ESC. SEC. GENERAL.

NÚM. 7 “ISAAC NEWTON”

CD. MADERO TAMAULIPAS

Isaac Newton

CRISTAL LAMOGLIA

Materiales de soporte académico

REV. PROFR. R. RIVERA O.

Isaac Newton: SU VIDA, SU

OBRA.

1* Biografía de Isaac Newton

2* Concepto de fuerza

3* Primera ley

4* Segunda ley

5* Tercera ley

Biografía de Isaac Newton

Científico inglés (Woolsthorpe, Lincolnshire, 1642 - Londres, 1727). Hijopóstumo y prematuro, su madre preparó para él un destino de granjero;pero finalmente se convenció del talento del muchacho y le envió a laUniversidad de Cambridge, en donde hubo de trabajar para pagarse losestudios. Allí Newton no destacó especialmente, pero asimiló losconocimientos y principios científicos de mediados del siglo XVII, con lasinnovaciones introducidas por Galileo, Bacon , Descartes, Kepler y otros.

Tras su graduación en 1665, Isaac Newton se orientó hacia lainvestigación en Física y Matemáticas, con tal acierto que a los 29 años yahabía formulado teorías que señalarían el camino de la ciencia modernahasta el siglo XX; por entonces ya había obtenido una cátedra en suuniversidad (1669). Suele considerarse a Isaac Newton uno de losprotagonistas principales de la llamada «Revolución científica» del sigloXVII y, en cualquier caso, el padre de la mecánica moderna. Noobstante, siempre fue remiso a dar publicidad a susdescubrimientos, razón por la que muchos de ellos se conocieron con añosde retraso.

Newton coincidió con Leibniz en el descubrimiento del cálculo integral, quecontribuiría a una profunda renovación de las Matemáticas; tambiénformuló el teorema del binomio (binomio de Newton). Pero susaportaciones esenciales se produjeron en el terreno de la Física.

biografía

Sus primeras investigaciones giraron en torno a la óptica: explicando lacomposición de la luz blanca como mezcla de los colores del arco iris, IsaacNewton formuló una teoría sobre la naturaleza corpuscular de la luz y diseñóen 1668 el primer telescopio de reflector, del tipo de los que se usanactualmente en la mayoría de los observatorios astronómicos; más tarderecogió su visión de esta materia en la obra Óptica (1703).

También trabajó en otras áreas, como la termodinámica y la acústica; pero sulugar en la historia de la ciencia se lo debe sobre todo a su refundación de lamecánica. En su obra más importante, Principios matemáticos de la filosofíanatural (1687), formuló rigurosamente las tres leyes fundamentales delmovimiento: la primera ley de Newton o ley de la inercia, según la cual todocuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme si no actúasobre él ninguna fuerza; la segunda o principio fundamental de ladinámica, según el cual la aceleración que experimenta un cuerpo es igual ala fuerza ejercida sobre él dividida por su masa; y la tercera, que explica quepor cada fuerza o acción ejercida sobre un cuerpo existe una reacción igualde sentido contrario.

Biografía De estas tres leyes dedujo una cuarta, que es la más

conocida: la ley de la gravedad, que según la leyenda le fuesugerida por la observación de la caída de una manzana delárbol. Descubrió que la fuerza de atracción entre la Tierra yla Luna era directamente proporcional al producto de susmasas e inversamente proporcional al cuadrado de ladistancia que las separa, calculándose dicha fuerzamediante el producto de ese cociente por una constante G;al extender ese principio general a todos los cuerpos delUniverso lo convirtió en la ley de gravitación universal.

La mayor parte de estas ideas circulaban ya en el ambientecientífico de la época; pero Newton les dio el caráctersistemático de una teoría general, capaz de sustentar laconcepción científica del Universo durante varios siglos.Hasta que terminó su trabajo científico propiamente dicho(hacia 1693), Newton se dedicó a aplicar sus principiosgenerales a la resolución de problemas concretos, como lapredicción de la posición exacta de los cuerposcelestes, convirtiéndose en el mayor astrónomo del siglo.

biografía

Sobre todos estos temas mantuvo agrios debatescon otros científicos (comoHalley, Hooker, Leibniz o Flamsteed), en los queencajó mal las críticas y se mostróextremadamente celoso de sus posiciones. Comoprofesor de Cambridge, Newton se enfrentó a losabusos de Jacobo II contra la universidad, lo cual lellevó a aceptar un escaño en el Parlamento surgidode la «Gloriosa Revolución» (1689-90). En 1696 elrégimen le nombró director de la Casa de laMoneda, buscando en él un administrador inteligentey honrado para poner coto a las falsificaciones.Volvería a representar a su universidad en elParlamento en 1701. En 1703 fue nombradopresidente de la Royal Society de Londres. Y en 1705culminó la ascensión de su prestigio al ser nombradocaballero.

