¿Y si Enseñamos las Leyes de Newton AL REVÉS?
Summary
TLDREste script ofrece una visión innovadora de las leyes de Newton, presentándolas de manera didáctica y accesible para los espectadores. Se aborda el concepto de momento, que se relaciona con la energía cinética y la dirección del movimiento. La Tercera Ley de Newton se explica a través del traspaso de momento en una colisión, como en el billar, y se compara con la transferencia de dinero. La Segunda Ley se resume en que las fuerzas cambian la velocidad de los cuerpos, lo que implica aceleraciones. Finalmente, la Primera Ley se describe como un principio fundamental sobre el movimiento constante en ausencia de fuerzas. Además, se desafían algunas de las intuiciones comunes y se destaca la importancia de cuestionar nuestras percepciones del mundo físico. El video termina con una reflexión crítica sobre el estado actual de las leyes de Newton en la física moderna.
Takeaways
- 📚 Las leyes de Newton no son fáciles de entender, especialmente para quienes están comenzando en física.
- 🔄 En lugar de explicar las leyes de Newton de la primera a la tercera, el video propone entenderlas en orden inverso, lo que podría ser más didáctico.
- 📍 El momento (o impulso) es una cantidad que indica la cantidad de movimiento un objeto tiene; depende de su masa y velocidad, y tiene una dirección.
- 🚀 El tercera ley de Newton habla sobre la transferencia de momento; cuando dos objetos colisionan, el momento se transfiere de uno a otro.
- 💰 El momento es como el dinero; al transferirlo, el donante pierde y el receptor gana momento.
- 🤸 Cuando aplicamos una fuerza a un objeto, en realidad estamos transfiriendo nuestro momento a ese objeto.
- ↔️ La tercera ley de Newton también establece que cada acción tiene una reacción igual y opuesta, lo que implica una transferencia de momento.
- 🔧 La segunda ley de Newton establece que las fuerzas cambian el momento de un objeto, lo que generalmente resulta en una aceleración.
- 🧲 La fuerza de la gravedad es constante cerca de la Tierra, y su efecto es robar momento a los objetos, disminuyendo su velocidad.
- 🛰️ En el espacio, donde no hay fuerzas externas como el aire o el suelo, un objeto en movimiento continuará en movimiento a menos que se aplique una fuerza adicional.
- 🚢 La primera ley de Newton, a menudo considerada una hipótesis más que una ley estricta, dice que un objeto en reposo se mantendrá en reposo, y un objeto en movimiento se mantendrá en movimiento a una velocidad constante, a menos que actúen sobre él fuerzas netas.
- 🔮 Aunque las leyes de Newton son fundamentales en la física clásica, han sido superadas teóricamente por conceptos más modernos como la mecánica analítica y la física cuántica.
Q & A
¿Cómo se define el momento en el contexto de las leyes de Newton?
-El momento es una cantidad física que indica la cantidad de movimiento un objeto tiene, dependiendo de su masa y velocidad. Un objeto en movimiento rápido tiene más momento que uno en movimiento lento, y su momento apunta en la dirección del movimiento.
¿Por qué la masa es un factor clave en la cantidad de momento que un objeto tiene?
-La masa es importante porque indica lo difícil que es mover un objeto. Un objeto con más masa, como un coche, requiere más momento para ser movido comparado con un objeto de menor masa, como una canica, a la misma velocidad.
¿Cómo se relaciona el momento con la energía cinética?
-El momento está relacionado con la dirección del movimiento, mientras que la energía cinética se refiere a la cantidad total de movimiento un objeto tiene, sin importar la dirección. Un objeto con más energía cinética está moviéndose con una velocidad más alta.
¿Cómo se puede transferir el momento según la tercera ley de Newton?
-El momento se puede transferir a través del impacto o la interacción entre dos objetos. Cuando dos objetos chocan, el momento del primero puede transferirse al segundo, cambiando sus estados de movimiento.
¿Qué es la 'deuda de momento' y cómo se relaciona con la reacción?
-La 'deuda de momento' es una expresión que describe la situación en la que un objeto sin momento empuja otro, lo que resulta en un cambio de movimiento del primer objeto. Esto se relaciona con la reacción en la tercera ley de Newton, donde cada acción tiene una igual y opuesta reacción.
