Las tres leyes de Newton

Primera ley del movimiento de Newton:

Cada cuerpo persevera en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en una línea recta, a menos que sea compelido a cambiar este estado por una fuerza ejercida sobre él.
Los proyectiles perseveran en sus movimientos, mientras no sean retardados por la resistencia del aire, o impelidos hacia abajo por la fuerza de gravedad. Un trompo, cuyas partes por su cohesión están perpetuamente alejadas de movimientos rectilínios, no cesa en su rotación salvo que sea retardado por el aire. Los grandes cuerpos de los planetas y cometas, encontrándose con menos resistencia en espacios más libres, preservan sus movimientos, tanto progresivos como circulares, por un tiempo mucho más largo.

Segunda ley del movimiento de Newton:

El cambio de movimiento es siempre proporcional a la fuerza motriz que se imprime; y se efectúa en la dirección de la línea recta según la cual actúa la fuerza. Newton nos legó una fórmula matemática para averiguar su trayectoria cuando actúa esa u otra fuerza:

F = ma

Fuerza igual masa por aceleración. Si una fuerza cualquiera genera un movimiento, una fuerza doble generará un movimiento doble, una fuerza triple un movimiento triple, ya sea que la fuerza actúe enteramente y de una vez, o gradualmente y sucesivamente. . .
Frente a la acción de una fuerza neta, un objeto experimenta una aceleración:
directamente proporcional a la fuerza neta
inversamente proporcional a la masa del objeto.

a = F/m
Recuerde, que
F es la fuerza neta

m es la masa en la cual actúa sobre ella la fuerza neta.
Es una herramienta poderosa para contestar con precisión preguntas como las siguientes: ¿qué órbitas son posibles para planetas y cometas ante la atracción del Sol? ¿Qué curva describe en el aire el ombligo de un bañista que se tira a la piscina desde un tablón? ¿Qué ángulo tiene que darle un futbolista a la pelota para que llegue lo más lejos posible? O, si el Sol y su séquito de planetas giran a novecientos mil kilómetros por hora en torno al centro de la galaxia, distante doscientos cuarenta mil billones de kilómetros, ¿cuál es la masa contenida en el interior?, etc. (Respuestas: las órbitas posibles son las que se forman por la intersección de un plano con un cono: el círculo, la elipse y la hipérbole; la curva del ombligo del bañista es una parábola; el ángulo es de 45 grados si dejamos fuera el freno del aire; la masa es de unas cien mil millones de masas solares, etc.)

Es, con la matemática de la segunda ley de Newton, que podemos calcular qué velocidad hay que imprimirle a un cohete para que se escape de la Tierra y se quede por ahí dando vueltas. Curiosamente, los cálculos que debemos realizar no dependen de la masa del cohete. Cualquier objeto de cualquiera de los tres reinos, incluido en ello una nave espacial, deben alcanzar la misma velocidad para escapar de las garras del planeta madre: cuarenta mil doscientos ochenticuatro kilómetros por hora o once mil ciento noventa kilómetros por segundo. Si es menos, el objeto vuelve a la Tierra. Si es más se escapa para siempre. Claro está, que cualquiera de los objetos que logren escapar de la atracción gravitatoria del planeta, perfectamente pueden ser capturados por la gravedad de otro planeta o del mismo Sol. De hecho, estimando cuidadosamente la velocidad para cada parte de la trayectoria a recorrer, gracias a lo que nos enseña esa famosa segunda ley, ha sido posible enviar naves espaciales no tripuladas a Marte y posarse en la superficie del planeta. Viajar por Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, como lo hicieron las naves Voyager en 1977. O orbitar a Júpiter y sus satélites como actualmente lo hace la Galileo.
Siempre aquí, salta la pregunta ¿y qué pasa con la luz? ¿puede escaparse? Aunque es un tema, dado la focalización literaria de este trabajo, que debemos de tratar con algunos detalles, aquí podemos señalar que la luz es distinta, se dice que no tiene masa, y por tanto la segunda ley parece no funcionar. Si sabemos que escapa, pues si no fuese así, profesionales como los astrónomos no tendrían trabajo, ya que no veríamos ni la Luna, ni el Sol, ni cuerpo alguno en el espacio, serían puros agujeros negros. Pero insisto, es una cuestión que volveremos sobre ella en más detalles en capítulos posteriores. Por ahora, sigamos con Newton y sus leyes.

Tercera ley del movimiento de Newton:

Esta tercera ley de Newton, también es conocida como de acción y reacción.
A cada acción se opone siempre una reacción igual: o las acciones mutuas de dos cuerpos uno sobre el otro, son siempre iguales, y dirigidas en sentido contrario. … .
En un sistema donde ninguna fuerzas externas están presente, cada fuerza de acción son iguales y opuestas, adquiriendo velocidades inversas proporcionales a sus masas. Si usted presiona una piedra con su dedo, el dedo también es presionado por la piedra… Si un cuerpo golpea contra otro, y debido a su fuerza cambia el movimiento del otro cuerpo, ese cuerpo también sufrirá un cambio igual, en su propio movimiento, hacia la parte contraria. Los cambios ocasionados por estas acciones son iguales, no en las velocidades sino en los movimientos de los cuerpos; es decir, si los cuerpos no son estorbados por cualquier otro impedimento.

Fab = -Fba

Matemáticamente la tercera ley del movimiento de Newton suele expresarse como sigue:

F1 = F2′

donde F1 es la fuerza que actúa sobre el cuerpo 1 y F2′ es la fuerza reactiva que actúa sobre el cuerpo 2. En una aplicación combinada de la segunda y tercera ley de Newton tenemos que:
m1 a1 = m2 a2′
donde los subíndices están referidos a los cuerpos 1 y 2.
Ejemplo: La fuerza de atracción F1 que ejerce la Tierra sobre un objeto en su superficie es igual y opuesta a la fuerza de atracción F2 que emite el objeto. Ambos, la Tierra y objeto se aceleran, pero como la masa de la Tierra es inmensamente mayor, la aceleración de efecto que recibe es ínfima comparada con la que recepciona el objeto (su masa comparativa es muy pequeña). A ello se debe la razón del por qué nosotros podemos percibir la aceleración de un objeto que cae sobre la superficie de la Tierra, que es de 980 centímetros por segundo al cuadrado (cm/s2); sin embargo, no detectamos la aceleración de la Tierra, que es de aproximadamente sobre 1,5 x 10-21 cm/s2 para un objeto de 90 kg. Solamente, cuando dos cuerpos comportan masas semejantes, como un par de estrellas binarias, entonces nosotros fácilmente podemos observar la aceleración de ambas masas.