DISCUSION SOBRE LA TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCION Y REACCION
Cordiales y afectuosos saludos desde Venezuela para toda la comunidad de Steemit. En esta oportunidad les presento una pequeña discusión sobre LA TERCERA LEY DE NEWTON o LEY DE ACCION Y REACCION.
Esta ley, por lo general, no es bien presentada en los cursos de Física a nivel de bachillerato y en los cursos de Física General a nivel universitario. La discusión la hago como suelo presentarla a mis alumnos de la universidad. Espero que les sea de mucha utilidad, sobre todo, a aquellos Steemians que estén cursando Física o la hayan cursado en sus respectivas carreras.
Para iniciar la discusión sobre la Tercera Ley de Newton es necesario conocer los enunciados de las dos primeras leyes de Newton:
PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE INERCIA: Un cuerpo mantendrá su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme siempre y cuando la fuerza resultante (suma de fuerzas) actuante sobre el mismo sea nula.
SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE LA FUERZA: La fuerza resultante aplicada sobre un cuerpo es igual al cambio del momento lineal con respecto al tiempo. En el caso de que la masa sea constante, se enuncia como: la fuerza resultante aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración adquirida por el mismo.
A la segunda ley también se le denomina LEY FUNDAMENTAL DE LA DINAMICA, pues a partir de ella se puede describir el movimiento de cualquier partícula: posición, velocidad, aceleración, etc. Esta ley es la que proporciona la definición de fuerza que, como sabemos, es un vector.
LA TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCION Y REACCION
Si un cuerpo A aplica una fuerza (fuerza de acción) sobre otro cuerpo B, como respuesta el cuerpo B aplicará sobre el cuerpo A una fuerza (fuerza de reacción) de igual magnitud y de sentido opuesto. |
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Cuando se da lo anteriormente enunciado, se dice que los cuerpos A y B interactúan entre sí y las fuerzas de acción y reacción están situadas sobre la misma recta, es decir, su línea de acción. En realidad, no importa a qué fuerza se le denomine acción o reacción. Cuando identificamos una como la acción, la otra será la reacción. Esta ley representa una cierta simetría en la naturaleza: las fuerzas siempre ocurren en pares, y un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre otro sin experimentar él mismo una fuerza. Con muchísima frecuencia, nos referimos a esta ley como una de acción-reacción, donde la fuerza ejercida es la acción y la fuerza experimentada como consecuencia es la reacción. Para interpretar correctamente la anterior ley suelo presentarles a mis estudiantes la siguiente discusión:
Supóngase que una persona sobre patines (ver figura 1) se posiciona en reposo frente a una pared sólida de ladrillos. Luego esta persona (cuerpo A) aplica una fuerza sobre la pared (cuerpo B) que, por el enunciado de la tercera ley, responde con una fuerza igual en magnitud y opuesta en sentido sobre la persona. Acto seguido, la persona comienza a moverse alejándose de la pared pero ¿cómo es esto posible?, ¿no contradice esto lo enunciado por la primera ley?.
Las anteriores preguntas surgen por lo siguiente: si las dos fuerzas son iguales en magnitud y opuestas en sentido, entonces su suma es nula ¿cierto?. Bien, según el enunciado de la primera ley se tiene que: si originalmente un cuerpo está en reposo (como lo estaba la persona frente a la pared) y la fuerza resultante actuante sobre el mismo es nula (como ocurre cuando la persona aplica fuerza sobre la pared y ésta responde con una fuerza igual y opuesta) entonces debería permanecer en reposo, sin embargo, ¡la persona se mueve!. Entonces, ¿dónde está el error en el anterior razonamiento?. El error está en sumar ambas fuerzas (la fuerza de acción y la de reacción). Estas fuerzas no se pueden sumar ya que sus puntos de aplicación están en cuerpos distintos (el de la acción está en A y el de la reacción en B) y para que dos o más fuerzas puedan sumarse (dos o más vectores en general), sus puntos de aplicación deben estar en un mismo cuerpo. Por lo tanto, la fuerza de B se aplica netamente sobre A haciendo que se mueva. Esto último está en completa correspondencia con la primera ley ya que al actuar una fuerza resultante no nula sobre la persona que está origininalmente en reposo, hará que comience a moverse (claro está, si esta fuerza es lo suficientemente elevada tal que se pueda vencer la fricción existente en las ruedas de los patines y entre éstas y el suelo).