¿Cómo se relaciona la fuerza con el cambio en el momento?
-Según la tercera ley de Newton, cuando un cuerpo pierde o gana momento, esto indica que se le ha aplicado una fuerza. La fuerza es lo que causa el cambio en el momento, y por lo tanto, el cambio en la velocidad del objeto.
¿Por qué la segunda ley de Newton es considerada una conclusión potente?
-La segunda ley de Newton es poderosa porque establece que las fuerzas son responsables del cambio en la velocidad de un objeto, es decir, de las aceleraciones. Esto permite predecir cómo se moverán los objetos cuando se aplican ciertas fuerzas.
¿Cómo varía la fuerza que siente una moneda mientras cae debido a la gravedad?
-La fuerza que siente una moneda debido a la gravedad no cambia mientras cae; es la velocidad de la moneda lo que disminuye hasta que alcanza el suelo, debido a la pérdida gradual de momento.
¿Qué implica la primera ley de Newton para un objeto en el espacio exterior?
-La primera ley de Newton implica que si un objeto está en movimiento en el espacio exterior y no hay fuerzas actuando sobre él, su velocidad no cambiará y se moverá en línea recta para siempre, a menos que encuentre una fuerza que le quite momento.
¿Por qué la primera ley de Newton no es considerada una ley estrictamente sino una hipótesis?
-La primera ley de Newton no se puede probar experimentalmente en forma estricta porque no existe un lugar en el cosmos libre de fuerzas que puedan cambiar el momento de un objeto. Además, es redundantante con la segunda ley, ya que si no hay fuerzas actando sobre un objeto, su aceleración es cero y mantiene una velocidad constante.
¿Cómo las leyes de Newton han evolucionado en el tiempo y por qué no se usan en física moderna?
-Las leyes de Newton han evolucionado hacia conceptos más avanzados como la mecánica analítica, la relatividad general y la física cuántica. La energía y la minimización de la acción han reemplazado el uso de fuerzas en estas áreas modernas de la física.
¿Cuál es la lección más importante que podemos aprender de las leyes de Newton?
-La lección más importante de las leyes de Newton es que nuestras intuiciones sobre el mundo no siempre son correctas y que la física puede proporcionarnos una comprensión más profunda de los fenómenos naturales.
Outlines
📚 Introducción a las leyes de Newton
El primer párrafo introduce el tema de las leyes de Newton y la intención de abordarlas de manera didáctica y en orden inverso. Se menciona la importancia del momento, que es una medida de la cantidad de movimiento de un objeto, dependiendo tanto de su velocidad como de su masa. Se ilustra cómo el momento puede transferirse, como en el caso de una bola de billar que se detiene transfiriendo su momento a otra, o en la interacción de dos patinadores. Además, se plantea un ejemplo hipotético con dos personas en sillas con ruedas para explorar cómo la masa afecta el movimiento.
🤸 Fuerzas, momento y reacción
El segundo párrafo profundiza en la relación entre fuerzas, momento y reacción. Se aclara que cuando un cuerpo pierde o gana momento, esto se debe a la aplicación de una fuerza. Se describe cómo la tercera ley de Newton establece que una fuerza aplicada a un objeto produce una fuerza igual y opuesta en el objeto que aplica la fuerza. Se discute cómo las fuerzas generalmente cambian la velocidad de los cuerpos, lo que lleva a la segunda ley de Newton, que conecta las fuerzas con las aceleraciones. Se utiliza el ejemplo de una moneda que cae para explicar que la fuerza de la gravedad no cambia a medida que la moneda se mueve, sino que es la velocidad la que disminuye.
🚀 Aplicaciones y consideraciones finales
El tercer párrafo explora la primera ley de Newton en contextos como el espacio exterior, donde la falta de interacción con otras partículas permite que los objetos mantengan su movimiento. Se compara con la experiencia en la Tierra, donde constantemente perdemos momento debido a las interacciones con el suelo y el aire. Se discute cómo la lubricación y la forma de un objeto pueden minimizar la pérdida de momento. Finalmente, se cuestiona la primera ley de Newton como una hipótesis y se señala su redundancia en relación con la segunda ley. Se concluye con la importancia de las leyes de Newton en la educación física y la necesidad de ir más allá de ellas en la física avanzada.
