La turbulencia en ambos planetas produjo estos patrones increíblemente similares. ¿Cuál es cuál?

https://www.discovermagazine.com/planet-earth/bet-you-cant-guess-which-of-these-images-is-of-earth-and-which-of-jupiter

ImaGeoBy Tom Yulsman  Jan 31, 2022 8:00 PM

 ¿Cuál de estas imágenes muestra remolinos y vórtices de plancton en el turbulento Mar Báltico aquí en la Tierra, y cuál muestra vórtices en la turbulenta atmósfera de Júpiter? Sigue leyendo para averiguarlo. (Fuente: NASA Earth Observatory).

(traducción word y jav.... le cuento yo no escogí la correcta)

Cuando vi por primera vez las imágenes de arriba en el sitio del Observatorio de la Tierra de la NASA, realmente no podía creerlo. Los remolinos y vórtices se ven notablemente similares, sin embargo, uno fue tomado por un satélite sobre el Mar Báltico de la Tierra, y el otro por la nave espacial Juno en órbita alrededor de Júpiter, a cientos de millones de millas de distancia.

Las diferencias entre los dos planetas no podrían ser más marcadas.
La Tierra es un planeta terrestre hecho principalmente de metal y roca. Los otros planetas terrestres dentro del sistema solar interior son Venus, Marte y Mercurio. (Puede pensar en la Luna como una especie de planeta terrestre honorario).
Júpiter, por otro lado, es un planeta gaseoso gigante, compuesto principalmente de hidrógeno y helio. La palabra "gigante" realmente se aplica, ya que es dos veces más masivo que todos los demás planetas combinados. De hecho, Júpiter contiene el 70 por ciento del material planetario de nuestro sistema solar.

Océano Joviano
Al igual que la Tierra, tiene algo que podemos llamar un "océano", más o menos. Pero es muy diferente de cualquier océano en la Tierra.
Como dice la NASA, "la característica más extraña de Júpiter ... puede ser una sopa de 25,000 millas de profundidad de fluido exótico que salpica su interior. Se llama hidrógeno metálico líquido".

Como dije, una de las imágenes en la parte superior fue adquirida por la nave espacial Juno que orbita Júpiter, pero no detectó esos hermosos remolinos y vórtices en el océano de hidrógeno líquido del planeta. Esos signos de turbulencia consisten en nubes ricas en amoníaco que se arremolinan cerca de la parte superior de la atmósfera del planeta.
"Los remolinos trazan perturbaciones causadas por la rápida rotación del planeta y por las altas temperaturas más profundas en la atmósfera", según la NASA.

Mientras tanto, la otra imagen en el par arriba, muestra una floración de fitoplancton que  forma hermosos patrones por las corrientes y remolinos del Mar Báltico. De hecho, no hay dos floraciones de fitoplancton iguales, "como los verticilos de las huellas dactilares", según la NASA.

El fitoplancton, por cierto, son organismos microscópicos fotosintetizadores, en su mayoría plantas unicelulares, pero también incluyen bacterias y protistas.  Y aquí hay otra imagen de estos organismos floreciendo en el Báltico:

A bloom of phytoplankton in the Baltic Sea, as seen by the Landsat 8 satellite on Aug. 15, 2020. (Credit: NASA Earth Observatory)

Estas floraciones aparecen casi todos los veranos en los océanos de todo el mundo, incluido el Océano Austral. Allí, alrededor de la Antártida, Lia Siegelman, oceanógrafa física de la Institución Scripps de Oceanografía, se interesó en la turbulencia que causa el hermoso patrón. Y luego notó lo similar que era a los patrones de turbulencia vistos en las imágenes de la atmósfera de Júpiter capturadas por Juno.
Desde entonces, esa visión la ha inspirado a ella y a sus colegas a averiguar qué impulsa los ciclones gigantes que se arremolinan en los polos de Júpiter. Puedes leer más sobre esa investigación aquí.

La turbulencia subyacente, la dinámica, es la misma", dijo Siegelman sobre los patrones observados en los océanos de la Tierra y la atmósfera de Júpiter, hablando en la reunión de diciembre de 2021 de la Unión Geofísica Americana. "A pesar de que las escalas son completamente diferentes, los vórtices en Júpiter son diez veces más grandes que los del océano, podemos ver claramente que son generados por el mismo tipo de dinámica".

Y ahora, el redoble de tambores
Entonces, ¿has deducido cuál de las dos imágenes en la parte superior de esta historia es de la Tierra y cuál de Júpiter?

Si dijiste que la imagen izquierda muestra la floración del fitoplancton en el Mar Báltico... ¡DING! ¡Tienes razón! Bien hecho.

