Modificación de la Segunda Ley de Newton

Principio de fuerza interna, modificación de la segunda Ley de Newton y desglose de sus casos.

RESUMEN: Cambiar nuestras nociones del universo, siempre es un desafío.

Las Leyes del movimiento establecidas por Sir Isaac Newton, han servido como base y sustento a nuestra interpretación de los fenómenos naturales, pero éstas en si mismo han sido modificadas en su redacción como principios elementales de la naturaleza en reiteradas ocasiones.

Muchos científicos sostienen que nadie fue más consciente que el mismo autor, en que dichos postulados eran tan solo una aproximación a la Verdad, no estableciéndose durante estos trescientos años la reformulación verdadera y la  modificación que englobara la comprensión de conceptos como masa, peso, inercia, espacio absoluto, entre otros. Fueron muchos los esfuerzos de comprender  y dar una definición correcta.  La teoría de la relatividad propuso acercamientos a dicho comprensión, como es el principio de equivalencia.  También el debate mundial en torno a la definición del concepto peso, por aquel mismo año no lograba ser satisfactorio y convincente, en consecuencia al agregar el principio de fuerza interna neta, obtenemos grandes conclusiones que dan la comprensión única y necesaria de los conceptos mencionados, y se puede apreciar que varios de los axiomas que hemos considerado elementales y no derivables, son casos particulares de la segunda ley de movimiento modificada.

ARTÍCULO I PARA REVISTA ESPAÑOLA DE FÍSICA

Las fuerzas de atracción están mayormente presentes en el universo.  La geometría de Euclides es claramente un caso límite intermedio entre otras geometrías modernas, como la geometría hiperbólica y elíptica.  De hecho la geometría euclidiana es una geometría de curvatura nula, por lo cual, analizar la desviación de un objeto debido a las fuerzas que interactúan en él y  no por desviaciones de curvatura, parece bastante sensato a velocidades significativamente menores que la luz.

Si las fuerzas de atracción fueran menores que las fuerzas de repulsión, el campo predominante del universo sería repulsivo para una partícula o elemento particular,  por lo que toda la materia tendería hacia la disgregación y divergencia. E incluso, si ambas fueran iguales, el campo neto sería predominantemente cero en varias regiones del espacio formando canales de fuerza nula, lo que implica que  bastaría que una partícula tome coincidencia y movimiento en línea recta, para alejarse por la eternidad hasta el infinito.

Es por lo mismo que lo que gobierna en el universo es la atracción, y es por esta misma razón que las galaxias forman espirales, los átomos sólidos, los líquidos tensión superficial y los gases siempre cercanos a la atmósfera terrestre, la tierra ejerce el campo predominante y el marco de referencia en nuestro diario vivir terrestre.

Aunque las atracciones más intensas son netamente eléctricas y son las ejercidas por átomo sobre otro átomo para formar una molécula, también entre moléculas apolares existen pequeñas atracciones apreciables en el mundo material y de gran importancia. Las fuerzas intermoleculares o de enlaces, son estadísticamente atractivas y basta con observar la materia que nos rodea, aunque son considerablemente más débiles que los enlaces iónicos, covalentes y metálicos, éstas a su vez, las podemos clasificar en dipolo-dipolo, dipolo-dipoloinducido y fuerzas de dispersión de London.

Como es sabido, las moléculas son ligeramente pegadizas por decirlo de alguna manera, producto de una leve fuerza de atracción, a la cual  llamaremos fuerzas de dispersión.  Son las responsables de la existencia de los tres estados de la materia: sólidos, líquidos y gases.  Estas fuerzas de atracción son las que ordenan la materia neutra, y pueden encontrarse canceladas entre sí, como también no, pero en ningún momento dejar de existir.

A bajas temperaturas, los átomos poseen poca agitación térmica, por lo que las fuerzas de dispersión se hacen más notorias y cumple su función manteniendo firmemente unidos la configuración del sistema conglomerado en disposición de empaquetamiento compacto, formando así un sólido. En gases, por ejemplo, las fuerzas de dispersión son de poca consideración.  Si las fuerzas de atracción dejaran de existir, en la práctica cualquier gas alcanzaría su estado ideal, cual solo es aceptable como modelo teórico a muy baja presión y elevada temperatura. Por otro lado, cuando las fuerzas de atracción son considerables con respecto a la agitación térmica, los movimientos de las partículas quedan reducidos a pequeñas vibraciones aleatorias en torno a los puntos de equilibrio propios de la configuración.

A modo de entender el comportamiento de estas fuerzas internas, las moléculas en el interior de un líquido están sometidas a fuerzas de atracción simétrica, iguales en todas las direcciones, mientras que las superficiales están sujetas a tracción hacia el líquido. De este modo, sobre todas las moléculas de la superficie del liquido, actuará una fuerza dirigida hacia el interior del mismo, lo que hace que ésta superficie se comporte como una membrana elástica que tienda a comprimir el conjunto, de modo que la relación superficie/volumen sea mínima.  Ésta es la causa por la que los líquidos en pequeñas porciones formen gotas esféricas. De igual forma, con el paso del tiempo, la Tierra,  Luna y Sol han generado su propia esfera, producto de las fuerzas interiores entre partículas.

