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La infografía de las leyes de Newton condensa 3 principios simples que aún gobiernan la ingeniería, la biomecánica, la navegación espacial y, en menor escala, cada vez que se frena la bicicleta. De esta forma, a continuación, expondremos cuáles son los fundamentos teóricos y las aplicaciones más comunes de las leyes formuladas por Isaac Newton en 1687.
En esta infografía de las 3 leyes de Newton, hay que mencionar que este combinó la inercia de Galileo, las órbitas elípticas de Kepler y el método de fluxiones que desarrolló de forma privada durante la plaga de 1665-1666.
Al respecto, este reunió todo en Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, obra que demostró que la misma regla que explica la caída de una manzana describe el movimiento de la Luna.
De tal manera, las 3 leyes proporcionan la base para calcular trayectorias, diseñar estructuras y comprender fenómenos cotidianos como el retroceso de una pistola o el empuje de un cohete.
“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, salvo que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas impresas.”
En esta infografía de las leyes de Isaac Newton, se destaca que, la primera ley formaliza la idea de inercia, es decir, si no actúa ninguna fuerza neta, la velocidad de un cuerpo permanece constante.
Para que la ley se cumpla, se necesita un sistema en el que no existan aceleraciones externas.
El interior de un tren que avanza a velocidad constante o la superficie terrestre lejos del ecuador, en el que la rotación introduce pequeñas desviaciones, son buenos ejemplos prácticos.
Algunas de las aplicaciones de la primera ley de Newton son las siguientes:
En la infografía de las leyes de Newton, hay que destacar que la segunda se basa en que la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es proporcional a la razón de cambio de su cantidad de movimiento (F = dp/dt).
Si la masa es constante, la fórmula se simplifica a F = m·a.
Algunos de los casos especiales de la segunda ley de Newton o ley fundamental de la dinámica:
La mayoría de las máquinas terrestres, tales como los automóviles, puentes grúa, ascensores, se diseñan bajo esta premisa.
Conocer la masa fija y la aceleración requerida, basta para estimar motores, frenos y columnas de soporte.
En cohetería, la masa disminuye al expulsar gases. La ecuación de Tsiolkovski, un derivado directo de la segunda ley, vincula la velocidad máxima alcanzable con la razón entre masa inicial y masa final del vehículo.
El impulso es la integral de la fuerza en el tiempo y equivale al cambio de momento lineal. En deportes de raqueta, prolongar el contacto con la pelota aumenta el impulso y, por lo tanto, la velocidad de salida.
Algunas de las aplicaciones de la segunda ley de Newton son los siguientes:
“Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: las acciones mutuas de dos cuerpos son siempre de la misma magnitud y dirigidas en sentidos opuestos.”
En la infografía de las leyes de Newton, hay que resaltar las siguientes aplicaciones de la tercera ley:
El Principia se editó en 1687 gracias al apoyo financiero de Edmond Halley, autor también del prefacio. La segunda edición (1713) incorporó correcciones y la tercera (1726) perfeccionó definiciones, incluidas las célebres “Reglas del razonamiento en filosofía”.
En el siglo XVIII, Leonhard Euler y Joseph-Louis Lagrange reformularon las leyes en términos de energías y coordenadas generalizadas.
Laplace aplicó la gravitación a la dinámica del sistema solar, mostrando que las perturbaciones planetarias podían calcularse con precisión, reforzando la visión mecanicista del universo.
En esta infografía de Newton, hay que resaltar que sus leyes son exactas cuando las velocidades son pequeñas comparadas con la luz y cuando los campos gravitatorios son moderados.
En otros regímenes se requieren teorías más amplias:
Albert Einstein mostró en 1905 que la masa aumenta con la velocidad y, en 1915, que la gravedad no es una fuerza, sino la curvatura del espacio-tiempo producida por la energía.
En esta perspectiva, la segunda ley se reescribe con tensores y la órbita elíptica de Mercurio recibe una pequeña corrección, confirmado por observación en 1919.
La mecánica cuántica conserva la estructura de la dinámica clásica en valores promediados: el valor esperado de la posición y el momento de una partícula obedece la segunda ley si la fuerza deriva de un potencial, creando un puente entre el mundo cuántico y el macroscópico.
Esta infografía de las leyes de Newton muestra cómo son la base de la mayoría de los cálculos de ingeniería y de los simuladores digitales que entrenan a pilotos, diseñan motores o generan efectos especiales en cine.
Así pues, esta permite comprender que, a 3 siglos de distancia, la intuición de un joven de Lincolnshire todavía describe por qué se mueven las cosas y cómo es posible controlarlas.
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Cristina Polo Calvo
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