Y ahora que estamos en el tema de la planetología comparada, tengo que preguntar: ¿Conoces las sorprendentes similitudes entre el desierto de Libia y los paisajes marcianos?

Por desgracia, eso tendrá que esperar a otra historia.

4. Caída libre y proyectiles. PIAM-U.C.R. (clase del 27/04/2022)

Caída de los cuerpos

¿Se ha dado cuenta que cuando una bola cae desde una cierta altura, se mueve con velocidad creciente?

Si usted la deja caer, obviamente inicia su movimiento con velocidad cero, pero va aumentando a medida que pasa el tiempo y también aumenta la distancia recorrida.

Este en un ejemplo de movimiento uniformemente acelerado, ya estudiado por el filósofo, matemático, físico, astrónomo e ingeniero italiano Galileo Galilei desde 1638. (https://fisica1011tutor.blogspot.com/2019/06/galileo-galilei.html).

Galileo encontró que, si se supone que la resistencia del aire es despreciable, lo cual se puede aceptarse para cuerpos pequeños compactos que caen distancias pequeñas encima de la superficie de la Tierra, digamos menores que 100 metros, entonces la aceleración que experimentan es constante, independiente de su masa.
Eso es los que se llama "caída libre".

La magnitud de esa aceleración es el conocido valor promedio de 9,8 metros/segundo cada segundo, dirigido hacia abajo.

Así que para calcular la velocidad que adquiere una bola que usted deja caer (velocidad inicial cero), simplemente multiplique 9,8 m/s² por el número de segundos transcurridos, siempre que este tiempo no sobrepase el valor requerido para que el cuerpo llegue al suelo.

Pero si usted lanza la bola verticalmente hacia abajo, entonces a los valores determinados por las multiplicaciones anteriores súmele el valor de esta velocidad inicial.

Si la caída del cuerpo ocurre en otro planeta, solo sustituya 9,8 m/s², por el valor local de la aceleración de la gravedad en dicho planeta.  En la Luna los objetos caen más lentamente que en la Tierra, porque  la gravedad lunar es menor ().
Si pudiésemos estar en la capa nubosa superior de Júpiter, veríamos que los cuerpos aceleran unas 2,5 veces más rápido, ya que la aceleración de la gravedad en ese planeta gigante es 24,8 m/s².

Ahora bien, suponga que usted logra lanzar la bola verticalmente hacia arriba, con una cierta velocidad inicial por ejemplo 49,2 m/s.
Como la aceleración de la gravedad es siempre vertical hacia abajo, entonces por ser de dirección opuesta a la velocidad inicial, va ¡restando! 9,8 m/s cada segundo.
Llegará un momento en que la aceleración ha restado todo el valor inicial de la velocidad y entonces ésta toma el valor cero (¡por un instante!) y la bola se detiene (¡ni sube ni baja), ha alcanzado la altura máxima.
Pero en un instante posterior lógicamente comenzará a descender partiendo con una velocidad cero y entonces de nuevo usted puede aplicar lo que ya conoce para el movimiento descendente.

Le dejo de tarea probar que, bajo las condiciones de rozamiento con el aire, supuestamente despreciables, la bola regresa al suelo con la misma rapidez con que fue lanzada y tarda el mismo tiempo en descender desde la altura máxima, que el que tomó para subir hasta allí.

Pero la velocidad no es la misma, ahora su dirección obviamente es hacia abajo.

Galileo también encontró que, bajo las condiciones anteriores, no importa si el cuerpo va hacia abajo o hacia arriba, la distancia recorrida es proporcional a la segunda potencia del tiempo transcurrido (distancia ∝ t²).

Quizás razonó de la siguiente manera:
Calculó una rapidez promedio entre el valor inicial (cero) y el valor final (g t), cuyo resultado es (0 + g t) ÷ 2 = g t/ 2

Y para calcular la distancia recorrida simplemente multiplicó este valor promedio de la rapidez por el tiempo trascurrido:

Obviamente en el paracaidismo, especialmente cuando el paracaídas ya se ha abierto, actúan fuerzas de rozamiento con el aire, que no pueden despreciarse, tanto así que el paracaidista alcanza una velocidad terminal (¡constante!), antes de llegar al suelo; cuando se equilibran su peso hacia abajo y la fuerza de rozamiento del aire hacia arriba.

Esto no es una caída libre, su análisis es más complejo.
Tampoco lo llame un salto al vacío, porque no lo es. El concepto de vacío, como ausencia de partículas solo se puede aproximar en el espacio interplanetario, interestelar, o en el interior de un recipiente conectado a una eficiente bomba de vacío, que haya extraído la gran mayoría de la partícula del aire que estaban inicialmente adentro.

Proyectiles.
Me refiero al movimiento como el de una bola de béisbol en “home run”, o a una fútbol en “saque del portero”.

