Fundamentos de las Leyes de Newton, Impulso y Cantidad de Movimiento

Primera Ley de Newton: Cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es 0, el cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. Se introducen dos conceptos clave:

• Fuerza: Es la causa del cambio producido en la velocidad de un cuerpo. Es decir, la fuerza provoca en el cuerpo sobre el que actúa una aceleración.
• Masa inercial: Es una propiedad de la materia que indica la resistencia de esta a que se modifique su estado de reposo o movimiento. La fuerza de inercia aparece en sistemas no inerciales y se opone a la causa que la provoca, haciendo que la resultante sea 0 si el sistema está en equilibrio.

Segunda Ley de Newton: Relaciona la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración que adquiere. Se puede enunciar diciendo: "La aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa inerte." Matemáticamente, se expresa como: F = m * a. Si sobre el cuerpo actúa más de una fuerza, la aceleración que adquiere es directamente proporcional a la resultante de todas las fuerzas.

Tercera Ley de Newton: Introduce el concepto de interacción como la idea de que, para que dos cuerpos se ejerzan fuerzas entre sí, es necesario que interactúen entre ellos. Este principio se enuncia: "Cuando sobre un cuerpo se ejerce una acción, este reacciona produciendo una fuerza igual y de sentido contrario a la del primero." Es importante destacar que estas fuerzas actúan sobre cuerpos distintos, por lo tanto, no se pueden anular aunque tengan la misma dirección y sentido.

Movimiento Lineal o Cantidad de Movimiento (P)

Es un vector cuyo módulo es el producto de la masa por la velocidad (V), y cuya dirección y sentido es la del vector velocidad. Su unidad en el S.I. es kg*m/s. Todo cuerpo que se esté moviendo a una cierta velocidad lleva asociado un movimiento lineal. Existe otra forma de definir la fuerza relacionándola con la variación del movimiento lineal: F = Δp/Δt.

Impulso Mecánico (I)

El efecto de una fuerza sobre un cuerpo es diferente dependiendo del tiempo (t) que esté actuando la fuerza. Por ello, se define una magnitud que tiene en cuenta el tiempo y se llama impulso (I), que es un vector que se define como el producto de la fuerza por el intervalo de tiempo: I = F * Δt. Tiene la misma dirección y sentido que la fuerza y su unidad es N*s. Hay una relación entre impulso y cantidad de movimiento: Δp = I.

Fuerza de Rozamiento (Fr)

• Factores: Rugosidad de la superficie, las fuerzas de cohesión o adhesión de los átomos o moléculas de los cuerpos en contacto.
• Características: Es un vector cuya dirección es paralela a la superficie de contacto, el sentido es contrario al movimiento, y el módulo es directamente proporcional a la fuerza normal (N). Fr = μ * N.
• Tipos: Estática (actúa cuando un cuerpo está parado y se intenta poner en movimiento) y dinámica (actúa cuando el cuerpo se mueve).

Principio de Conservación de la Cantidad de Movimiento

Un sistema de partículas es un conjunto de partículas de masas m1, m2, ... delimitadas por una superficie cerrada. Sobre el sistema pueden actuar dos tipos de fuerzas: las fuerzas interiores (las que se ejercen las partículas entre sí y cuya resultante es nula) y las fuerzas exteriores (Fext) al sistema, cuya resultante puede ser nula o no.

En un sistema, se cumple que si el sistema está aislado (la resultante de todas las fuerzas externas es nula), la cantidad de movimiento total del sistema se conserva.