Aun así, sin importar la geometría del cuerpo en estudio, sería bueno decir que por principio de acción y reacción existe una fuerza interior insatisfecha, que siempre se acompaña por un campo gravitacional predominante en cada región del espacio, cual se manifiesta uniforme al interior del cuerpo en estudio, la inmisión de dicho campo causa por efecto fuerza interna en cada una de las partes de la configuración del sistema, por ende la fuerza insatisfecha se manifiesta en tan solo una dirección, y esa dirección es hacia la fuente quien cause el campo predominante.

Las leyes de Sir Isaac Newton tal como fueron enunciadas en 1687, no explican de dónde procede el peso de un cuerpo, y durante mucho tiempo hemos aceptado y utilizado la Segunda Ley de Movimiento, asumiendo que el peso de cuerpo es una fuerza impresa, en otras palabras, una fuerza exterior que actúa sobre una cuerpo.  Si lo asumido fuera cierto, muchos de los cuerpos sufrirían deformaciones o rupturas al momento de caer. De todo lo dicho, lo importante a subrayar es que cada partícula o parte de nuestro cuerpo es acelerado por el campo predominante gravitatorio ejercido por la tierra.

Por medio del presente principio, al cual hago llamar de forma personal Cuarta Ley de Newton. Enuncio y propongo lo siguiente:

“La suma de todas las fuerzas interiores es igual a constante m multiplicada por campo predominante   QUOTE  ”

En consecuencia, se define la Inercia de un conjunto de partícula, como:

Se enuncia informalmente Ley de Movimiento (Segunda Ley de Newton Modificada), como:

A continuación, se presentan una serie de casos de la Ley de Movimiento General, y se puede apreciar que la primera, segunda y tercera Ley enunciadas en 1687 son casos particulares de una misma ecuación.

CASO I.

Ausencia de  QUOTE   ; QUOTE   0; QUOTE  

CASO II.

Símil, ausencia de  QUOTE   ; QUOTE     QUOTE   

 QUOTE  .

CASO III.

Si  QUOTE  ; QUOTE  ; y el objeto no acelera QUOTE  :

Válida también para intervalos de tiempo corto  QUOTE  .

La ecuación además plantea que existen ceros a la izquierda y derecha de la ecuación. Un par de fuerzas, se compone de dos fuerzas siempre iguales en magnitud y opuestas en dirección, en cambio una fuerza de acción no siempre es igual y opuesta a su reacción, lo que sí es cierto afirmar es que una fuerza impresa siempre provoca una reacción contraría pero no necesariamente igual en magnitud y éste simple defecto es la base de la dinámica.

CASO IV.

Si  QUOTE  , y en distancias próximas a la superficie terrestre  QUOTE   es uniforme, cual tiene por valor  QUOTE   en dirección hacia la Tierra, manteniendo fijo el objeto de masa inercial  QUOTE   durante un intervalo de tiempo, en equilibrio cuando se trata de medir el peso es la fuerza exterior que debe aplicarse y ésta es igual y en dirección opuesta a la fuerza interior propia del objeto (caso III):

CASO V

Si el objeto es trasladado y a la vez acelerado  QUOTE  , cuando se trata de medir, el peso es la fuerza exterior que debe aplicarse para que el objeto permanezca fijo al sistema referencial propio del traslado, y éste cambia según el sentido y dirección de dicha traslación.

(Medida de Peso Aparente)

La masa aparente que marca la balanza en dicha traslación, podemos obtenerla sacando el modulo de la expresión obtenida, y dividiendo por  QUOTE  .

(Cambio de Masa Aparente)

CASO VI.

Si  QUOTE   y  QUOTE  , no habiendo fuerzas exteriores que perturben al objeto:

 (Principio de equivalencia, el objeto en su posición acelera en magnitud y dirección a la línea de campo)

CASOVII.

Si  QUOTE    , significa que  QUOTE   , no habiendo fuerzas exteriores que perturben al objeto

 QUOTE  .

(En el espacio vacío, m es quien provoca en campo predominante)

CASO VIII.

Si  QUOTE    , significa que  QUOTE   , no habiendo fuerzas exteriores que perturben el objeto

(Campo muy predominante sobre cualquier otro objeto cercano)

CASO IX.

Si un objeto lineal como es una cuerda de masa  QUOTE   es sometido a dos tensiones QUOTE   y  QUOTE   en direcciones opuestas y es a la vez es acelerado. 

(Acción y reacción de una cuerda acelerada)

De esta forma y según los visto se puede enunciar Principio de Espacio Absoluto: “Todos las velocidades, aceleraciones y movimientos de un objeto son relativos a la masa que causa el campo predominante sobre el objeto” En otras palabras al nuevo marco referencial absoluto.

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AUTOR: Gonzalo Diez-Acevedo

CENTRO: Centro de Tecnologías Físicas Leonardo Torres Quevedo, C/Serrano 144, 28006 - Madrid. TITULO INGLÉS: Principle of internal force, modification of Newton’s second law and breakdown of its cases.