Un proyectil es un objeto no autopropulsado, al contrario, de lo que es un misil, o un cohete.

Si la fuerza de fricción con el aire se considera despreciable, la trayectoria del proyectil es una un segmento de parábola, porque el proyectil describe ese tipo de curva.
Si usted ha visto un proyectil en vuelo habrá notado que:

• Es afectado por la fuerza de gravedad.
• Sube hasta una altura máxima y luego empieza a caer (¡no verticalmente!).
• Tiene un máximo alcance cuando el ángulo con que se lanza es muy cercano a los 45° (lanzadores de jabalina, disco y bala lo saben).
• 
  Tarda el mismo tiempo en llegar a la parte más alta que en descender desde allí.

Con métodos de análisis (simple fotografía en cámara lenta), se verifica que:

• “horizontalmente” avanza con velocidad constante y ]
• “verticalmente” se comporta como un objeto en “caída libre”.
  

Esto es, si vemos su sombra en el suelo (los físicos dirían la componente ”x” del movimiento,) observaríamos que es con rapidez constante

Si vemos la sombra proyectada sobre una pared vertical (la componente “y”), observaríamos que

se mueve “exactamente” como un objeto en caída libre (vertical hacia arriba y luego hacia abajo). En la partes de descenso:

                        (o si quiere conviene en que tenga un signo negativo).

                                     (medida hacia abajo desde el punto más alto).

3. Masa y peso de los cuerpos. PIAM - U.C.R, clase del 20/04/2022

Masa, inercia y el kilogramo.

Independientemente de la composición química de un cuerpo, o de su fase física (sólido, líquido, gas, plasma), lo más evidente y simple a la vista, es su tamaño, el largo, ancho, espesor, o quizás más propiamente su volumen.

Cuando tratamos de acelerar cuerpos aplicándoles una fuerza de cierta magnitud, éstos responden de manera diferente, dependiendo de otra característica particular del cuerpo, la que llamamos masa (m).
Así por ejemplo, si aplicamos una fuerza de 100 newton a una bola de fútbol, posiblemente se mueva con una aceleración relativamente grande, pero si aplicamos la misma fuerza a una pesada bola de boliche, resulta una aceleración menor, y esto simplemente porque la bola de fútbol tienen menos masa (kilogramos) que la de boliche.

• La masa es una propiedad del cuerpo que en cierta manera mide la resistencia del cuerpo a la aceleración, cuando se le aplica una fuerza.
• Usted puede considerar que la masa de un cuerpo es su cantidad de materia, y es entonces una cantidad definida y constante para cada cuerpo.

Sin embargo, desde que conocemos los alcances de la relatividad, presentada por Albert Einstein en 1905, se sabe que la masa crece con la velocidad del cuerpo, pero por ahora mantendremos nuestro estudio en el ámbito de baja velocidad para no tomar en cuenta esto.
Este esfecto solo es notable a valocidades cercanas a la velocidad de la luz (300 000 km/s).

• Cantidad de materia es diferente de cantidad de sustancia – mol-*

Puede que le parezca una sutileza, pero la diferencia sí es importante, tanto la definición de cada concepto y la manera en que se mide.

• La unidad de masa es el kilogramo (kg).
  

No use kgr, ni kgrs.

Generalmente la masa de un cuerpo se mide por comparación con la masa de una unidad patrón.
El método de comparación emplea una balanza de brazos o una balanza de resorte, similares a la balanza electrónica que usted ve en los supermercados para determinar la cantidad de kilogramos del producto que usted compra.

Si quiere un contexto histórico aquí hay un breve resumen:
El kilogramo se definió en 1795 como la cantidad de materia, -la masa- en un litro (un decímetro cúbico) de agua pura, bajo ciertas condiciones de presión atmosférica y temperatura.
Ahora se usan patrones más permanentes relacionadas con características atómicas.
Grosso modo, usted puede considerar que una caja de leche de un litro tiene una masa muy cercana a 1 kg.

• El gramo es la milésima parte del kilogramo. 
• Una tonelada métrica (Ton) es equivalente 1000 kg.
  
  
  

Hasta hace algunos años usábamos en Costa Rica la libra (lb) como unidad de cantidad de masa, en realidad queríamos decir peso.
la ambiguedad resulta de que el peso también se interpreta como unidad de fuerza (el peso de esa cantidad de masa) y en física conviene distinguir claramente entre los conceptos de masa y de peso de un cuerpo.

Los objetos como cámaras fotográficas, carritos, etc. que utilizaron los astronautas en la Luna, tienen la misma masa (kg) allá, o en la Tierra, pero su peso (¡medido en newton!), es menor en la Luna.

