Primera y tercera leyes de Newton

¿Qué dicen la primera y la tercera ley?

Vas de pie en un camión que frena y el cuerpo se te va hacia el frente. Nadie te empujó hacia allá. El camión bajó su velocidad y tú, por inercia, seguiste con la que traías. La primera ley de Newton lo dice así: un cuerpo en reposo sigue en reposo, y uno en movimiento sigue con velocidad constante, salvo que una fuerza externa neta actúe sobre él. Velocidad constante incluye el reposo, e incluye no cambiar de dirección. ¹

Por eso un auto que toma una curva, aunque el velocímetro no se mueva, sí tiene fuerza neta: cambiar de dirección es cambiar la velocidad. Y un elevador que sube parejo, sin ganar ni perder rapidez, tiene fuerza neta cero. Hay fuerzas, el cable y el peso, pero se equilibran. OpenStax llama equilibrio estático al reposo y equilibrio dinámico al movimiento con fuerzas balanceadas. ¹

La tercera ley habla de otra cosa. Siempre que un cuerpo A empuja a B, B empuja a A con una fuerza de igual magnitud y sentido contrario. En ecuación, $\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$. Las dos aparecen juntas, son del mismo tipo y cada una actúa sobre un cuerpo distinto. Por eso no se restan en el diagrama de un solo objeto. ²

Ideas clave

• Primera ley: sin fuerza neta, la velocidad no cambia. Ni la rapidez ni la dirección. ¹
• Inercia: es esa tendencia a conservar el estado de movimiento. La masa mide cuánta inercia tiene un cuerpo; la segunda ley la pone en números. ¹
• Fuerza neta cero no es "no hay fuerzas". Puede haber varias que se anulen. El paracaidista que baja parejo tiene peso y resistencia del aire iguales y opuestos. ¹
• Tercera ley: $\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$. Misma magnitud, sentidos opuestos, cuerpos distintos, mismo tipo de interacción. ²
• No confundas el par con el equilibrio. Dos personas que empujan una caja con 30 N cada una, en sentidos opuestos, aplican dos fuerzas sobre la misma caja. Se anulan, y eso es la primera ley, no un par de acción y reacción. ²

Ejemplos resueltos

La sonda que apaga el motor

Una sonda va a 12 km/s, lejos de planetas, y apaga motores. A partir de ahí ninguna fuerza actúa sobre ella. ¿Qué hace?

1. Fuerza neta cero.
2. La primera ley: conserva la velocidad que ya tiene.
3. Sigue en línea recta a 12 km/s. No se frena sola y no empieza a curvar.
4. En la Tierra los objetos se detienen porque sí hay fuerzas, sobre todo fricción. Aquí el enunciado las quitó.
5. El motor servía para cambiar la velocidad. Apagarlo no es un freno.

El libro y la Tierra

Un libro está quieto sobre una mesa. Alguien dice que la reacción del peso del libro es la normal de la mesa. ¿Por qué no?

1. El peso es la Tierra jalando al libro. Es una fuerza gravitatoria sobre el libro.
2. Por la tercera ley, el libro jala a la Tierra con una fuerza igual y opuesta. Ese es el par.
3. La normal es la mesa empujando al libro. Equilibra al peso, sí, y por eso el libro no acelera. Pero actúa sobre el mismo libro, así que no es la pareja del peso.
4. La pareja de la normal es el libro empujando a la mesa, otra interacción, ahora de contacto.
5. Regla práctica: si las dos fuerzas están en el diagrama del mismo cuerpo, no son acción y reacción.

Cohete, remo, mantel y carretilla

¿Cuáles de estas son la tercera ley?

1. Un cohete echa gas hacia abajo y el gas lo empuja hacia arriba.
2. Jalas un mantel y los platos se quedan.
3. El remo empuja el agua hacia atrás y el agua empuja el bote hacia adelante.
4. Una carretilla vacía acelera más que una llena, con el mismo empujón.

La 1 y la 3 son pares: dos cuerpos, fuerzas opuestas. La 2 es inercia: los platos conservan el reposo. La 4 es la segunda ley: con la misma fuerza, menos masa da más aceleración. No toda frase con dos objetos es la tercera ley. Tiene que haber un empujón de ida y el de vuelta.

Errores comunes

• Si crees que el camión, por ser más pesado, pega más fuerte que el auto en un choque, estás mirando el daño y no la fuerza. Las fuerzas del par son iguales. El auto se acelera más porque tiene menos masa.
• Si al frenar el autobús explicas que "te empujan hacia adelante", inventas una fuerza. Tu cuerpo sigue con su velocidad y el asiento se va hacia atrás respecto a ti.
• Si dices que un cuerpo con velocidad constante no tiene fuerzas, borraste las que se cancelan.
• Si llamas acción y reacción a dos fuerzas que se anulan sobre el mismo objeto, mezclaste la primera condición de equilibrio con la tercera ley.
• Si una curva a rapidez constante te parece "sin fuerza", olvidaste que la dirección también es parte de la velocidad.

Cómo lo pregunta el examen

Hay dos estilos. Uno describe una escena (frenón, sonda, paracaídas, curva, lámpara colgada) y pregunta qué ley es o si la fuerza neta es cero. Otro da cuatro situaciones y pide cuáles son la tercera ley. Antes de elegir, pregunta: ¿cambia la velocidad? Si no cambia, la fuerza neta es cero. ¿Hay dos cuerpos empujándose? Si sí, es la tercera. ¿Las dos fuerzas caen sobre el mismo dibujo? Entonces no son el par.

Resumen

• Sin fuerza neta, la velocidad se queda como está: reposo o movimiento recto y uniforme.
• Cambiar de rapidez o de dirección exige fuerza neta.
• Fuerza neta cero puede ser un equilibrio de varias fuerzas.
• La tercera ley: $\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$, sobre cuerpos distintos.
• La normal que equilibra un peso no es la reacción de ese peso.