Leyes de Newton: Conceptos Fundamentales de Dinámica, Trabajo, Potencia y Peso

Leyes de Newton: Inercia, Dinámica e Interacción

Primera Ley de Newton: Principio de Inercia

Si desde un sistema inercial, un cuerpo está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, permanecerá en ese estado hasta que una fuerza actúe sobre él.

Un sistema de referencia inercial es un sistema en el cual los observadores no están sometidos a interacciones de ningún tipo. Se toma la Tierra como sistema de referencia universal, aunque no lo sea estrictamente debido a sus movimientos de rotación.

Segunda Ley de Newton: Ley Fundamental de la Dinámica

Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, cambia su velocidad en intensidad o dirección. Esto significa que el cuerpo adquiere aceleración. La fuerza y la aceleración se relacionan mediante la siguiente fórmula:

∑F = m * a

Donde:

• ∑F: Sumatoria de fuerzas aplicadas (en Newtons, N).
• m: Masa del cuerpo (en kilogramos, kg).
• a: Aceleración del cuerpo (en metros por segundo al cuadrado, m/s²).

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton (1 N = 1 kg * m/s²).

Una consecuencia importante de esta formulación es que torna equivalentes el movimiento rectilíneo uniforme y el reposo. Ambos son estados posibles libres de fuerzas; el reposo y el movimiento son relativos.

Tercera Ley de Newton: Principio de Interacción (Acción y Reacción)

Cada vez que un cuerpo ejerce una fuerza (F) sobre otro cuerpo, este último aplica una fuerza sobre el primero de igual valor y sentido contrario a la fuerza.

Fórmula:

F₁₂ = -F₂₁

Donde F₁₂ es la fuerza que recibe el cuerpo 1 por acción del cuerpo 2, y -F₂₁ es la fuerza que recibe el cuerpo 2 por acción del cuerpo 1.

Trabajo, Potencia y Peso

Trabajo

El trabajo (W) es una magnitud física escalar (numérica, no vectorial). Se expresa en unidades de energía, que en el Sistema Internacional son los Joules (J).

Es el producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento. Es la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza.

Fórmula:

W = F * d * cos(θ)

• W: Trabajo (en Joules, J).
• F: Fuerza (en Newtons, N).
• d: Desplazamiento (en metros, m).
• θ: Ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del desplazamiento.

Peso

Llamamos peso (P) de un cuerpo a la fuerza con que la Tierra lo atrae. Por la ley fundamental de la dinámica, como la aceleración (a) de un cuerpo bajo la acción de la fuerza peso es la gravedad (g), resulta que:

P = m * g

• P: Peso (en Newtons, N)
• m: Masa (en kilogramos, kg).
• g: Aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s² en la superficie de la Tierra).

La masa es invariable, vale igual en la Tierra, en la Luna y en el espacio. No así el peso, puesto que el valor de la gravedad cambia de acuerdo con la masa del cuerpo atrayente y la distancia con respecto al mismo.

Potencia

La potencia (P) es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo. La potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:

P = W / t

• P: Potencia (en Watts, W).
• W: Trabajo (en Joules, J).
• t: Tiempo (en segundos, s).

Como W = F * d, también se puede expresar la potencia como:

P = F * v

Donde v es la velocidad

Unidades de Potencia

Existen diferentes sistemas de unidades para medir la potencia:

• Sistema Internacional (SI): Watt (W). 1 W = 1 J/s.
• Sistema Inglés: Caballo de fuerza (HP). 1 HP ≈ 745.7 W.
• Sistema Técnico: Kilográmetro por segundo (kgm/s). 1 kgm/s ≈ 9.8 W.

Relaciones entre unidades:

• 1 J = 1 N * m = 1 kg * m²/s²