La primera ley del movimiento mecánico estable las condiciones bajo la cual un cuerpo se mantiene en reposo o movimiento rectilíneo uniforme.
Para calcular las velocidades de los cuerpos, su desplazamiento y por último, sus coordenadas, en cualquier intervalo de tiempo, hay que conocer la aceleración. Precisamente esta es la que diferencia un movimiento de otro. Por ejemplo, el movimiento rectilíneo uniforme se distingue de los demás en que posee aceleración nula. Por otro lado, el movimiento rectilíneo uniforme variado tiene aceleración constante en módulo y dirección. En otro ejemplo, el movimiento circular en cualquier punto de este, la aceleración tiene dirección hacia su centro.
La manifestación de un cambio en el estado de movimiento de un cuerpo, ósea el surgimiento de una determinada aceleración es el resultado de la acción de un cuerpo sobre otro. ¿Cómo caracterizar la acción que ejercen los cuerpos que interactúan unos con otros? La respuesta a la anterior pregunta la brinda la dinámica, que es la parte de la física mecánica que estudia la interacción de los cuerpos y las causas de la aceleración.
Las leyes que constituyen las bases de la dinámica se conocen bajo el nombre de Leyes del Movimiento Mecánico, y fueron formuladas en 1687 por el físico inglés Isaac Newton. Por ello, también son conocidas como leyes de Newton.
Estas leyes permitieron comprender el comportamiento de los fenómenos mecánicos. Además, dieron explicación a fenómenos tan diferentes como el movimiento de la tierra alrededor del sol, el movimiento de los péndulos, de los cuerpos suspendidos de muelles etc. En el siguiente artículo haremos un análisis de la Primera Ley del Movimiento Mecánico o Ley de la Inercia.
Primera ley del movimiento mecánico o Ley de la Inercia.
Newton generalizó los conocimientos desarrollados por Galileo Galilei sobre el fenómeno de la inercia donde se explican las condiciones para que un cuerpo mantenga su reposo o movimiento rectilíneo uniforme. Es conocido que un cuerpo no puede modificar su velocidad por sí mismo, o sea, sin la acción de otros cuerpos. Este principio pone en evidencia un fenómeno que recibe el nombre de Inercia.
Inercia
La inercia consiste en el hecho de que los cuerpos conservan su estado de movimiento o reposo. La manifestación de este fenómeno es más evidente en la medida en que se reduzcan al máximo posible las acciones que otros cuerpos pueda ejercer sobre él. En principio, una forma de lograr este propósito seria consiguiendo un estado especial del cuerpo, en el cual sobre el no se produjeran acciones algunas de otros cuerpos.
El problema es que el estado descrito anteriormente es prácticamente imposible de lograr. Cuando las acciones de dos o más cuerpos sobre un cuerpo determinado se compensan unas con otras, el resultado de dichas acciones es tal como si no existieran dichos cuerpos. En estas condiciones, el cuerpo conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.
A partir de lo anterior se puede enunciar la formulación más general de la primera ley de Newton. Esta establece que, el estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme de un cuerpo se mantiene mientras sobre el no actúan otros cuerpos o las acciones de estos se compensan.
Inercialidad de los cuerpos
De acuerdo con la primera ley del movimiento un cuerpo conserva su estado de movimiento cuando sobre el no actúan otros cuerpos o las acciones de estos se compensan. Cuando no se cumplen estas condiciones, el estado de movimiento mecánico del cuerpo varían. En cada cuerpo está presente una propiedad que es general y extensible para todos, esta recibe el nombre de inercialidad.
La inercialidad se manifiesta en que, para variar la velocidad de un cuerpo en un determinado valor, es necesario que sobre el actué otro cuerpo durante un intervalo de tiempo dado. Cuanto mayor sea el intervalo de tiempo que demora en variar su velocidad en un valor determinado, durante una interacción, más inerte resulta el cuerpo. O sea, la inercialidad del cuerpo anterior es mayor.
La importancia de esta propiedad radica en que de ella depende la aceleración adquirida por un cuerpo como resultado de su interacción con otros cuerpos. La cuestión ahora es, ¿cómo podemos medir la inercialidad de los cuerpos?
Toda propiedad física de un cuerpo se caracteriza mediante una magnitud. Esta permite expresar la medida de esa propiedad. Por ejemplo, la propiedad que posee un cuerpo de ocupar determinada porción del espacio, se expresa por medio de la magnitud volumen. Por otro lado, la velocidad es la magnitud que caracteriza la rapidez, dirección y sentido del movimiento mecánico de un cuerpo. Entonces, para caracterizar la inercialidad de los cuerpos, se introduce una magnitud particular denominada masa.
Masa de los cuerpos según la primera ley del movimiento
La relación entre las velocidades adquiridas por los cuerpos depende exclusivamente de los cuerpos que interactúan entre sí. Partiendo de este principio, se puede determinar la masa de un cuerpo cualquiera, si lo hacemos interactuar con otro cuerpo de masa conocida que se toma como patrón.
Para ello tenemos que medir las aceleraciones que adquieren ambos cuerpos. Para este fin podemos valernos de la expresión de la velocidad del movimiento rectilíneo uniforme acelerado para los cuerpos que parte del reposo, es decir, v=at. Teniendo en cuenta que el tiempo de interacción es el mismo para ambos podemos obtener la relación entre las masas y la aceleración de estos:
Es decir, la relación de los módulos de las aceleraciones de los cuerpos que interactúan es igual a la relación del inverso de sus masas. Si sustituimos los valores obtenidos en las mediciones de aceleración y los sustituimos en la relación anterior, podremos obtener la masa del cuerpo buscada.
A partir de lo anterior definimos como masas de un cuerpo a la magnitud física escalar que expresa su inercialidad. Esta magnitud se determina por la relación de la aceleración de un cuerpo patrón y la aceleración del cuerpo en cuestión durante la interacción de ambos.
Aplicaciones de la primera ley del movimiento mecánico o ley de la inercia.
De seguro conoces que la masa de un cuerpo se puede medir mediante una balanza. El patrón de medida más utilizado internacionalmente para la masa es el kilogramo. No obstante, la primera ley del movimiento permite determinar la masa de un cuerpo sobre la base de sus propiedades inerciales. Esta propiedad se manifiesta durante la interacción del cuerpo con otro cuerpo.
En la práctica, semejante método es incómodo y poco práctico, pero en algunas situaciones la medición de la masa calculando las aceleraciones durante la interacción es el único procedimiento posible. Por ejemplo, resulta imposible determinar por medio de la balanza, la masa de los planetas, estrellas y otros cuerpos celestes.
La masa obtenida mediante la aplicación de la primera ley del movimiento recibe el nombre de masa inercial, y mediante la balanza masa gravitatoria. Mediciones realizadas experimentalmente muy precisas no han manifestado diferencias en sus valores. No obstante, la masa inercial y la masa gravitatoria reflejan propiedades diferentes de un cuerpo, pero todo indica que ambas magnitudes son directamente proporcionales .
La experiencia demuestra que los valores de la medida de la masa de un cuerpo que se obtiene por el método del cálculo de las aceleraciones coincide con el valor obtenido con la balanza.
