La tercera ley del movimiento mecánico plantea que los cuerpos actúan unos sobre otros con fuerzas iguales en módulo y dirección, pero en sentidos opuesto.
Sir. Isaac Newton, físico y matemático inglés, publicó en el año 1648, basándose en los estudios de Galileo Galilei y Rene Descartes, la primera gran obra conocida de la física denominada: Principios matemáticos de filosofía natural. En la primera de las tres partes en que está dividida esta obra, también conocida como Principia, Newton enuncia en tres leyes las relaciones que existen entre las fuerzas y los efectos que estas tienen en la dinámica del movimiento, es decir, las leyes de la dinámica.
En la tercera ley de Newton, conocida también como tercera ley del movimiento mecánico o principio de acción y reacción, se plantea que cuando dos cuerpos interactúan entre sí, se generan fuerzas sobre ellos de igual dirección y valor, pero en sentidos contrarios. A continuación, explicamos el significado de este concepto.
Explicación de la tercera ley del movimiento mecánico.
Para visualizar el concepto de la tercera ley de Newton os propongo que os imaginéis una partida de billar. Primeramente, es bastante claro que todas las bolas del juego tienen la misma masa y dimensión. Además, el paño que se utiliza para la mesa reduce considerablemente la fricción sobre las bolas. Por tanto, este ambiente es bastante indicado para ejemplificar las leyes de la dinámica, y en concreto la tercera ley.
Cuando el jugador golpea la bola blanca, esta sale despedida por el tablero de juegos con una velocidad v. Aquí se pone de manifiesto lo explicado en el artículo sobre la Primera Ley de Newton. La bola blanca golpeara a la bola objetivo, y si lo hace con un ángulo de 180 grados, pues la bola blanca deberá detenerse. Por otro lado, la bola golpeada se moverá con una velocidad bastante similar a la velocidad de la bola blanca justo antes del golpe. ¿A qué se debe este comportamiento?
ACCIÓN
Pues como enuncia la tercera ley del movimiento mecánico, la bola blanca aplica una fuerza de igual valor a la fuerza que hace que ella se mueva a la bola golpeada, lo que provoca que esta bola también se mueva. Esta fuerza aplicada, como ya dijimos es de valor muy similar a la fuerza que hace que la bola blanca se mueva. Por tanto, la velocidad que adquiere la bola golpeada por influencia de esta fuerza, es similar en valor a la velocidad que trae la bola blanca.
En resumen, que la bola blanca está aplicando una acción sobre la bola golpeada que hace que esta cambie su estado de reposo, según la primera ley, y se mueva. Pero, ¿cuál es la causa de que la bola blanca se detenga?
REACCIÓN
Pues la repuesta a la anterior pregunta está determinada por el segundo principio expuesto en la tercera ley del movimiento mecánico, el principio de reacción. A grandes rasgos, la manifestación de este principio está presente en la reacción que tiene, la bola golpeada sobre la propia acción del golpe. Es decir, cuando ocurre el choque entre la bola blanca y la bola golpeada, esta última se mueve por acción de la fuerza que imprime la bola blanca, y a su vez provoca un efecto sobre la bola blanca como reacción al golpeo.
Que la bola blanca se detenga es por la manifestación vectorial de la tercera ley, ya que, si la fuerza de reacción es igual numéricamente a la fuerza de acción, pero en sentido contrario, pues como es lógico la bola blanca se detendrá.
COMPONENTES DE FUERZA
Por supuesto, podréis pensar que en muchas ocasiones la bola blanca continúa moviéndose aún después del golpe. Esto está dado por las componentes de la fuerza que actúa sobre la bola blanca. Como dije anteriormente, la bola blanca solo se detendrá si golpea en un ángulo de 180 grados con respecto a la bola objetivo. Si el ángulo es otro, pues la fuerza que actúa sobre la bola blanca se descompondrá en dos fuerzas de acción sobre el plano. La componente de la fuerza que interactúa con la bola objetivo hará que esta se mueva por la mesa.
Al tomar valor cero como producto de la reacción la componente de la fuerza que provoca la acción, pues ahora estaría actuando sobre la bola blanca solo una de las componentes, lo que provoca que la bola blanca cambie su dirección de movimiento, en la dirección de esta componente, que actuaría como la fuerza principal a partir de este momento.
Aunque hay que destacar, que lo anteriormente explicado, no implica que aunque los pares de fuerzas de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos. Este principio presupone que la interacción de dos partículas entre sí se propaga instantáneamente en el espacio, requiriendo para esto una velocidad infinita. Esto realmente no es cierto ya que a partir de la teoría de la relatividad de Einstein ninguna partícula con masa puede superar la velocidad de la luz, es decir 300 000 Km/s.
Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley de Newton
Representación vectorial de la tercera ley del movimiento mecánico.
Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, el cuerpo B reaccionara ejerciendo una fuerza sobre el cuerpo A con igual valor modular y dirección, pero en sentido contrario. La representación vectorial de este concepto es:
Donde el primer término es la fuerza que aplica el cuerpo A sobre el cuerpo B. El segundo término representa la fuerza de reacción del cuerpo B sobre el cuerpo A. La unidad de medida de estas fuerzas en el Sistema Internacional de Medida es el newton (N).
Ejemplos de la tercera ley del movimiento mecánico.
Encontrar ejemplos que ilustren la manifestación de la tercera ley de newton es realmente sencillo, ya que está presente en nuestro accionar diario. Seguro has visto una competencia de clavados, pues cuando el clavadista se impulsa sobre el trampolín, lo que ocurre es que este aplica con sus piernas una fuerza F al trampolín. De igual manera, el trampolín imprime una fuerza -F de igual valor, pero en sentido contrario al clavadista que lo hace elevarse en el aire.
Pero la tercera ley no solo está presente entre dos cuerpos que choquen o se toquen de alguna manera entre sí. Esta ley también se aplica en la distancia. Por ejemplo, la interacción de cuerpos gigantes como el sol y la tierra también manifiestan la tercera ley de Newton. El sol ejerce una fuerza de atracción sobre la tierra, lo cual provoca que la tierra también ejerza una fuerza de atracción sobre el astro rey de igual valor en sentido contrario.
Entonces, ¿porque es la tierra la que orbita alrededor del sol y no lo contrario? Pues esto tiene una explicación sencilla, realmente ambos cuerpos celestes orbitan alrededor de un punto común conocido como centro de masa. La diferencia está dada a raíz de la gran masa del sol que hace que este punto se encuentre en su interior.
Conclusiones
En ocasiones, situaciones sencillas y comunes de nuestro día a día tienen una explicación científica. Pues este es el objetivo de la Física, explicar estas situaciones naturales y aplicarlas para solucionar problemas más complejos. Esperamos que el anterior artículo haya sido de ayuda para comprender un poco más los misterios de nuestro universo.