Mindmap
Keywords
💡Leyes de Newton
💡Momento
💡Masa
💡Velocidad
💡Fuerza
💡Aceleración
💡Transferencia de momento
💡Interacción
💡Espacio exterior
💡Acción y reacción
💡Mecánica analítica
Highlights
Las leyes de Newton no son un tema fácil, especialmente para los principiantes.
Se aborda la explicación de las leyes de Newton de manera inversa, comenzando por la tercera ley.
Se plantean problemas para asegurarse de que el espectador comprende el concepto de momento.
Momento es la cantidad de movimiento lineal que tiene un objeto, dependiendo de su masa y velocidad.
El momento es transferible, como se muestra en el ejemplo del billar.
La primera ley de Newton dice que un objeto en movimiento permanecerá en movimiento a menos que le apliquen una fuerza.
La segunda ley de Newton establece que las fuerzas cambian la velocidad de un objeto, lo que implica aceleraciones.
La tercera ley de Newton describe la relación de acción y reacción entre las fuerzas.
Se discute cómo las fuerzas afectan el movimiento, estableciendo una conexión entre la dinámica y la cinemática.
Se utiliza el ejemplo de una moneda en el suelo para ilustrar cómo la fuerza de la gravedad no cambia con el movimiento.
Se explora la idea de que en el espacio, donde faltan fuerzas externas, un objeto en movimiento continuará moviéndose indefinidamente.
Se cuestiona la primera ley de Newton como una hipótesis y no una ley estricta debido a la imposibilidad de encontrar un entorno libre de fuerzas.
Se argumenta que la primera ley de Newton es redundante, siendo una instancia particular de la segunda ley.
Se señala que las leyes de Newton no están completamente definidas en términos de masa y fuerza.
Se menciona que las leyes de Newton han sido superadas por conceptos más modernos como la mecánica analítica.
Se destaca la importancia de las leyes de Newton en la formación de los físicos y la comprensión de las limitaciones de nuestras intuiciones.
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Transcripts
00:00Ok, allá vamos de nuevo. ¡Las leyes de Newton en 15 minutos!
00:04Y esta vez nada en síntesis. Las leyes de Newton no son un tema fácil, especialmente
00:09para los chavalitos que están empezando.
00:11Por eso, en este vídeo, vamos a mirarlo desde otro punto de vista; en concreto boca abajo.
00:16En vez de explicar las leyes de Newton desde la primera a la tercera, vamos a hacerlo al
00:22revés. Yo creo que es más pedagógico. Durante el camino os plantearé algunos problemas
00:27a ver si estáis pillando bien la movida. Y, para los más curtidos, os contaré al
00:32final por qué las leyes de newton tienen algunos oscuros secretos.
00:37Se me va el tiempo con esta introducción así que saltemos al ruedo: el momento.
00:41Una forma de procesar mejor todo esto es pensando en el momento que tienen las cosas ¿qué
00:45es eso del momento? Bien, cuando algo está parado solemos decir
00:49que no tiene energía, mientras que algo que se mueve rápido tiene mucha energía. El
00:54momento funciona de la misma forma solo que nos marca la dirección: si algo está parado
01:00no tiene momento, pero si va muy rápido tiene un momento grande y su momento apunta hacia
01:05la dirección en la que se está movimiento.
01:07Sin embargo, la cantidad de momento que un objeto tiene no solo depende de lo rápido
01:11o lento que vaya. También depende de (siguiente concepto clave) su masa.
01:16La idea es que hay cosas que son más fáciles de mover que otras, una canica es muy fácil
01:21de mover; un coche tienes que empujar un montón. Más masa, más difícil de mover.
01:27El momento es sensible a esto. Imaginaos que dos palancas controlan la cantidad de momento.
01:32Cuanto más rápido vayas (la velocidad) más momento llevas, pero cuanto más peses (más
01:38masa tengas) también llevas más momento. Entre un mosquito y un coche moviéndose a
01:44la misma velocidad, el coche tendría más momento, sencillamente porque tiene más masa.
01:50Otra situación: imaginaos una bala que tiene muy poca masa pero va una velocidad altísima;
01:56mientras que por otro lado tenemos un tractor con mucha masa pero que va una velocidad muy
02:01baja. Ambos podrían llegar a tener el mismo momento.