• Los físicos han considerado el concepto de inercia, como la propiedad de un cuerpo para continuar en su estado de movimiento, ya sea en reposo o con velocidad constante (primera ley de Newton).

Una bola de béisbol tiene mucho menos inercia que una bola de boliche, por eso a la primera es mucho más fácil cambiarle su estado de movimiento, si está en reposo, o variar la magnitud y dirección de su velocidad, que a la segunda.

• Mientras más inercia tenga un cuerpo es más difícil acelerarlo (aumentar o disminuir su rapidez., o variar la dirección del movimiento ).

¿Le parece que la inercia de un cuerpo está estrictamente relacionada con su cantidad de materia, es decir, su masa?

El concepto de inercia se ha extendido para caracterizar el comportamiento de la materia en otros campos de la física, y hasta al comportamiento humano.
Es la resistencia al cambio, la “capacidad, o tendencia” a permanecer inalterable.

*https://en.wikipedia.org/wiki/Mole_(unit)

El peso de los cuerpos

Cuando un cuerpo cae en las vecindades de la superficie de la Tierra, actúa sobre él una fuerza muy importante, que llamamos la fuerza de gravedad (¡además la resistencia del aire!)

Esta fuerza, cuya dirección podemos decir que es hacia abajo (hacia el centro de la Tierra), en cualquier lugar, es causada por el efecto gravitacional de la gran masa de la Tierra (5,972 x 10²⁴kg), contenida en un radio promedio de 6400 km.

Según Isaac Newton la masa de un cuerpo produce alrededor de ella un campo gravitacional que actúa sobre otros cuerpos afectándolos con lo que llamamos una fuerza gravitacional*.
Según Albert Einstein, la masa deforma el espacio-tiempo, produciendo efectos gravitacionales similares o equivalentes, como se estudia en el campo de la física llamado Relatividad General.
El efecto gravitacional que produce cualquier cuerpo como una estrella, un planeta, satélite, etc., acelera los cuerpos pequeños en su vecindario, atrayéndolo hacia su centro.
El valor de la aceleración gravitacional promedio de la Tierra, en su superficie, es 9,8 metros/segundo cada segundo (9,8 m/s²), pero es un poco mayor en las vecindades de los polos, y un poco menor cerca del ecuador. ¿Sabe el motivo?

Entonces, de acuerdo con la Segunda ley de Newton (F = m a), la fuerza que actúa sobre un cuerpo que cae en las vecindades de la superficie terrestre y sufre una aceleración de 9,8 m/s² se calcula multiplicando su masa por ese valor promedio de la aceleración de la gravedad terrestre.

Dicha fuerza se define como el peso del cuerpo (en la Tierra) y es entonces:

• peso (en newton) = masa (en kilogramos) x 9,8 m/s².

Así que, si su masa es 55 kg, medida con una balanza, su peso (en la Tierra) es 55 kg x 9,8 m/s² = 539 N.

El peso de un cuerpo tiene sentido y existencia, aún si el cuerpo está en reposo, aunque no acelere hacia abajo, por ejemplo, cuando está sostenido por su mano, o sobre una mesa o en una balanza. Esto porque los 9,8 m/s² de la aceleración de la gravedad, son equivalentes conceptual y cuantitativamente al valor del campo gravitatorio de la Tierra: 9,8 newton/kilogramo, que -siempre- está presente.

Trate de probar esta equivalencia conceptual, haciendo un análisis de las unidades empleadas.
Cuando usted sube a una balanza, para determinar su masa, este aparato en realidad lo que mide es la respuesta de la plataforma de la balanza al peso de su cuerpo (pareja de fuerzas de acción-reacción).
Esto lo hace la balanza por medio de un resorte calibrado, o de un sistema de palancas.
Entonces, cuando se alcanza el equilibrio la plataforma ejerce una fuerza hacia arriba igual a su peso (dirigido hacia abajo) y de acuerdo con la Tercera Ley de Newton dichas fuerzas son iguales.
Es quizás por esta razón que llamamos peso a esa medición y no hay problema si usted también lo hace, ya que, en este caso, la costumbre se ha impuesto.
Una balanza se puede calibrar para que lea la masa en kilogramos, o el peso en newton, simplemente recalculando la escala.

• La masa de un cuerpo, al ser una característica intrínseca del cuerpo, es constante, no depende del lugar donde se encuentre.
• El peso no es una constante, porque depende del valor local del campo gravitatorio (o aceleración de la gravedad) en el  lugar particular.
  