OBRAS: Un Concepto de

fuerza

Se hace una fuerza cuando:

“Cuando se empuja o tira de un cuerpo”

“Cuando se lanza o patea una pelota”

En general se asocia el concepto de fuerza al resultado

de la actividad muscular y al movimiento que ésta

produce en el cuerpo; sin embargo, una fuerza no

siempre implica movimiento. Por ejemplo, mientras está

usted leyendo y deleitándose con esta presentación, ¡ la

fuerza de gravedad esta actuando sobre usted !, y no

hay indicio alguno de efectos de esta fuerza sobre

usted.

Concepto de fuerza

Si consideramos el caso en que sobre un cuerpoestán siendo aplicadas fuerzas simultáneas, sepueden producir dos situaciones:

-Si la fuerza resultante o fuerza neta aplicada sobre elcuerpo es cero, su aceleración será cero, y suvelocidad constante.

-Si la fuerza neta es distinta de cero, el cuerpoposeerá aceleración , y por lo tanto, su velocidadvariará, respecto a como sea esta aceleración.

(Para ambos casos se le llama fuerza resultante a lasumatoria de las fuerzas aplicadas sobre este)

Primera ley de Newton

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que uncuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica unafuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimientouniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estadopor fuerzas impresas sobre él.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sísolo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneouniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie defuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él.

Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimientoestán sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, quelos frena de forma progresiva, algo novedoso respecto deconcepciones anteriores que entendían que el movimiento o ladetención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercíasobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como ésta, a lafricción.

Primera ley

En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniformeimplica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otraforma; un objeto en movimiento no se detiene de forma natural sino se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos enreposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si estacambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial desistemas de referencia conocidos como Sistemas de referenciainerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los quese observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerzaneta se mueve con velocidad constante.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referenciainercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuandosobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema dereferencia en el que el problema que estemos estudiando se puedatratar como si estuviésemos en un sistema inercial.

Primera ley

En muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la

Tierra es una buena aproximación de sistema inercial. Lo anteriorporque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración traslacional yrotacional estas son del orden de 0.01 m/s^2 y en consecuenciapodemos considerar que un sistema de referencia de un observadordentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.

Durante muchos años científicos y filósofos divagaron sobre estetema, hasta que Isaac Newton postuló su primera ley, delmovimiento inercial:

“Un objeto en reposo permanece en reposo y unobjeto en movimiento continuará en movimientocon una velocidad constante (es decir, velocidadconstante en una línea recta) a menos queexperimente una fuerza externa neta.”

Segunda Ley

Ya que solucionamos el caso en que la fuerzaresultante sobre un cuerpo es cero, ¿qué pasará enel caso de que la resultante sea distinta de cero?.La segunda ley responderá a esta pregunta:

Si aplicamos una fuerza (F) sobre un cuerpo demasa (m), en una superficie horizontal sinroce, este adquirirá una aceleración (a). Si sobreeste mismo cuerpo, y en las mismascondiciones, se aplica una fuerza de (2F), ésteadquirirá una aceleración de (2a). De lo anterior seconcluye:

“La aceleración de un cuerpo es directamenteproporcional a la fuerza aplicada sobre éste”

a F

Segunda ley

Con las dos observaciones anterioresconcluimos la segunda ley de Newton:

“La aceleración de un cuerpo esdirectamente proporcional a la fuerzaresultante que actúa sobre él, einversamente proporcional a su masa”

Por lo tanto, la fórmula de aplicación será:

F = m · a

Segunda ley

La segunda ley de newton plantea cuatro

consideraciones significativas:

1- con la misma masa, a mayor fuerza, mayor

aceleración.

2- con la misma masa, a menor fuerza, menor

aceleración.

3- con la misma fuerza, a mayor masa, menor

aceleración.

4- con la misma fuerza, a menor masa, mayor

aceleración

Segunda ley

La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo alteresu movimiento es necesario que exista algo que provoque dichocambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son elresultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el conceptode fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo esproporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. Laconstante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de maneraque podemos expresar la relación de la siguiente manera:

F = m a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, esdecir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido.

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y serepresenta por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercersobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera unaaceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2

Segunda ley

La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida paracuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo uncohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m · a.Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el casode sistemas en los que pueda variar la masa.

Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Estamagnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por laletra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por suvelocidad, es decir:

p = m · v

La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Esuna magnitud vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s .En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton seexpresa de la siguiente manera:

La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de lacantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,

F = dp/dt

Segunda ley

De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no seaconstante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando ladefinición de cantidad de movimiento y que como se deriva un productotenemos:

F = d(m·v)/dt = m·dv/dt + dm/dt ·v

Como la masa es constante

dm/dt = 0

y recordando la definición de aceleración, nos queda

F = m a

tal y como habíamos visto anteriormente.

Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton usando lacantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio deconservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que actúasobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:

0 = dp/dt

es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto altiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe serconstante en el tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es elPrincipio de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerzatotal que actúa sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento delcuerpo permanece constante en el tiempo.

Segunda ley

Ejemplo:

Supongamos que unbloque de masa m estáen reposo sobre unasuperficiehorizontal, las únicasfuerzas que actúansobre él son elpeso(P)= m·g y lafuerza y la fuerzanormal N.

De las condiciones deequilibrio se obtieneque la fuerza normal Nes igual al peso m·g

Segunda ley

Si ahora, el plano está inclinado un ángulo

, el bloque está en equilibrio en sentido

perpendicular al plano inclinado por lo que

la fuerza normal N es igual a la

componente del peso perpendicular al

plano, N=mg·cos

Segunda ley

FUERZA DE FRICCIÓN O ROZAMIENTO

Se define a la fricción comouna fuerza resistente que actúasobre un cuerpo, que impide oretarda el deslizamiento deeste respecto a otro o en lasuperficie que este en contacto.

Esta fuerza es siempretangencial a la superficie en lospuntos de contacto con elcuerpo, y tiene un sentido talque se opone al movimientoposible o existente del cuerporespecto a esos puntos.

Por otra parte estas fuerzas defricción están limitadas enmagnitud y no impedirán elmovimiento si se aplicanfuerzas lo suficientementegrandes

Tercera ley de Newton

Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton

las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre

otros.

LA TERCERA LEY DE NEWTON, también conocida como Principio

de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción

sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de

sentido contrario.

Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas

ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia

arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo

es la que nos hace saltar hacia arriba.

Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros

también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la

reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga

el intento de empujarnos a nosotros.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga

el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto

Tercera ley

La tercera ley de Newton establece:Si dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida sobreel cuerpo A por el cuerpo B, es igual y opuesta ala fuerza ejercida sobre el cuerpo B por el cuerpoA.”

Tercera ley

Lo establecido anteriormente es equivalente a

decir:

- las fuerzas ocurren siempre en pares, o

- no puede existir una fuerza aislada

individual.

Esta ley suele llamarse de acción y reacción.

Tercera ley

Un objeto pesado descansa sobre el piso, es jaladopor la Tierra con una fuerza mg. Sin embargo, no semueve en esa dirección, debido a que el piso lodetiene. Obviamente, el piso está ejerciendo sobre elobjeto una fuerza igual y opuesta –mg (velocidad v =0, aceleración a = 0).

Un elevador es levantado desde el nivel de la callehasta el 5to. piso. Este siente dos fuerzas: haciaabajo, su peso y el de la gente dentro de él, y haciaarriba, el jalón del cable el cual lo sostiene. Entrepisos, siempre y cuando el elevador no acelere, lafuerza neta debe de ser cero, porque las dos fuerzasdeben ser iguales y opuestas (v > 0, a = 0).

Tercera ley

En contraste, La tercera ley de Newton siempre

involucra a más de un objeto.

Cuando se dispara un arma de fuego, la fuerza del gas

producido debido a la quema de la pólvora, hace que la

bala salga. De acuerdo a la ley de Newton, el arma en sí

retrocede.

La punta de una gran manguera contra incendios tiene

asa, la cual los bomberos deben sostener con

firmeza, debido a que al salir el chorro de agua, la

manguera es enviada en sentido contrario de manera

visiblemente.

Los rociadores rotativos de un jardín trabajan con el

mismo principio. De manera similar, el movimiento hacia

adelante de un cohete viene de la reacción del rápido

chorro de gases calientes que salen de su parte trasera.

Tercera ley

Aquellos que estánfamiliarizados con botespequeños saben que antes debrincar del bote al muelle, esprudente que primero se amarreel bote a dicho muelle, ysujetarse del muelle antes debrincar.

De otra manera, al brincar, elbote se mueve "de maneramágica" retirándose delmuelle, con la posibilidad de nocaer en el muelle o de alejar elbote fuera de alcance.

Todo eso es la tercera ley deNewton: al impulsar el cuerpocon las piernas hacia elmuelle, ellas también aplican albote una fuerza igual en ladirección opuesta, lo cual loempuja retirándolo del muelle.

Tercera ley

la Tercera Ley de Newton nos dice que por

cada fuerza que actúa sobre un cuerpo éste

realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto

sobre el cuerpo que la produjo.

Si la Segunda Ley de Newton se considera la

Ley Fundamental de la Dinámica, por

establecer el concepto de fuerza como la

magnitud que relaciona la masa con el

movimiento, la Ley de Acción y Reacción tiene

un carácter más técnico o instrumental.