02:05¡En resumen: si tienes momento, te estás moviendo. Y te estás moviendo a una velocidad
02:10concreta. Si comparamos dos cosas con el mismo momento, la más ligera ira más rápido.
02:16¿Lo tenéis? Vamos a por la Tercera Ley de Newton.
02:19Lo que en esencia dice es que el momento se puede transferir. Un billar: una bola va con
02:25buena velocidad a impactar a otra. Se golpean, la otra se pone en movimiento y la primera
02:31se para. ¿Qué es lo que ha pasado? La bola iba cargada de momento y al tocarse la primera
02:38le ha transferido el momento a la segunda. Al conseguirlo, la segunda bola ha pasado
02:43de cero a una cierta velocidad. Pero, ¿y la primera? Al darle todo su momento ha pasado
02:49lo contrario, de una cierta velocidad a ido a cero.
02:53O sea que el momento es como el dinero. Si le das dinero a alguien, tú lo pierdes. Y
03:00perder momento significa no ir tan rápido, o incluso pararte. Además, perder algo que
03:06tiene una dirección puede llevar a situaciones extrañas.
03:11Imagina que tuvieras delante un camión enorme. Vas con toda tu iniciativa y pretendes moverlo,
03:17empujarlo con tus bracitos. La cosa está difícil: a diferencia de ti, el camión tiene
03:22mucha masa. Eso significa que con tus músculos estás transfiriendo montones y montones de
03:27momento pero, al igual que pasaba con el tractor, ese momento significa muy poco para el enorme
03:33vehículo. Pero espera, ¡tú estás quieto! No tienes
03:37momento y, sin embargo se lo estás transfiriendo. Luego esto implica que estás creando sobre
03:43ti una especie de deuda de momento. ¡Momento negativo! ¡Le das más de lo que tienes!
03:50Sin embargo, a diferencia del saldo del banco, el momento no es un simple número, tiene
03:55una dirección. Así que crear “deuda de momento” en la dirección hacia el camión,
04:00es ganarlo en la dirección contraria. El resultado es que el empujón resulta en ir
04:05a buena velocidad lejos del camión. Has hecho una transferencia totalmente lícita: todo
04:11ese momento está dentro del camión y habrá cambiado ligerísimamente su velocidad. Mientras,
04:17tu deuda de momento te ha llevado a ir en la dirección contraria.
04:20Los patinadores también pueden experimentar algo similar: si dos se ponen juntos, juntan
04:25sus palmas y el primero empuja, transferirá su momento al segundo que se echará a mover,
04:30mientras que el segundo ira en la dirección contraria. Al principio ninguno tenía momento,
04:33pero el segundo, al generar una “deuda” de momento (momento en la dirección opuesta)
04:37ha conseguido que todo se ponga a mover. Dicho esto, es hora de la pregunta:
04:43pongamos que tenemos dos personas subidas en sillas con ruedas, y que una de las personas
04:49es mucho más corpulenta que la otra, tiene el doble de masa. Si una pone las piernas
04:54sobre la otra y empuja, ¿qué pasará? A: los dos se moverán a la misma velocidad,
05:01B: solo la persona pequeña se moverá, C: la pequeña se moverá y la grande más rápido
05:07o D: la pequeña se moverá y la grande más lento. Os dejo unos segundos, ¡vamos, vamos,
05:15vamos! ¡Tiempo! La D era la correcta: la pequeña transferirá su momento, el mismo
05:21para las dos. Pero al tener menos masa que la segunda alcanzará una velocidad mayor.
05:26¡Ah! Y pongamos nombres a las cosas: cuando un cuerpo pierde o gana momento, vamos cuando
05:31cambia, decimos que se le ha aplicado una fuerza. El tío aplicaba una fuerza sobre
05:36el camión; los patinadores al empujarse aplicaban fuerzas. Lo que la tercera ley de Newton dice
05:42es que si le aplicas una fuerza a algo (le transfieres tu momento), una fuerza igual
05:47y en sentido contrario va a caer sobre ti (es decir, que vas a perder ese momento, y
05:52ese cambio implica una fuerza sobre ti).
05:55Acción. Reacción. Empujas el camión, le das tu momento, aplicas una fuerza. Acción.
