4.2 - Segunda Ley. Fuerza, masa y aceleración

Hola y bienvenido al Proyecto Gustavo. Este es el Podcast Física 1.

Tema 4. Dinámica 1. Leyes de Newton.

Apartado 2. Segunda ley de Newton. Fuerza, masa y aceleración.

Llegamos por fin a la más conocida de las tres leyes de Newton, y quizá la más importante, la segunda. ¿Por qué es tan importante? Porque nos permite por fin establecer una relación entre la causa y el efecto en el movimiento de un cuerpo.

El efecto es la aceleración, y la causa es lo que llamamos fuerza. Bueno, estrictamente la fuerza es algo capaz de causar una aceleración o una deformación, pero eso último no vamos a tenerlo en cuenta, al menos por el momento. Podemos comprobar experimentalmente que una fuerza sobre el cuerpo produce un cambio en su velocidad, es decir, una aceleración. En todos los casos vemos que la fuerza es proporcional a la aceleración, no solo en dirección sino también en sentido y módulo, así que podemos relacionarlos como fuerza igual a algo por aceleración. Ese algo es una propiedad del cuerpo, un escalar al que llamamos masa inercial. De ahí sale eso de F igual a m por a que conocemos todos. Y como el producto m por a es un vector, la fuerza también tiene que ser un vector.

Tenemos nueva magnitud, la fuerza, así que vamos a darle unidades. La fuerza tiene dimensiones de masa por aceleración, o de masa por longitud entre tiempo al cuadrado, así que su unidad en el sistema internacional será el kg por metro partido por segundo cuadrado, que recibe el nombre de Newton. Es bueno que al menos te suenen las unidades en otros sistemas. En el CGS, un sistema llamado así porque usa el centímetro, el gramo y el segundo como unidades fundamentales, la unidad es el gramo por centímetro partido por segundo al cuadrado, que se llama dina. En cuanto a los anglosajones, que suelen ir a su bola, han decidido que la libra es una unidad de fuerza, y es la fuerza ejercida sobre un objeto de una libra de masa por la gravedad en la superficie de la Tierra.

Vamos, el peso de una libra. Podemos relacionar todas estas unidades sabiendo que un kilogramo son mil gramos y un metro son cien centímetros, lo que nos da que un Newton es igual a cien mil dinas. En cuanto a los anglosajones, las libras son cuatrocientos cincuenta y cuatro gramos y pico, la aceleración de la gravedad son unos nueve coma ochenta y un metros por segundo al cuadrado, así que nos da que una libra de fuerza son unos cuatro coma cuarenta y cinco Newtons aproximadamente. Ya sabéis que son unos raritos, pero os lo pongo para que os suene. Y toca ejemplos de películas. Un problema para los aficionados a la ciencia ficción, como yo, es que casi todas las películas tratan la segunda ley de Newton mal.

Y si eres aficionado a la ciencia ficción, mejor salta de esta parte porque te voy a hacer llorar. Estamos habituados a ver al halcón milenario maniobrando por un campo de asteroides como si fuese un caza atmosférico, dando tumbas por el espacio. Pero esos requiebros, esos cambios de velocidad, no se pueden hacer así en el espacio. En la atmósfera sí, porque el aire empuja los salerones del avión de una forma u otra según los coloques, pero eso en el espacio no sirve. Allí una nave no tiene por qué ser aerodinámica, ya que va a moverse como una piedra, y salvo series como The Expanse o películas como 2001 Odyssey en el espacio, casi todas las demás fallan la segunda ley de Newton. Pero nos gusta, así que vamos a ver un par de ejemplos.

Star Wars, episodio 1, la amenaza fantasma. Sí, la de los midichlorianos. El pequeño Anakin pilota una nave y los malos le pisan los talones, así que decide jugar a Top Gun. Pues no, pequeño Anakin, no es un buen truco. Episodio 2, el ataque de los clones. Vamos a remeterle. El caza recompensa le lanza una especie de torpedo espacial a Obi-Wan. ¿Y qué hace este? Pues se mete en el clásico campo de asteroides, sortea una roca, otra, sube, baja, hace todo tipo de piruetas, suelta lastres, y el torpedo detrás... como si estuviésemos en una peli de submarinos de la Segunda Guerra Mundial.

Pues no cuela. Para hacer todas esas piruetas necesitarían motores que empujasen la nave hacia arriba y hacia abajo, izquierda y derecha. Repito, una nave en el espacio es básicamente una piedra volante, no es una lancha motora. Ejemplo 3, la venganza de los Sith. Escena inicial, una gran batalla se prepara en la órbita baja de Coruscant.

Los protagonistas, en dos pequeñas naves monoplazas, van sorteando las demás naves, sobrevolándolas como si fuesen cazas de una flota naval en la superficie terrestre. Mucho rollo Top Gun en el espacio y mucho desconocimiento de la segunda ley de Newton, porque para hacer tantas piruetas necesitan motores laterales que no se ven por ninguna parte. Y también lo tenemos en todo el resto de las películas de la serie.