  
  

En la Luna, Marte y Plutón, el campo gravitatorio tiene respectivamente las siguientes magnitudes: 1,62 N/kg; 3,71 N/kg y 0,58 N/kg, por lo que, para calcular el peso de un cuerpo en cada uno de esos sitios, se debe sustituir los 9,8 N/kg de la Tierra, por el valor respectivo.
La masa de una bola de boliche reglamentaria puede tener un valor máximo de 7,26 kg, entonces su peso en Plutón sería: peso = (7,26 kg) (0,58 N/kg) = 4,2 N.
De estar allí usted podría sostenerla casi con solo tres dedos de su mano. Pero no se le ocurra darle un manotazo para acelerarla y ponerla en movimiento, porque la masa y la inercia siguen siendo las mismas que en la Tierra, y podría entonces lastimar su mano.
Antes de continuar le dejo de tarea el siguiente problema: Una bola de baloncesto tiene un peso en la Tierra igual a 6,1 newton. ¿Cuál será su peso en la Luna?

https://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad

Clases anteriores:

1. https://fisica1011tutor.blogspot.com/2022/03/1-rapidez-velocidad-y-aceleracion-piam.html.
2. https://fisica1011tutor.blogspot.com/2022/04/2-leyes-de-newton-piam.html.

¿Cómo encontrar el punto Norte? (dos métodos simples) + 1

A. De noche.

La estrella “Polaris”, en la punta del sartén en el asterismo de la constelación Ursa Minor, está a menos de 1 grado del polo norte celeste (declinación: δ = +89° 15′ 50.8″), por donde pasa el eje de rotación de la Tierra.
El que extendemos para la esfera celeste cuando observamos planetas y estrellas.
Pero que para cualquier proyecto de construcción humana, se considera prácticamente sin error, que Polaris está en el polo.

Con simple geometría se pude probar que la altitud de Polaris respecto al horizonte de cualquier observador es igual a su latitud.

Por ejemplo, para la zona central de Costa Rica, se usa la latitud 10° Norte, y entonces esa es la altitud de Polaris.
Un valor simple y práctico para orientar telescopios y el “gnomon” de un reloj solar.

Ahora bien, la posición de Polaris no es, “el punto norte”, ya que la estrella está en el cielo y el punto norte lo queremos en el suelo, por ejemplo, para orientar una construcción.

Una manera de determinarlo es señalar la estrella con un puntero láser, montado en un trípode altacimutal, con su nivel horizontal bien calibrado.
Luego se bajan los 10 grados y cuando el láser apunte hacia el suelo, ese es el punto Norte.
La recta se puede extender con una regla en la dirección Norte-Sur y con una escuadra se determina el Este-Oeste.

B. De día.

Quizás es más simple por la luz y porque se hace directamente en el suelo.
En una superficie horizontal bien nivelada, clave una varilla vertical para observar la sombra (use plomada o nivel) .

En la zona central de Costa Rica, por ejemplo, en Atenas (9° 58′ 42.85″ N, 84° 22′ 6.77″ W) , puede considerarse sin mucho error, que la longitud geográfica es 84° Oeste. Es decir, 6 minutos de arco antes del meridiano de 90°, que define la hora oficial (del reloj) de este huso horario (UTC- 6 horas).

El verdadero mediodía solar local ocurre entonces (en promedio) 24 minutos antes de las 12 del reloj, esto es, a las 11:36.

Observe la sombra del Sol desde una hora antes y una hora después del mediodía solar local, para que, con holgura, determine la sombra de menor longitud. 
Esta ocurre justamente al  mediodía solar local, cuando el Sol cruza su meridiano  y “la sombra apunta hacia el sur”.

Puede trazar un conjunto de círculos concéntricos alrededor de la varilla, o usar papel polar, para estimar con mejor precisión la sombra mínima.

Con regla y escuadra marque en el suelo las direcciones N-S y E-O.

Hágalo de preferencia en los solsticios (21/06 y 21/12), o en otra fecha, donde la longitud de la sombra le permita trabajar con facilidad.

+1. Cuando la ecuación del tiempo es cero.

La “ecuación del tiempo” (https://cienteccrastro.blogspot.com/2009/08/ecuacion-de-tiempo.html), esto es, la diferencia entre la hora del reloj (hora oficial) y la hora solar local tiene un valor igual a cero, solo en cuatro momentos al año:

15/04; 13/06; 01/09; 25/12. (https://planetcalc.com/9198/)

En estas tres fechas y a mediodía, el método B (arriba👆) le dará un resultado sumamente perfecto. Además, si en esas tres fechas determina:

La -dirección- de la sombra proyectada por un gnomon vertical,

una (o dos) horas antes y después de ese mediodía 

y divide entre 2 el ángulo entre esas direcciones,

 la bisectriz estará en la dirección norte-sur.

Desde luego que puede usar este método en otras fechas, pero deberá tener cuidado con la diferencia entre el reloj solar y su reloj digital.