06:02Has perdido más momento del que tenías, luego una fuerza se aplica en ti. Reacción.
06:07Una bola golpea a otra, le entrega todo su momento, le aplica una fuerza y se pone a
06:13moverse. Acción. La primera bola pierde su momento, se le aplica una fuerza y se para.
06:19Reacción. Le das momento a la patinadora, aplicas una fuerza sobre ella. Acción. Pierdes
06:24más momento del que tenías, luego una fuerza se aplica en ti. Reacción.
06:29Todas las acciones vienen con reacciones. Hasta cuando saltas lo que estás haciéndoles
06:35empujar la Tierra hacia abajo, pero es tan masiva que simplemente te roba más momento
06:41del que tienes y sales disparado hacia arriba. ¡Pensad en lo que pasa con el camión pero
06:47girado! Ahora que hemos establecido esta idea (que
06:51las fuerzas cambian el momento que tienen las cosas) y, si el momento refleja la velocidad
06:57a la que tienes que moverte, no queda otra: las fuerzas, por lo general, cambian la velocidad
07:03de los cuerpos; las fuerzas implican aceleraciones. Esta es la segunda ley de newton y aunque
07:09parece una conclusión muy sencilla, lo cierto es que este es un resultado ultra potente.
07:14Al fin y al cabo, las fuerzas son una manera de hablar sobre cómo el resto del mundo interactúa
07:19con nosotros. Si alguien nos pega un puñetazo hablamos de la fuerza del impacto, si hablamos
07:24de cómo una viga resiste hablamos de la tensión, una fuerza. Si hablamos de cómo la gravedad
07:30nos atrae al suelo hablamos del peso, otra fuerza.
07:34Siempre hablamos en términos de fuerzas, luego la segunda ley nos está haciendo una
07:38conexión entre dos mundos: el universo de la dinámica, de las interacciones, de las
07:43cosas que están influyendo sobre mi y quieren moverme; y el universo de la cinemática,
07:49de esa aceleración que voy a sufrir, de el cómo voy a moverme exactamente.
07:54En el lado izquierdo ponemos las fuerzas que me van a afectar y en el derecho aparece la
07:59forma exacta en la que va a suceder, cuál va a ser mi trayectoria final. La segunda
08:04ley de newton es una especie de adivino, un oráculo que nos permite predecir cómo se
08:08van a mover las cosas. Si sabes las fuerzas sabes qué va a ocurrir.
08:14En el fondo todos los problemas de física son eso: sabiendo unas condiciones y las fuerzas
08:19encima de un cuerpo, averiguar que va a pasar. Y la segunda ley son nuestras cartas de adivinación.
08:25Vale, hora de un problemilla:
08:29me encuentro bien pegadito al suelo, cojo una moneda y le doy un toque. La moneda sube
08:35hasta cierto punto y empieza a bajar. Pregunta: la fuerza que siente la moneda, aproximadamente,
08:42¿cómo cambia? a) va aumentando a medida que la moneda sube b) disminuye a medida que
08:48la moneda sube o c) no cambia. Let’s go. Tic tac tic tac. La respuesta es que no cambia.
08:58Cerquita de la Tierra la fuerza de la gravedad es, aproximadamente, la misma. La moneda se
09:02va frenando poco a poco, pero lo que va disminuyendo es su velocidad, no la fuerza que siente.
09:08Esta es constante y le roba momento a un ritmo fijo.
09:12Dicho esto finalicemos con la menos intuitiva de las leyes de Newton (por eso creo que es
09:17mejor dejarla para el final).
09:19Imagina que estuviera en medio del espacio exterior. Literalmente en el medio: la galaxia
09:23más cercana está a millones de años luz de distancia; uno de los vacíos más perfectos.
09:29Si cogiera una pelota y la lanzara a lo loco, la pelota se movería en línea recta para
09:35siempre. No se detendría en algún momento. Seguiría y seguiría y seguiría hasta encontrarse
09:39con algo o si fuera desviada por la gravedad de algún cuerpo.
09:42En nuestra mente esto parece imposible: si yo empujo algo, sí, al principio va con buena
09:48velocidad pero luego se detiene. Asi que, ¿cómo que la pelota viaja para siempre?
09:56¿no es esto imposible?
