lunes, 24 de octubre de 2011

PRIMERA LEY DE NEWTON

En esta entrada pretendo lograr que el que la lea consiga entender de manera clara la primera ley de Newton y una parte de la justificación que pudo haber existido al formularla.
Para comenzar es necesario pensar en la visión del movimiento de los cuerpos que se tenía antes de la publicación de los Principia (Obra principal de Newton). La mecánica planteada por Aristoteles asegura que para que un cuerpo se pueda mantener en movimiento constante es necesario aplicar una fuerza, de otra manera el objeto se detendría. Esta visión del movimiento de los cuerpos se consideró como la correcta por cientos de años, porque esto parecia completamente natural e intuitivo en nuestro entorno, el problema es que no necesariamente lo que es intuitivo y "obvio" es correcto.
El problema de la necesidad de una fuerza para mantener un cuerpo en movimiento constante se hace más claro si construye un sistema mecánico en el cual se controlen la mayor cantidad de factores posibles y se varien de manera controlada algunos de ellos. Un sistema como tal es el que se ve en la figura en el cual un carro se mueve sobre un riel de unos dos metros de longitud, y la fricción entre el riel y el carro es reducida considerablemente haciendo uso de pequeñas corrientes de aire fluyendo a travéz de los orificios en el riel y además de eso, el sistema se nivela de la manera más precisa que se pueda.
 Un experimento que se puede realizar con este montaje es poner el carro en uno de los extremos e impulsarlo suavemente, allí se verá que el carro recorre todo el riel sin necesidad de tener una fuerza que haga avanzar el carrito constantemente y si en los extremos esta equipado con algun sistema de amortiguamiento, el carrito continuará oscilando indefinidamente entre los dos extremos del riel. En el siguiente video se puede ver una pequeña demostración del riel de aire.


Para poder enunciar claramente la primera ley de Newton necesitamos primero definir lo que es un sistema de referencia inercial. Un sistema de referencia inercial para el movimiento de un cuerpo es un sistema coordenado que se mueve con velocidad constante o esta en reposo con repecto a un sistema de referencia en reposo.
Teniendo ya una pequeña motivación experimental podemos proceder a enunciar  la primera ley de Newton

Siempre es posible encontrar un sistema de referencia inercial con respecto al cual el movimento de un cuerpo aislado parece tener velocidad constante.
Esto en otras palabras quiere decir que si un cuerpo esta aislado moviendose en linea recta con velocidad constante así permanecerá hasta que sea perturbado.

Para el caso del riel de aire, el carro en primera aproximación puede considerarse como un objeto aislado del resto del universo mientras no llege a los extremos de riel, así que por la primera ley de Newton podemos concluir que existe almenos un sistema de referencia en el cual el carro parece tener velocidad constante, en este caso es sencillo, si tomamos como referencia un extremo del riel y lo mantenemos fijo, el carro se va a ver en movimiento a velocidad constante. Otro caso seria si, por ejemplo, apagamos el aire que reduce la fricción del riel, porque la fricción rapidamente haría que el carro se detenga, por tanto el carro esta acelerado y no vamos a poder encontrar un sistema de referencia inercial en el cual parezca que el carro tiene velocidad constante.
Uno de los aspectos más importantes de la primera ley de Newton es que se cambia la idea aristotélica de la necesidad de una fuerza para continuar en movimiento a velocidad constante, lo que se plantea en esta primera ley es que para conseguir una velocidad constante no es necesario hacer nada, y la fricción es incluida como una fuerza más afectando el estado de aislamiento del cuerpo

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