Fuerza y leyes de Newton

Una manzana cae, un auto frena, un cohete despega: debajo de cada caso está lo mismo: la fuerza. Hace trescientos años, Newton escribió tres leyes que explican exactamente por qué las cosas se mueven como lo hacen, y todavía abren todos los libros de física de hoy.

Fuerza: un empuje o un jalón

Una fuerza es un objeto empujando o jalando a otro, y se mide en newtons (N): sostener una manzana requiere alrededor de 1 N. Las fuerzas tienen dirección, y todas las fuerzas sobre un objeto se combinan en una sola fuerza neta:

Fuerza neta 0 (fuerzas equilibradas): el objeto permanece quieto o sigue moviéndose en línea recta a velocidad constante, como un empate en una cuerda o un auto que avanza de forma constante;
Fuerza neta distinta de 0: el movimiento cambia: acelera, desacelera o gira.

Las fuerzas más conocidas son la gravedad (la Tierra jalando hacia abajo) y la fricción (que se opone al deslizamiento entre superficies). Rapidez y movimiento describió qué tan rápido; aquí explicamos por qué cambia lo rápido.

La primera ley: inercia

Primera ley de Newton: sin fuerza o con fuerza neta cero, un objeto permanece en reposo o sigue moviéndose en línea recta a velocidad constante. Esta resistencia a cambiar el movimiento se llama inercia.

Cuando un auto frena bruscamente, el auto se detiene pero tu cuerpo intenta seguir a la velocidad anterior: el cinturón de seguridad se encarga de esa inercia y te jala de vuelta al asiento. Usar cinturón no es una formalidad; es la primera ley protegiéndote.

La segunda ley: F = ma

$F = ma$

Cuanto mayor es la fuerza neta, más intensa es la aceleración; cuanto mayor es la masa, más difícil es poner algo en movimiento. Un carrito de compras vacío se mueve con un toque ligero; uno cargado requiere verdadero esfuerzo. Misma fuerza, más masa, menos aceleración.

Ejemplo resuelto: acelerar un auto

Un auto de masa $m = 1000$ kg necesita acelerar a $a = 2\ \mathrm{m/s^2}$ . ¿Qué fuerza neta se requiere?

$F = ma = 1000 \times 2 = 2000\ \mathrm{N}$

Cárgalo hasta 2000 kg y los mismos 2000 N solo dan $a = F \div m = 1\ \mathrm{m/s^2}$ : cuanto más pesado es el auto, más lento se siente al responder.

La tercera ley: acción y reacción

Las fuerzas nunca vienen solas: cuando A empuja a B, B empuja de vuelta a A con la misma intensidad en la dirección opuesta. Al nadar, tus manos empujan el agua hacia atrás y el agua te empuja hacia adelante; un cohete expulsa gas hacia abajo y el gas impulsa el cohete hacia arriba. El par actúa sobre dos objetos diferentes, por eso nunca se cancelan.

Peso y masa

La masa (en kg) es cuánta materia contiene un objeto; el peso es la atracción de la gravedad sobre él (en N):

$W = mg$

con $g \approx 9.8$ N/kg. La masa permanece igual en todas partes; el peso sigue a la gravedad: en la Luna tu masa no cambia, pero tu peso baja a aproximadamente una sexta parte.

Ejemplo resuelto: ¿qué tan pesado eres?

Un estudiante de 30 kg siente una atracción gravitacional de $W = 30 \times 9.8 = 294$ N en la Tierra. En la Luna ( $g \approx 1.6$ N/kg) es solo $30 \times 1.6 = 48$ N; aun así, la masa sigue siendo 30 kg. La masa se mide en kg, el peso en N; mantenlos separados. Conversión de unidades también ayuda aquí.

Analizar fuerzas en tres pasos

Primero pregunta qué está empujando o jalando este objeto, y dibuja cada fuerza (la gravedad y la fricción casi siempre están presentes); luego asigna signos según la dirección; finalmente, súmalas. El movimiento obedece a la fuerza neta, no a una fuerza individual.

Compruébalo tú mismo

Cuestionario rápido

0 / 3 correctas0 / 3 correctas

1. Al frenar bruscamente, te inclinas hacia adelante y el cinturón te sostiene. ¿Qué ley está actuando?
2. ¿Qué fuerza neta le da a un auto de 1000 kg una aceleración de 2 m/s²?
3. Aproximadamente, ¿qué fuerza gravitacional actúa sobre una persona de 60 kg?