09:58Nos tenemos que fijar mejor en las fuerzas que tenemos aquí: la interacción de los
10:03objetos con el suelo y el aire les quita el momento. Por eso su velocidad baja hasta pararse,
10:10porque nuestras vidas en la Tierra consisten en ser robados constantemente.
10:14Hay algunas situaciones en las que nos escapamos: por ejemplo, la lubricación de una pista
10:18de hielo hace que no se transfiera tanto momento, por lo que las cosas mantienen muchísimo
10:24más su velocidad. A las balas y las flechas también les pasa porque solo el aire les
10:29roba momento, y su forma está optimizada para que esto pase lo mínimo.
10:32En el espacio exterior esto se ve en su máxima potencia: apenas sin partículas de por medio,
10:38no pierde momento. Es fijo y, como su masa no cambia, su velocidad tampoco lo hace.
10:45Esta es la primera ley de Newton: si estás quieto y nadie intercambia momento contigo
10:49seguirás quieto. Y si te estás moviendo y ninguna fuerza modifica tu momento, te seguirás
10:53moviendo igual. Ok, vamos a por el último reto:
10:57te encuentras de nuevo en el espacio con tu flamante nave. Sus propulsores imprimen una
11:02fuerza sobre el casco que la hacen moverse. Imagina que quisieras que la nave pasara “de
11:06cero a cien”, de parada a una cierta velocidad pero constante: ¿qué harías? a) dejar los
11:13propulsores encendidos todo el tiempo b) dejar los propulsores un rato y luego desconectarlos
11:19o c) Dejar los propulsores un rato y luego bajar su potencia. ¡Vamos que estamos acabado!
11:28La buena era la b: si mantuvieras los cohetes funcionando, aunque sea un poco, no irías
11:33a velocidad constante, estarías acelerando permanentemente. Tienes primero que acelerar
11:38a la velocidad que quieras, “apagar” la fuerza y entonces dejar que la primera ley
11:43haga su trabajo, y la nave se mantenga a esa velocidad.
11:47Aunque bueno realmente la primera ley de Newton no es una ley. Es aquí el momento en el que
11:52empiezan los trapos sucios. Si fueramos muy repelentes, hablaríamos de hipótesis, ya
11:56que no hay ninguna forma de demostrar experimentalmente la primera ley. No existe ningún lugar del
12:01cosmos en el que no hay fuerzas sobre ti, en el que haya alguna particulilla que te
12:05cambie el momento o un tirón gravitacional que te desvíe de tu trayectoria, por minúsculo
12:08que sea. Tiene toda la pinta de que la primera ley se cumpliría, cuanto más rozamiento
12:14quitas a algo más te aproximas a este escenario, pero estrictamente jamás vamos a poder probarlo.
12:19Otro apunte es que la primera “ley” es redundante: es un caso particular de la segunda
12:24ley. Si sobre un objeto no actúan fuerzas entonces su aceleración es cero. Y si no
12:31acelera mantiene su velocidad constante, la primera ley.
12:35Por otro lado las leyes de newton se suelen presentan como los pilares de la dinámica
12:39clásica, las afirmaciones de las que se deriva y todo. Y no es así. Para empezar en las
12:46leyes no está definido exactamente qué es la masa o qué es una fuerza. Tampoco hay
12:51una “ley cero” que especifique que la suma de fuerzas es lineal, y no se te van
12:56combinar de un modo raro. Es algo que sobreentendemos. Hay gente que ha trabajado en poner todas
13:03estas cosas a punto, en axiomatizar las leyes de Newton. Pero son formulaciones que no se
13:09enseñan. Y seguramente no se hace porque, en el fondo,
13:13ya está superado a nivel fundamental. Pronto se vio que utilizando la energía y la minimización
13:18de la acción se podían quitar muchos problemas de encima, lo que se llama mecánica analítica.
13:25Es por eso que no se habla de fuerzas en la relatividad general o en la cuántica, mientras
13:29que la energía está siempre presente. De todos modos las leyes de Newton son uno
13:34de los primeros pasos en la formación de los físicos, el momento en el que te das
13:38cuenta de que tus intuiciones del mundo no siempre son correctas. Y esa seguramente es
13:43la lección más importante de todas.
13:44Y recuerda si quieres más ciencia solo tienes que suscribirte. Y gracias por vernos.
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