Isaac Newton es considerado uno de los científicos más grandes de todos los tiempos debido a su gran contribución en la formulación de las leyes que rigen el comportamiento físico de la naturaleza. Pero, ¿cómo funcionan estas leyes?
Los precursores de Newton
Antes de Newton, otros científicos como Tales de Mileto, Galileo Galilei y Johannes Kepler ya habían hecho importantes aportaciones a las matemáticas y la astronomía. Galileo, por ejemplo, descubrió que la velocidad con la que un objeto cae no depende de su peso y describió cómo la Tierra gira alrededor del Sol. Kepler, por su parte, hizo una descripción matemática muy precisa acerca de las órbitas de los planetas.
La contribución de Newton
El gran mérito de Newton fue tomar los conocimientos de sus predecesores y, a partir de sus discusiones con otros científicos como Huygens, Leibniz, Halley y sobre todo Robert Hooke, formular leyes que explican tanto el movimiento de los astros como los movimientos de cualquier otro objeto. Y de paso, la mecánica de las máquinas.
Todo empezó porque Hooke le solicitó que usara sus habilidades matemáticas para explicar la forma de las órbitas de los astros, por ejemplo, la de la Luna alrededor de la Tierra. Newton contaba como un día, sentado en el campo y pensando en el problema que Hooke le había planteado, vio caer una manzana. Se preguntó ¿por qué la manzana no se va para arriba o de ladito? ¿Será que la misma fuerza que jala a la manzana es la que mantiene a la luna en su órbita?
Las tres leyes de Newton
Las leyes de Newton se dividen en tres:
Primera ley de Newton o ley de la inercia
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo, a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. Esto significa que si un objeto está quieto, seguirá quieto, a menos que una fuerza actúe sobre él. O que si el objeto está en movimiento, seguirá moviéndose en línea recta a menos que una fuerza externa desvíe su trayectoria.
Por ejemplo, si empujas un cochecito, éste avanza en línea recta por un momento, pero se acaba deteniendo porque hay una fuerza que lo empuja hacia abajo y crea una fricción que lo frena. ¿Y las trayectorias curvadas? Es algo similar. Por ejemplo, si imprimes una fuerza a una pelota, pero está amarrada a un cordel, hay una fuerza que arroja a la pelota hacia afuera y otra que la mantiene cerca de tu mano. En vez de seguir una línea recta, la pelota sigue una órbita circular. Algo similar ocurre con la órbita de la Luna. La Tierra debe ejercer una fuerza de atracción. Si el cordel se rompiese, la pelota saldría volando en línea recta. Lo mismo pasaría con la Luna si si de repente la tierra desapareciera.
Segunda ley de Newton o Ley Fundamental de la Dinámica
El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. En términos simples, mientras mayor sea la fuerza que se le imprime a un objeto, mayor será la aceleración.
Imagina un auto que viene en esta dirección. Si un auto con la mitad de su fuerza lo empujara en una dirección perpendicular, y suponiendo que el choque fuera elástico, su trayectoria se desviaría. Si actuara un tercer auto, esta vez con más fuerza, la trayectoria sería diferente. La trayectoria es el resultado de la magnitud de todas las fuerzas que operan en el objeto. Se expresa en la fórmula fuerza es igual a masa por aceleración.
Tercera ley de Newton o principio de la acción y reacción
A cada acción siempre se opone una reacción igual, pero de sentido contrario. Es decir, si empujas algo, ese algo te empuja a ti.
Imagina que tú y un amigo tuyo que pesa lo mismo que tú van en patines, lo que reduce la fricción. Si imprimes una fuerza en él, no sólo él se moverá, sino tú también. La fuerza produce aceleraciones diferentes según las masas de los cuerpos. Si tu amigo es mucho más pesado que tú, adivina quién se moverá más.
A este motociclista le hubiera sido útil conocer acerca de la tercera ley de Newton? ¡Auch! Es claro que las leyes aplican a los objetos que se tocan, jalan y empujan entre ellos.
La ley de la gravitación universal
Pero, ¿cómo se aplican estas leyes a manzanas y planetas que están separados? Newton decidió que la gravedad era también una fuerza, sólo que ésta actuaba a distancia, y su comportamiento se puede describir con la ley de la gravitación universal.
La fuerza que ejerce una partícula puntual sobre otra es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. O sea, mientras más masa tenga un cuerpo, más atraerá a otros. Y mientras más lejos estén, menos los atraerán.
La combinación de estas cuatro leyes ha permitido desde la construcción de toda clase de máquinas hasta la predicción de la llegada de cometas e incluso ha permitido construir vehículos que han llevado humanos a la Luna. Después, Albert Einstein encontraría las limitaciones de estas leyes y propondría una nueva manera de entender, entre otras cosas, la gravedad. Pero las teorías de Einstein no serían posibles sin las leyes de Newton, porque, como el mismo Newton decía, si he logrado ver más lejos ha sido porque he subido a hombros de gigantes.