Conservación del Momento Lineal

De la segunda ley de Newton podemos deducir uno de los principios de conservación más importantes y generales de la física.

Si sobre un objeto o sistema no actúa ninguna fuerza (externa) neta o resultante, su momento lineal permanecerá constante.

Este principio tiene una gran aplicabilidad en muchas áreas de la física. Así, por ejemplo, es utilizado en los grandes aceleradores de partículas al estudiar las colisiones entre estas, donde ceden todo o parte de su momento lineal unas a otras mientras el momento total se mantiene constante, como se observa también en los choques entre bolas de billar.

Impulso Mecánico

Es una magnitud física que relaciona la fuerza neta que se ejerce sobre una partícula con el tiempo que está actuando.

El impulso (mecánico) comunicado a una partícula se emplea en modificar su momento lineal. Su unidad en el SI es el N·s o el kg·m·s⁻¹.

• El impulso es útil en aquellos casos en los que una fuerza intensa actúa durante un tiempo muy corto sobre una partícula; por ejemplo, el golpeo de una raqueta a una pelota de tenis.

Segunda Ley de Newton

Conocida también como ley fundamental de la dinámica, describe qué le ocurre a un cuerpo cuando actúa sobre él una fuerza neta.

Momento Lineal

La magnitud física que considera tanto la masa de un objeto como su velocidad, y que, por tanto, representa una medida de la dificultad que supondría detenerlo, recibe el nombre de momento lineal, cantidad de movimiento o ímpetu.

El momento lineal de un cuerpo es una magnitud vectorial que es directamente proporcional a su masa y a su velocidad.

De acuerdo con esta definición, el momento lineal de un cuerpo de masa m que se desplaza a una velocidad v se calcula de la siguiente manera: p = m v.

El momento lineal y la velocidad tienen la misma dirección y sentido (tangente a la trayectoria); su unidad en el SI es el kg·m·s⁻¹.

Enunciado de la Segunda Ley de Newton

Establece que la acción de una fuerza neta sobre un cuerpo de masa m dará lugar a una variación en el tiempo de su momento lineal.

Toda fuerza (neta o resultante) ejercida sobre un cuerpo provoca en este una variación temporal de su momento lineal.

Se define el newton (N) como la fuerza que, ejercida sobre un cuerpo de 1 kg, provoca que este comience a moverse con una aceleración de 1 m·s⁻².

• Si el cuerpo parte del reposo, se moverá con movimiento rectilíneo uniformemente acelerado en la dirección y el sentido de la fuerza resultante sobre él.

Varias partículas de distintas masas, m₁, m₂, …, tendrán la misma cantidad de movimiento si sus velocidades respectivas, v₁, v₂, …, son diferentes y se verifica que:

La tensión es la fuerza que se transmite a lo largo de una cuerda o cable cuando se ejerce una fuerza sobre uno de sus extremos.

Sabemos que la fuerza recibe también el nombre de interacción, pues requiere de la existencia de dos cuerpos, como mínimo.

• La ley de acción y reacción supone que las fuerzas, como resultado de una interacción, actúan siempre por parejas.
• Las fuerzas de acción y reacción aparecen simultáneamente, pero no se anulan entre sí al actuar sobre objetos diferentes; por eso, provocan efectos distintos.
• La tercera ley de Newton explica fenómenos tan cotidianos como, por ejemplo, por qué podemos movernos cuando caminamos, por qué avanzan los aviones o cohetes, por qué rebota una pelota lanzada contra una pared, etc.

Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (llamada acción), este responde al cuerpo A ejerciendo una fuerza de igual valor, pero de sentido contrario (llamada reacción).

Ley de las Áreas

En primer lugar, consideraba que entre el Sol y cada planeta debía existir una fuerza atractiva inversamente proporcional a la distancia de separación entre ambos.

En segundo lugar, para calcular el tiempo que tarda un planeta en cubrir una distancia grande (durante la cual cambia la distancia entre este y el Sol).

En tercer lugar, consideró que las órbitas de los planetas eran circulares.

Excentricidad

La excentricidad e de una curva nos indica cuantitativamente cuánto se desvía su forma de la de una circunferencia (cuya excentricidad es 0).

La excentricidad de una elipse está comprendida entre cero y uno, y se calcula de la siguiente manera:

Las excentricidades de las trayectorias elípticas de los planetas son, con pequeñas variaciones entre ellas, prácticamente iguales a 0.

A partir de las tres hipótesis anteriores, llegó a la siguiente conclusión:

El vector de posición de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en intervalos de tiempo iguales.

Momento Angular

Considera una partícula de masa m y velocidad v que gira en torno a un eje que se encuentra a una distancia r.

Su módulo es proporcional a la distancia r, al momento lineal de la partícula p y al seno del ángulo que forman ambos.

Su dirección es perpendicular al plano que forman los vectores r y v.

• Su sentido viene determinado por la regla del sacacorchos; es decir, por el sentido de avance de un sacacorchos que gira desde el vector r hacia el vector v, coincidiendo el origen de ambos y por el camino más corto.

Ley de Gravitación Universal

Dos partículas materiales cualesquiera del universo se atraen entre sí con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

La masa es la propiedad de la materia que origina la existencia de fuerzas gravitatorias atractivas entre los cuerpos.

El signo negativo de la expresión matemática indica que la fuerza gravitatoria tiene sentido contrario al vector unitario: es de carácter atractivo.