De lo anterior se concluye que:
La fuerza de acción y la fuerza de reacción actúan sobre cuerpos distintos. |
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Existe una inmensa variedad de situaciones donde dos fuerzas iguales y opuestas actúan sobre el mismo objeto, cancelándose una a otra, de manera que no ocurre aceleración alguna (o siquiera movimiento). Esto no es un ejemplo de la tercera ley, sino de equilibrio entre las fuerzas.
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Ahora bien, ¿qué ocurre con una persona que se para en reposo sobre el piso? (ver figura 2). Justo después de leer esta pregunta se responderán: ¡obvio! la persona permanecerá en reposo. Pues sí, eso es lo que ocurre. Pero, ¿esto no contradice el enunciado de la primera ley?. Si la persona está originalmente en reposo y actúa sobre ella una fuerza resultante no nula (la fuerza de reacción del piso, que es perpendicular al mismo y suele llamarse Fuerza Normal), debería comenzar a moverse en la dirección de la fuerza (pues la fuerza de acción y de reacción no se anulan entre sí), es decir, verticalmente hacia arriba. Entonces, ¿qué es lo que ocurre?. En realidad, lo que ocurre es que el peso de la persona actúa como una "fuerza de resistencia" en esa dirección y la fuerza de reacción (que tiene el mismo módulo que el peso) no es capáz de superarlo, por esta razón la persona no se mueve verticalmente hacia arriba.
Suponte ahora que tienes una pelota (ver figura 3), en principio, indeformable (un sólido rígido). Si se deja caer una pelota con esta característica sobre un piso igualmente rígido, ocurrirá que la pelota rebotará siguiendo la misma trayectoria de la caída hasta alcanzar la altura inicial, pues no habrá pérdida de energía en deformación de la pelota y deformación del piso. Pero, ¿por qué rebota?. La pelota al tocar el piso lo hace con una determinada fuerza (fuerza de acción) que es superior al peso de la misma, originando (por la tercera ley) una fuerza de reacción del piso igual en magnitud y opuesta en sentido haciendo que la pelota se mueva hacia arriba después del impacto. Si esta fuerza no fuese superior al peso, la pelota no rebotaría. En el caso de que la pelota pueda penetrar el piso, mientras más lo penetre menor será la fuerza de impacto. Si penetra una distancia igual a la altura de la caída, entonces la fuerza de impacto será igual a su peso. En la web http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/flobi.html puedes hacer el cálculo de esa fuerza de impacto.
ALGUNOS EJEMPLOS DONDE ESTA PRESENTE LA TERCERA LEY DE NEWTON
La tercera ley está presente en todas partes. En lo siguiente te presentaré algunos ejemplos donde podemos ver en acción la tercera ley:
ENTRE LAS RUEDAS DE UN CARRO Y EL ASFALTO DE LA CARRETERA: cuando las ruedas de un carro empujan en contra del asfalto (acción), asfalto empuja en contra de las ruedas (reacción): el asfalto y las ruedas se empujan entre sí.
Figura 4: INTERACCION ENTRE LAS RUEDAS DE UN AUTOMOVIL Y EL ASFALTO (Fuente de la imagen: Hewitt, P. G. FISICA CONCEPTUAL. PEARSON EDUCACION, México, 2007 - Página 76) CUANDO NADAMOS: cuando nadamos, por ejemplo en una piscina, interaccionamos con el agua que empujamos hacia atrás (acción) con las manos y pies, en tanto que el agua nos empuja hacia adelante (reacción) al mismo tiempo: nosotros y el agua nos empujamos mutuamente.
