Dinámica de una partícula

1.1 Leyes de Newton

Cuando un automóvil de cambio manual tiene problema con la batería, una de las formas de ponerlo a andar es empujándolo, es decir, aplicándole una fuerza para que se empiece a mover. Pero ¿qué tenemos que hacer para que un cuerpo que está en movimiento se detenga o para que un cuerpo se mantenga en movimiento?
Aristóteles pensaba que un cuerpo que se está moviendo por la aplicación de una fuerza, es suficiente suspender su aplicación para llevarlo al estado de reposo. Por esta razón, llamó al reposo el estado natural de los cuerpos. Este planteamiento es incorrecto, sin embargo, es común encontrar a personas que no han dado un curso de Física, pensar de forma similar a la de Aristoteles.
Estas ideas fueron refutadas por el físico italiano Galileo Galilei en el siglo XVII, sentando desde entonces las bases de la Dinámica (Parte de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpo en virtud de las fuerzas que actúan sobre él).

1.1.1 Principio de Inercia de Galileo o Primera ley de Newton
Galileo comprobó experimentalmente que para iniciar el movimiento (cambiar el estado de reposo) es necesario la aplicación de una fuerza, de tal forma que la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo sea distinta de cero.
Para estudiar qué sucede cuando un cuerpo está en movimiento, construyó rampas muy pulidas con diferentes inclinaciones en su parte terminal y observó lo que ocurre cuando se suelta una bola desde la rampa principal (Figura 1). Galileo determinó que en todos los casos la tendencia de la bola era llegar a la misma altura a la cual había sido soltada. Entonces ideó un experimento mental que consistía en suponer una rampa perfectamente pulida y un aparato en que la distancia entre la rampa principal y la rampa final fuese infinitamente grande. ¿Qué sucede si soltamos una bola desde la rampa principal? La conclusión de Galileo fue que la bola bajará por la rampa principal, rodará por la parte plana hasta intentar alcanzar la segunda rampa y llegar a la misma altura a la cual fue soltada, pero como la distancia entre las rampas es infinita, la bola rodará hasta el infinito sin parar.

De esta forma, Galileo llegó a la conclusión que Aristóteles estaba equivocado y que el reposo no era el estado natural de los cuerpos. Es decir, que si un cuerpo está en movimiento sobre una superficie infinitamente grande sin rozamiento y si no hay una fuerza resultante que actúe sobre el cuerpo, continuará moviéndose hasta el infinito.

Después de múltiples experiencias, Galileo llegó a las siguientes conclusiones:

• Es necesario una fuerza externa para poner en movimiento a un cuerpo.
• No se requiere una fuerza externa para que el movimiento e un cuerpo se conserve.
• Todo cuerpo tiende a conservar ya sea el reposo o el movimiento, mientras no exista una fuerza que le modifique este estado.
• La tendencia que tienen los cuerpos a conservar el estado de reposo o el estado de movimiento se llama inercia.
• La inercia de un cuerpo se vence por la interacción que exista entre él y los cuerpo que lo rodean, y a esta interacción se le denomina fuerza.

La ley de la Inercia de Galileo se puede enunciar así: Todo cuerpo tiene a conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, siempre que no existan fuerzas externas actuando sobre él, o que la sumatoria de ellas sea igual a cero.

De la Ley de la Inercia, se obtiene la siguiente definición de fuerza: Fuerza es toda causa capaz de vencer la inercia de los cuerpos.

Esta ley implica que si la resultante de todas las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo se anulan, el cuerpo o se encuentra en reposo o está en movimiento rectilíneo uniforme. Matemáticamente, la Ley de la Inercia puede ser escrita asi:

Medio siglo después , el físico inglés Issac Newton utilizó la Ley de la Inercia de Galileo comoo punto de partida para sistematizar las leyes de la mecánica, por esta razón se le denomina también Primera Ley de Newton.