Los tres método de medida deben ser congruentes entre sí, y se pueden utilizar como comprobación.

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Finalmente, puede usar un GPS, que está diseñado para marcar el norte verdadero. ¡Pero debe estar en movimiento!

• Al contrario de la brújula (incluyendo la de un teléfono celular), que marca la dirección local del campo magnético terrestre.
• 
  
  
  Pero aún esto se puede corregir, conociendo la "declinación magnética" del sitio.
  (https://www.magnetic-declination.com/Costa%20Rica/San%20Jos%C3%A9/557169.html)
  
  Para San José, Costa Rica, al día de hoy es aproximadamente -2,19 grados (Oeste).

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La dirección Este-Oeste se puede determinar con el orto y el ocaso del Sol, durante los equinoccios (21/03 y 21/09).
El problema es que no siempre tenemos un horizonte libre de montañas y edificios, en el lugar donde vivimos.

2. Leyes de Newton. PIAM - U.C.R. (Clase del 06/04/2022)

Leyes de Newton 

PIAM  - U.C.R.       Física sin matemática I. (Mecánica).

Clase del miércoles 6 de abril, 2024

José Alberto Villalobos Morales

villalobosjosealberto@gmail.com

Primera ley de Newton

Usted con respecto al resto del universo:

• “Si no permite que nada le afecte, usted nunca cambiará”.

El resto del universo con respecto a usted:

• “Si usted no ejerce ninguna influencia, todo seguirá igual, excepto lo que cambien los demás”.

En el universo, en la Tierra, en nuestro pueblo y en nuestra casa, hay gran cantidad de agentes externos a nuestra persona, que nos afectan y harán que cambie nuestro estado.

En el campo de la física, el estado más simple de un cuerpo que podemos considerar es su estado de movimiento. 
Y entonces estar en reposo, o moverse con velocidad constante, sería lo más básico, simplemente porque es como continuar todo el tiempo igual, en la misma situación.
Los físicos consideramos que solo hay dos estados de movimiento:

• El reposo, si no hay cambio de posición mientras el tiempo transcurre. No ocurre ningún desplazamiento, al menos dentro del marco de referencia en el cual estamos observando el cuerpo (o sistema) de interés. Es lo mismo que decir que su velocidad es cero.
• El movimiento, cuando la posición del cuerpo cambia durante el tiempo.

Estoy recurriendo a sus conceptos intuitivos sobre movimiento, reposo y velocidad, con eso nos basta por ahora, pero más adelante los trataremos de manera más completa.
Los físicos también llamamos fuerza a todo agente que produce un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo.

Puede ser un jalón o un empujón que ejerzamos con nuestros músculos, o la fuerza de rozamiento que ejerce la carretera sobre las llantas de un vehículo, para que este se mueva hacia adelante y la muy conocida fuerza de gravedad que nos afecta todos los días al caminar, saltar, lanzar una bola al aire y volar en un avión.
También considere que una fuerza tiene magnitud (su valor) y dirección; es una cantidad vectorial.
Usted puede empujar con poquita o mucha fuerza, hacia la izquierda, o la derecha, hacia arriba o hacia abajo, hacia el Norte, o hacia el Oeste. Cada una de esas direcciones producirá efectos distintos sobre el cuerpo, ya que, con solo tener dirección diferente, la fuerza es diferente (¡es otra fuerza!).

Si una cantidad queda completamente especificada por su magnitud, se dice que es un escalar, como el tiempo, la masa, el volumen, la densidad, la temperatura, la carga eléctrica.
Si la cantidad, además de la magnitud requiere una dirección, se llama vector.

• La Primera ley de Newton establece que:
  Todo cuerpo continúa en su estado de reposo, o de movimiento rectilíneo con velocidad constante, a menos que una fuerza externa, actúe sobre él.

Lo de externa es importante; solo las fuerzas externas son capaces de producir cambios en el estado de movimiento del cuerpo.
Las fuerzas internas no lo hacen, solo modifican el estado interno (microscópico, molecular o atómico).
Las fuerzas externas son generalmente producidas por otros cuerpos, o por la acción de campos de fuerza, donde se encuentra el cuerpo en estudio, por ejemplo, un campo gravitatorio o un campo electromagnético.
Las fuerzas externas más simples de caracterizar y analizar sus consecuencias son las fuerzas de contacto. Por ejemplo, la que ejerce un amigo al empujarnos, la del rozamiento entre el suelo y la suela de los zapatos, la del rozamiento del aire cuando viajamos en una motocicleta, la que ejerce el agua de una piscina y nos ayuda a nadar.

• Y ahora, el recíproco de la Primera Ley de Newton:
  Si observamos que un cuerpo sufre cambios en su estado de movimiento (se mueve con velocidad no constante), podemos afirmar que existe una fuerza externa actuando sobre él.