Figura 5: PERSONA NADANDO (Fuente del gif animado) EN LOS COHETES: cuando se enciende el combustible de un cohete, éste expulsa gases por su parte trasera lo cual produce una fuerza (acción) que origina una fuerza contraria (reacción) haciendo que el cohete se mueva en sentido contrario al sentido en que se expulsan los gases: los gases y el cohete se empujan mutuamente.
Figura 6: LANZAMIENTO DE UN COHETE (Fuente del gif animado) CUANDO SE TIRA DE UN RESORTE: supongamos que tenemos un resorte que hemos fijado a una pared fija. Si tiramos del resorte (acción), el resorte responderá tirando de nosotros en sentido contrario (reacción): nosotros y el resorte nos empujamos mutuamente.
Figura 7: PERSONA TIRANDO DE UN RESORTE (Modificación de la imagen original) CUANDO DISPARAMOS UN CAÑON: al disparar un cañón se produce una interacción entre el cañón y la bala. La repentina fuerza que el cañón ejerce sobre la bala es exactamente igual y opuesta a la fuerza que ejerce la bala sobre el cañón; por eso éste retrocede (da un culatazo). La bala acelera más que el cañón debido a su menor masa.
Figura 8: CAÑON AL SER DISPARADO (Fuente de la imagen) CUANDO MARTILLAMOS: cuando martillamos una estaca de madera, el martillo ejerce una fuerza contra la estaca (acción) al mismo tiempo que la estaca ejerce una fuerza sobre el martillo (reacción): cada uno ejerce la misma fuerza sobre el otro.
Figura 9: MARTILLO INTERACTUANDO CON UNA ESTACA (Fuente de la imagen: Hewitt, P. G. FISICA CONCEPTUAL. PEARSON EDUCACION, México, 2007 - Página 75)
BIBLIOGRAFIA QUE PUEDES CONSULTAR PARA AMPLIAR CONOCIMIENTOS
Serway, R. A. FISICA, volume 1. McGraW-Hill, Mexico, 4ta edition, 1997.
Yavorski, B. M. & Detlaf, A. A. MANUAL DE FISICA. Editorial MIR, Moscú, 1977.
Savéliev, I. V. CURSO DE FISICA GENERAL 1, volume 1. Editorial MIR, Moscú, 1984.
Giancoli, D. C. FISICA GENERAL, volume 1. Prentice-Hall Hispanoamericana, SA, México, 1988.
Koshkin, N. & Shirkevich, M. HANDBOOK OF ELEMENTARY PHYSICS. Foreign Languages Publishing House, Moscow, 1968.
Espero que la anterior información les sea de mucha utilidad.
Hasta mi próximo post. ¡Saludos a todos! 😁.
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Thanks thanks for the info @steemstem-bot. Regards!.
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Me gusto, tenia mucho tiempo que no leía sobre las leyes de newton, para mi, la ley de Arquímedes es la misma 3 ley de Newton solo que esta se aplica en el agua.
Gracias por tu comentario y apoyo @carlosgerdet. Es parecido lo del Principio de Arquímedes. Ya te estoy siguiendo. Sígueme, si es de tu gusto. Saludos!.
Mi hermano perijanero @tsoldovieri, felicitaciones por el post. Presentas una discusión completa y profunda de la Tercera Ley de Newton, que invita a una reflexión sobre la misma. ¡Saludos y abrazos!
Gracias mi perijanero hermano @hugobohor. Siempre tus comentarios son muy buenos. Saludos!.
Gracias a ti hermano perijanero @tsoldovieri por presentarnos posts de calidad. ¡Saludos!
Excelente trabajo amigo @tsoldovieri. Felicitaciones!
Gracias amiga @ufv. Saludos!.