneamente un retroceso del cañón.

Las tres leyes unificadas: fundamento de la mecánica clásica

En conjunto, estas tres leyes permiten describir cualquier situación mecánica a escala humana o planetaria: caídas, oscilaciones, órbitas o colisiones. Introducen una causalidad clara entre las fuerzas y los movimientos, y convierten la masa en una constante universal que vincula la energía mecánica a las interacciones. Este marco dominó la física hasta la aparición de la relatividad especial, formulada por Albert Einstein (1879-1955) en 1905, que muestra que las leyes de Newton son solo una aproximación válida cuando la velocidad es mucho menor que la de la luz \(v \ll c\).

N.B.:
Las leyes de Newton dejan de ser exactas a velocidades relativistas o a escala de partículas subatómicas. Entonces son reemplazadas por las leyes de la relatividad y la mecánica cuántica. Sin embargo, en el 99,9% de los casos prácticos, siguen siendo perfectamente válidas y se utilizan en todas las disciplinas de la ingeniería.

Fuente: Stanford Encyclopedia of Philosophy – Laws of Motion y Physics.info – Newton’s Laws.