Esto se utiliza para investigar y descubrir una fuerza de momento desconocida.
Galileo y Newton, cuando analizaron el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra y la revolución de los satélites de Júpiter, dedujeron que había una fuerza externa a los satélites, actuando sobre ellos, lo cual permitió a Newton caracterizar su naturaleza, en términos de la Ley de Gravitación Universal.

No se preocupe si le vienen a la mente conceptos relacionados con los anteriores, como posición, desplazamiento, movimiento, reposo, velocidad, rapidez, inercia, masa, aceleración, esfuerzo, ímpetu, cantidad de movimiento, energía, trabajo y potencia.
Solo considere que están relacionados, pero no son lo mismo. En ciencias no puede haber tanto sinónimo porque la situación entonces se puede volver confusa. A cada uno de estos conceptos le dedicaremos su espacio físico ¡con poquita matemática!

*https://www.physicsclassroom.com/class/1DKin/Lesson-1/Scalars-and-Vectors

Tercera Ley de Newton

•  ¡No te puedo tocar sin que me toques!

Ahora tratemos de caracterizar un poco más las fuerzas, con base a las fuerzas de contacto.
Una de ellas es la que ejerce sobre un cuerpo, la superficie sobre la cual descansa. Si es perpendicular a dicha superficie, los físicos e ingenieros la llamamos fuerza normal.

Otra es la ejercida por la presión de un líquido, o un gas, en reposo, contra las paredes del recipiente que lo contienen y también es una fuerza normal perpendicular a las paredes. ({ojo, no es la presión que no es una fuerza!)

En la caricia al cachete, el beso, el golpe del guante de un boxeador, en el choque del Titanic contra el iceberg y en el de la locomotora contra el carrito que se brincó el alto, también hay fuerzas normales, pero además hay fuerzas paralelas a las superficies.
La fuerza paralela a la superficie más conocida es la fuerza de rozamiento por deslizamiento.
Sabemos que esta fuerza depende de las irregularidades de ambas superficies y de cuanto esté apretada una contra la otra.
Aun cuando pongamos bolitas microscópicas entre las superficies (lubricante), o macroscópicas (rodines), solo disminuiremos el rozamiento, nunca lo eliminamos.
Veamos entonces si usted está de acuerdo con lo siguiente:

• Todas las fuerzas son interacciones. No existe una única fuerza aislada sin su pareja. 
• No existe maña, habilidad, efecto especial, o como quiera usted llamarlo, que le permita de alguna manera tocar algo, sin que ese algo lo toque a usted. 

Algunos físicos llaman a esta pareja de fuerzas de interacción; acción y reacción.
Pero tenga cuidado, eso no significa que una de las fuerzas ocurre primero y la otra fuerza después.
No es así, los dos miembros de la pareja de fuerzas aparecen, crecen, decrecen y desaparecen, simultáneamente. 

Además:

• Tienen la misma magnitud. Es lógico, no hay preferencias, favoritismo o discriminación, no importa lo similares o diferente que sean los cuerpos que interaccionan.
• La cantidad de fuerza que usted ejerce sobre un cuerpo es igual a la cantidad de fuerza que el cuerpo ejerce sobre usted.
• Tienen dirección opuesta. Si una está dirigida hacia la izquierda, la otra va hacia la derecha. Si le parece 180° de diferencia en dirección de dirección, una respecto de la otra.

Las fuerzas de interacción nunca se anulan, porque actúan sobre cuerpos diferentes.
Esto parece muy evidente, pero vamos a aclararlo. Primero debe identificar muy bien la pareja de fuerza de interacción, pues solo a ellas se aplica la Tercera Ley de Newton.
Por ejemplo, si usted empuja con sus manos una caja que está en el piso, con una fuerza de 10 unidades hacia el Norte, la caja ejerce sobre sus manos una fuerza de 10 unidades dirigida hacia el Sur. Tienen igual magnitud, dirección opuesta y ocurren simultáneamente. Pero no se anulan porque actúan sobre cuerpos diferentes: una es la de sus manos sobre la caja y la otra, la de la caja sobre sus manos.
Para el movimiento de la caja solo debe tomar en cuenta la fuerza que usted ejerce hacia adelante y la del rozamiento entre el piso y la caja, hacia atrás. Mientras que, para su propio movimiento, tomará en cuenta la fuerza que ejerce la caja hacia atrás sobre sus manos y la que ejerce hacia adelante el piso sobre sus zapatos.
Hay desde luego una fuerza hacia atrás de sus zapatos sobre el piso (el otro miembro de la pareja zapatos-piso), pero esa no se aplica a la caja.

