Ya
conversamos sobre la Primera ley de
Newton (¡y algunas generalizaciones!), esto es, lo que
sucede si ninguna fuerza externa actúa sobre un cuerpo.
En un curso tradicional de Física, por lo general se sigue con la Segunda
Ley; -la consecuencia de que haya una
fuerza (no nula) actuando sobre el cuerpo-.
Por ahora, mejor voy a pasar a la tercera
ley, porque ésta expresa características muy básicas de las fuerzas, que
debemos tener en cuenta previamente, antes de analizar los efectos que ellas
producen.
También porque mi amigo E. Espinoza me comentó sobre una relativamente nueva
teoría en la que F= m a podría no aplicarse en el caso
gravitatorio, cuando las aceleraciones son demasiado pequeñas, por ejemplo las
que sufren algunas estrellas en su movimiento de
revolución alrededor de su
centro galáctico (MOND). Esta alternativa parece que está dando resultados aceptables para
explicar por qué, la rapidez de esas
estrellas es casi constante (no disminuye a medida que la distancia al centro
aumenta), -sin tener que recurrir a la
materia-oscura-, para justificar un supuesto faltante de masa. Estoy
estudiando esto, si lo llego a comprender bien, aunque sea un poquito, trataré
de explicárselo. Pero, desde luego, no considere que la hipótesis sobre "materia oscura" está descartada, o en entredicho.
Recapitulando
entonces la Primera Ley:
“Si ningún agente externo (fuerza) lo afecta, permanecerá
siempre en el mismo estado de movimiento.”
“Si
su estado de movimiento cambia, puede estar seguro que una fuerza externa está
actuando sobre usted”.
Para caracterizar
un poco más la fuerza, describiremos
un poquito las “fuerzas de contacto”.
Una fuerza de contacto es, por ejemplo, la que ejerce sobre un cuerpo, la superficie
sobre la cual descansa. Si es perpendicular a dicha superficie, los físicos la
llamamos “fuerza normal, (N)”.
Otra fuerza de contacto es la ejercida por la presión que ejerce un líquido, o
un gas, contra las paredes del recipiente que lo contienen y también es una fuerza
normal (¡perpendicular!)
En la caricia al cachete, el beso, el
pellizco, el golpe del guante de un boxeador sobre la quijada de su oponente,
en el choque del “Titanic” contra el iceberg y 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 (fr)-. Sabemos que depende de las irregularidades de ambas superficies y de cuanto
esté apretada una contra la otra y que aun cuando pongamos bolitas
microscópicas entre las superficies (lubricante), o macroscópicas (rodines), no
podemos eliminarlas totalmente.
La situación se vuelve más más compleja, cuando interviene el roce del
viento contra el fuselaje de un avión, o contra el cuerpo de un paracaidista.
También el roce entre el agua y el casco de cualquier vehículo acuático,
inclusive con un nadador, porque dependen de la velocidad.
Cuando nos empujan,
o empujamos algo, las fuerzas son de contacto.
Veamos entonces lo
que establece la Tercera Ley de Newton:
- 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 la pareja de fuerzas en las interacciones, “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.
- Tienen
la misma magnitud.
Es lógico, no hay preferencias, favoritismo o discriminación, no importa lo
semejante o diferente que sean los cuerpos.
“Las fuerzas de acción y reacción tienen en todo momento
la misma magnitud (Fa,b= Fb,a)”.
- Tienen
dirección opuesta,
180° una respecto a la otra.
Por ejemplo, si Fa,b está
dirigida hacia el norte, Fb,a
está dirigida hacia el Sur.
- Nunca se anulan,
porque actúan sobre cuerpos diferentes.
Esto parece muy evidente, pero vamos a aclararlo: si denotamos con Fa,b es la fuerza ejercida sobre el cuerpo “a”, debido
al cuerpo “b”, entonces Fb,a , será
la fuerza ejercida sobre el cuerpo “b”, debida al cuerpo “a”.
En resumen:
F a,b = - F b,a
Antes de terminar, le
comento un pequeño adelanto sobre la segunda
ley, simplemente para aclarar una posible duda sobre la tercera ley:
Para encontrar el
efecto producido sobre un cuerpo (una aceleración) debido a la acción de una o
varias fuerzas, -solo- debe tomarse en
cuenta las fuerzas externas que actúan sobre dicho cuerpo.
No se toman en cuenta las fuerzas que éste cuerpo ejerce sobre los demás. Debe
aprender a distinguir claramente las fuerzas externas.
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 90
km/h, la fuerzacarro,mosquito
es de igual magnitud que la fuerzamosquito,carro
(¡tercera ley!), pero las
consecuencias son desastrosas para el mosquito (¡ por causa de la segunda ley!) y no mucho para el
parabrisas.
En una colisión
entre vehículos, puede haber negligencia, impericia, imprudencia y hasta mala
voluntad, de algún lado, pero esos detalles legales no los resuelve la tercera
ley.
Sin embargo, con base a un análisis de la mecánica total del evento, que tome
en cuenta, condiciones de los vehículos y el pavimento, límites de velocidad
establecidos y/o comprobados, marcas en la carretera, posiciones finales e
iniciales, estado de los conductores, etc., las leyes de la mecánica pueden
asesorar a los jueces para encontrar un responsable legal.
Los físicos tienen
mucha confianza en la infalibilidad de la Tercera
Ley de Newton, no se ha encontrado a la fecha ninguna situación donde deje
de cumplirse, 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.
¿Qué le parece
algunos ejercicios?
- La Tierra atrae a la Luna con una fuerza gravitatoria (FLuna, Tierra) que la mantiene
en órbita. Describa unas tres características del otro miembro de la pareja (FTierra, Luna).
- Imagine un conjunto
de blocs de cemento apilados en 4 filas hacia arriba sobre la plataforma de un
camión que viaja a 30 km/h. Describa todas la pareja de fuerzas acción reacción entre la plataforma y el bloc que está en
la fila inferior y entre éste y cada uno que están encima, en las filas
superiores.
- Describa todas las
parejas de fuerza, entre un imán y un clavo de hierro que están
sobre una mesa.
