LAS LEYES DE LA MECANICA DE NEWTONç

CARLOS NOEL SARACHO ESQUIVEL

LAS LEYES DE NEWTON

OBJETIVOS

• Demostrar mediante tres sencillos experimentos el fundamento teórico que poseen las tres leyes del movimiento de Newton.

• Explicar de manera clara y sencilla la aplicación de estas tres leyes a los diferentes inventos realizados por el hombre.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Isaac Newton; matemático, físico y astrónomo inglés, nacido en Woolsthorpe el día de navidad de 19421 y muerto en Londres el 1727, siendo enterrado en el pabellón de los hombres ilustres de la abadía de Westminster.

Se inmortalizó por el descubrimiento de las leyes de la mecánica y la gravitación universal, su explicación de la descomposición de la luz en los diferentes colores, y por sus nobles trabajos relativos al álgebra i la geometría, así como la invención (de forma independiente de Lebnitz) del cálculo diferencial.

Otros de sus descubrimientos o invenciones importantes son:

• Telescopio reflector de Newton.

• Obtención de los anillos de Newton (un fenómeno óptico que se produce por la refracción de la luz en materiales de grosor variable).

•Otros fenómenos ópticos como anillos de interferencias y el disco de luz blanca.

• Tubo de vacío para demostrar la caída de materiales.

Estudió en el colegio Trinidad (trinity college) de la universidad de Cambridge. Siguiendo técnicas de su maestro Barrow, familiarizándose con la geometría de Descartes y la aritmética de Wallis, descubrió el método de las tangentesy el cálculo de funciones directas e indirectas (nuestras actuales derivadas), así como el teorema del binomio que lleva su nombre. En 1665 comenzó a pensar sobre la teoría de la gravitación universal, cuando (según la leyenda) le cayó una manzana en su jardín de Woolsthorpe. En 1671 expuso su hipótesis de la composición de la luz blanca, completando de esta forma la explicación dada por Descartes a los fenómenos como el arco iris y la reflexión. En 1675 comunicó a la docta corporación su explicación de los diferentes colores de los cuerpos expuestos a la luz blanca. De la misma forma, dio a conocer la teoría de los colores producidos por la superposición de líneas finas (anillos de Newton). Fue nombrado inspector, y posteriormente director, de la Real Casa de la Moneda, en 1696 y 1699 respectivamente. Seis años más tarde fue nombrado caballero por la reina Ana.

LOS DESCUBRIMIENTOS E INVENTOS

A continuación mostramos una lista de los principales descubrimientos e inventos que Newton aportó a la historia de la ciencia, son:

• Fuerza centrípeta: Del latín hacia el centro, es la fuerza resultante que causa de todo movimiento circular, dirigida hacia el centro y con una magnitud igual a V2/R, siendo, Relativa al radio de la circunferencia instantánea que describe la trayectoria. Esta ley, aplicada al movimiento de la luna, pudo ser la inspiración a la ley del cuadrado de la distancia de la gravitación universal.

• Descomposición de la luz en colores: Explicó el fenómeno mediante una teoría corpuscular de a descomposición de la luz blanca en los diferentes colores del arco iris en pasar por prismas transparentes.

• Gravitación universal: Cuantificó y describió la atracción de los cuerpos por el simple hecho de tener masa.

• Leyes de Kepler: Las demostró matemáticamente a partir de su teoría de la gravitación universal. Las leyes de Kepler sobre las órbitas de los planetas afirman que: 1.- las órbitas son elípticas, con el sol en un foco de la misma; 2.- el radio vector que une el planeta con el sol barre áreas iguales en tiempos iguales; 3.- el cubo del semieje mayor de la elipse orbital de cada planeta es proporcional al cuadrado del período que tarda el planeta.

• Hipótesis corpuscular de la luz: Intentó explicar diversos aspectos de la propagación de la luz suponiendo que estaba formada por pequeños proyectiles, corpúsculos. Ésta fue la teoría dominante hasta los experimentos de doble rendija de Young.

• Mecánica newtoniana: La mecánica es la parte de la física que se encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos y sus causas. La formulación newtoniana es la más sencilla y práctica en la mayoría de situaciones en que no intervienen correcciones relativistas y cuánticas.

• Óptica: Hizo diferentes adelantos en óptica, entre los que destaca el telescopio de reflexión. Probablemente el «Óptica» sea el segundo libro en importancia que publicó a lo largo de su vida.

• Leyes del movimiento: Las tres leyes que fundamentan la mecánica de Newton fueron publicadas en su libro más importante, los «"Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"».

Teoría del movimiento de Newton.-

La aceleración, la velocidad y la posición son cantidades vectoriales, es decir, para especificarlas completamente necesitamos indicar una dirección y sentido al mismo tiempo que la magnitud. Por ejemplo, en el movimiento circular uniforme, la velocidad y la aceleración son siempre perpendiculares: la aceleración, de valor V/s , siempre apunta hacia el centro de la trayectoria, mientras que la velocidad es tangente a la misma.

Los conceptos básicos de las leyes de los movimientos descritas en la obra magna de Isaac Newton son:

• Masa: la cantidad de materia que contiene un cuerpo, que mide la oposición de un cuerpo a cambiar su estado de movimiento.

• Cantidad de movimiento: en la mecánica newtoniana la cantidad de movimiento se define como el producto de la masa por la velocidad.

• Inercia: la inercia es la propiedad de los cuerpos con masa de oponerse al cambio en su estado de movimiento, es decir, la oposición que presentan a sufrir aceleración bajo influencia de una fuerza.

• Fuerza: es la acción que un cuerpo ejerce sobre otro produciendo uno de los siguientes efectos: cambiar el valor de la velocidad del cuerpo, desviarlo de su trayectoria inicial, producir una deformación o bien cancelar fuerzas producidas por otros cuerpos.

La forma en que la aplicación de una fuerza afecta a los valores de las otras propiedades del movimiento del cuerpo se resume en las tres leyes de Newton de la mecánica. La mecánica se divide en dos ramas importantes que son:

CINEMÁTICA Parte de la Física que estudia el movimiento de un cuerpo sin tomar en cuenta sus causas.

DINÁMICA Parte de la Física que estudia las causas

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