• En resumen, la Tercera Ley de Newton establece que:
  Las fuerzas de interacción entre dos cuerpos tienen igual magnitud y dirección opuesta.

La igualdad de magnitud de las interacciones no implica igualdad de consecuencias sobre los cuerpos que interaccionan, eso dependerá de la masa de los cuerpos y de su consistencia.
Así cuando un mosquito choca contra el parabrisas de un auto que viaja a 70 km/h, la fuerza del parabrisas sobre el mosquito es de igual magnitud que la fuerza del mosquito sobre el parabrisas. Pero las consecuencias son desastrosas para el mosquito y casi nada para el parabrisas.

Los físicos tienen mucha confianza en la infalibilidad de la Tercera Ley de Newton.

No se ha encontrado ninguna situación donde deje de cumplirse la tercera ley, aún en el caso en que no distinguimos claramente (de momento) la pareja de cuerpos que interactúa, por ejemplo, cuando un cuerpo es afectado por un campo gravitatorio, o un campo electromagnético que no conocemos del todo.

Segunda Ley de Newton. F = m a

Ya hemos comentado algunas de las propiedades de las fuerzas (Tercera Ley) y lo que sucede si no actúan fuerzas (Primera Ley).

¿Qué sucede cuando actúa  una sola fuerza sobre un cuerpo, o cuando la suma de todas las fuerzas que actúan no se anula, es diferente de cero?

A la luz de la Primera ley, consideramos que el cuerpo sufrirá una aceleración, y lo más simple de suponer es que la dirección de esa aceleración sea la misma que la dirección de la fuerza aplicada, de la fuerza neta, o resultante.

¿Y en cuanto a la magnitud de la aceleración, los metros/segundo cada segundo?
Parece muy lógico pensar que fuerzas de magnitud creciente producen aceleraciones crecientes.
Hay una relación directa entre la fuerza aplicada y la aceleración.
Obviamente, el efecto de una fuerza específica va a depender de alguna propiedad importante del cuerpo. Esa propiedad es su inercia. Cuantitativamente  va a depender de la masa del cuerpo (los kilogramos).
Nuestra experiencia empujando o halando cuerpos en la casa, nos enseña  que a mayor masa cuesta más acelerar (¡sacar del reposo y mover!) el cuerpo -con una fuerza dada.
Hay entonces una relación inversa entre la masa y la aceleración, para una fuerza específica.

Se puede hacer un experimento sencillo, con carritos, cintas métricas, cronómetros, poleas y cuerpos de diferente masa, para probar que:

1. La aceleración es directamente proporcional a la fuerza aplicada y en la misma dirección.
2. La aceleración que produce una fuerza determinada es inversamente proporcional a la masa del cuerpo

La manera más simple de usar la segunda ley de Newton es hacer la constante  de proporcionalidad igual a 1.  Esto demás permite definir operacionalmente a la “unidad de fuerza” y escribir la segunda ley como  un producto:

•     F = m a
• La fuerza neta aplicada a un cuerpo es igual al producto de su masa y aceleración.

Entonces: Una unidad de fuerza aplicada a una unidad de masa (1 kilogramo), le produce una unidad de aceleración (1 metro por segundo cada segundo).

Esa unidad de fuerza se denomina el newton, cuyo símbolo es N, establecida en honor al filósofo, físico y astrónomo inglés Isaac Newton* (1642 - 1727).
Si aplicamos una fuerza de 5 N a un cuerpo de 1 kg, resulta que este acelera a 5 m/s². Por el contrario, si aplicamos una fuerza de 1 N a un cuerpo de 5 kg, la aceleración resultante será 1/5 m/s².

Un newton (1 N) es una cantidad de fuerza pequeña.
Si usted sostiene con la palma de su mano una caja cuya masa es 1 kg, la fuerza que hace hacia arriba es aproximadamente 9,8 N, justo para compensar la otra fuerza, el efecto del peso de la caja sobre su mano (Tercera Ley), que está dirigida hacia abajo, por eso la caja permanece en reposo.
Si quiere acelerar la caja hacia arriba, su mano debe ejercer una fuerza mayor que 9,8 N, para producir una fuerza neta, ascendente, diferente de cero.
Y si quiere acelerarla hacia abajo, simplemente déjela caer retirando el apoyo de su mano, para que sea la fuerza neta del peso de la caja (9,8 N) la que produce la aceleración descendente (9,8 m/s2).
Pero si quiere una aceleración aún mayor que 9,8 m/s2, debe ayudarle al peso, ejerciendo una fuerza adicional, también hacia abajo.

* https://en.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton

Olivian Newtn-John-Physical (Official Music Video): https://www.youtube.com/watch?v=vWz9VN40nCA