Las tres leyes de Newton: De la manzana que cae a los planetas que orbitan

Primera ley: El principio de inercia

Todo cuerpo persiste en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Esta primera ley, también llamada principio de inercia (propiedad de un cuerpo de conservar su estado de movimiento mientras no intervenga ninguna fuerza), establece que la velocidad no se modifica sin causa. En el universo, un planeta continúa su órbita no porque una fuerza lo empuje, sino porque ninguna fuerza lo frena.

Si la suma de las fuerzas externas es nula, también lo es la aceleración: \( \boldsymbol{\sum \vec{F}_{\text{ext}} = 0 \quad \Longleftrightarrow \quad \vec{v} = \text{constante}} \)

Ejemplo concreto: Una taza colocada sobre una mesa permanece inmóvil mientras las fuerzas que actúan sobre ella estén equilibradas. En el espacio interestelar, una sonda lanzada a 50.000 km/h continúa su camino indefinidamente a la misma velocidad, sin ralentizarse nunca, porque ninguna fuerza se opone a su movimiento.

Segunda ley: La relación entre causa y efecto

La segunda ley relaciona directamente la causa (fuerza) con el efecto (aceleración). En un referencial galileano (sistema de referencia (punto de vista vinculado a un objeto de referencia) no acelerado, en traslación uniforme con respecto a las estrellas lejanas), la suma de las fuerzas aplicadas a un objeto material es igual al producto de su masa por la aceleración que sufre. Cuanto mayor sea su masa, más difícil será modificar su movimiento. Esta resistencia al cambio se denomina inercia. La relación causal es ahora explícita: una fuerza siempre imprime una aceleración en la dirección en la que actúa: \( \boldsymbol{\sum \vec{F} = m \cdot \vec{a}} \)

Ejemplo concreto: Un carrito de compras vacío se pone fácilmente en movimiento con un simple empujón, pero cuando está cargado de compras, hay que empujar mucho más fuerte para lograr que se mueva. Si la masa se triplica, la fuerza debe triplicarse para obtener el mismo efecto.

Tercera ley: Acción y reacción

La acción siempre es igual a la reacción. Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, este último ejerce simultáneamente sobre A una fuerza de la misma intensidad, misma dirección pero sentido opuesto. Estas dos fuerzas actúan sobre cuerpos diferentes, por lo que no se anulan: \( \boldsymbol{\vec{F}_{A \to B} = - \vec{F}_{B \to A}} \)

Ejemplo concreto: Un cohete expulsa gases calientes hacia abajo a gran velocidad (acción). En reacción, estos gases ejercen un empuje de igual intensidad hacia arriba sobre el cohete, propulsándolo al espacio. Incluso en el vacío espacial, donde no hay aire que empujar, este principio sigue siendo plenamente efectivo porque las fuerzas actúan directamente entre el cohete y los gases expulsados. Este principio no requiere ningún soporte externo, a diferencia de lo que se cree comúnmente. Cuando el combustible se agota, el cohete mantiene su velocidad en el vacío espacial (primera ley), continuando su trayectoria sin ralentizarse.

Síntesis de las leyes del movimiento

Las tres leyes forman un sistema coherente. La primera define el marco (referencial inercial). La segunda cuantifica la relación dinámica. La tercera asegura la conservación de la cantidad de movimiento en un sistema aislado. Juntas, describen todos los movimientos, desde la caída de una manzana hasta las trayectorias planetarias.

N.B.:
Estas leyes, publicadas en 1687 en los Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, marcaron el nacimiento de la mecánica clásica. Su formulación ha permanecido inalterada desde el siglo XVII, prueba de su robustez.

• Fuente: Stanford Encyclopedia of Philosophy - Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (nueva ventana) y Encyclopædia Britannica - Newton's laws of motion (nueva ventana).