2.3: Primera Ley del Movimiento de Newton- Inercia

Objetivos de aprendizaje

• Definir masa e inercia.
• Entender la primera ley de movimiento de Newton.

La experiencia sugiere que un objeto en reposo permanecerá en reposo si se deja solo, y que un objeto en movimiento tiende a disminuir la velocidad y detenerse a menos que se haga algún esfuerzo para mantenerlo en movimiento. Lo que establece la primera ley de movimiento de Newton, sin embargo, es la siguiente:

PRIMERA LEY DE MOCIÓN DE NEWTON

Un cuerpo en reposo permanece en reposo o, si está en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante a menos que actúe sobre él por una fuerza externa neta.

Observe el uso repetido del verbo “permanece”. Podemos pensar en esta ley como la preservación del statu quo del movimiento.

En lugar de contradecir nuestra experiencia, la primera ley del movimiento de Newton establece que debe haber una causa (que es una fuerza externa neta) para que haya algún cambio en la velocidad (ya sea un cambio de magnitud o dirección). Definiremos la fuerza externa neta en la siguiente sección. Un objeto que se desliza sobre una mesa o piso se ralentiza debido a la fuerza neta de fricción que actúa sobre el objeto. Si la fricción desapareciera, ¿el objeto aún disminuiría la velocidad?

La idea de causa y efecto es crucial para describir con precisión lo que sucede en diversas situaciones. Por ejemplo, considere lo que sucede con un objeto que se desliza a lo largo de una superficie horizontal rugosa. El objeto se muele rápidamente hasta detenerse. Si rociamos la superficie con talco para suavizar la superficie, el objeto se desliza más lejos. Si hacemos que la superficie sea aún más lisa frotando aceite lubricante sobre ella, el objeto se desliza aún más lejos. Extrapolando a una superficie sin fricción, podemos imaginar el objeto deslizándose en línea recta indefinidamente. Por lo tanto, la fricción es la causa de la desaceleración (consistente con la primera ley de Newton). El objeto no se ralentizaría en absoluto si se eliminara por completo la fricción. Considera una mesa de air hockey. Cuando se apaga el aire, el disco se desliza solo una distancia corta antes de que la fricción lo ralentice hasta detenerse. Sin embargo, cuando se enciende el aire, crea una superficie casi sin fricción, y el disco se desliza largas distancias sin disminuir la velocidad. Además, si sabemos lo suficiente sobre la fricción, podemos predecir con precisión qué tan rápido disminuirá la velocidad del objeto. La fricción es una fuerza externa.

La primera ley de Newton es completamente general y se puede aplicar a cualquier cosa, desde un objeto que se desliza sobre una mesa hasta un satélite en órbita hasta la sangre bombeada desde el corazón. Los experimentos han verificado a fondo que cualquier cambio en la velocidad (velocidad o dirección) debe ser causado por una fuerza externa. La idea de leyes generalmente aplicables o universales es importante no solo aquí, es una característica básica de todas las leyes de la física. Identificar estas leyes es como reconocer patrones en la naturaleza a partir de los cuales se pueden descubrir patrones adicionales. El genio de Galileo, quien primero desarrolló la idea de la primera ley, y Newton, quien la aclaró, fue para hacer la pregunta fundamental: “¿Cuál es la causa?” Pensar en términos de causa y efecto es una cosmovisión fundamentalmente diferente del enfoque típico griego antiguo cuando preguntas como “¿Por qué un tigre tiene rayas?” habría sido contestado de manera aristotélica: “Esa es la naturaleza de la bestia”. Cierto quizás, pero no una visión útil.

Masa

La propiedad de un cuerpo de permanecer en reposo o de permanecer en movimiento con velocidad constante se llama inercia. La primera ley de Newton se suele llamar la ley de la inercia. Como sabemos por experiencia, algunos objetos tienen más inercia que otros. Obviamente es más difícil cambiar el movimiento de una gran roca que el de una básquetbol, por ejemplo. La inercia de un objeto se mide por su masa. En términos generales, la masa es una medida de la cantidad de “cosas” (o materia) en algo. La cantidad o cantidad de materia en un objeto está determinada por los números de átomos y moléculas de diversos tipos que contiene. A diferencia del peso, la masa no varía con la ubicación. La masa de un objeto es la misma en la Tierra, en órbita o en la superficie de la Luna. En la práctica, es muy difícil contar e identificar todos los átomos y moléculas en un objeto, por lo que las masas no suelen determinarse de esta manera. Operacionalmente, las masas de objetos se determinan por comparación con el kilogramo estándar.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál tiene más masa: un kilogramo de bolas de algodón o un kilogramo de oro?

Contestar

Ellos son iguales. Un kilogramo de una sustancia es igual en masa a un kilogramo de otra sustancia. Las cantidades que pueden diferir entre ellas son el volumen y la densidad.

Resumen de la Sección

• La primera ley de movimiento de Newton establece que un cuerpo en reposo permanece en reposo, o, si está en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante a menos que actúe sobre ella por una fuerza externa neta. Esto también se conoce como la ley de la inercia.
• La inercia es la tendencia de un objeto a permanecer en reposo o permanecer en movimiento. La inercia está relacionada con la masa de un objeto.
• La masa es la cantidad de materia en una sustancia.