Secciones

Medicina y Salud

Enfermedades

Anatomía

Biología

Nutrición

Ingeniería

Química

Física

Tecnología

Astronomía

Lógica y Matemática

Más Publicaciones

Publicar Artículos

Eventos

Enlaces

La Tercera ley de Newton: Del Modelo a la Aplicacion Practica


Enviado por MsC. Vicente Eugenio León Hernández
Código ISPN de la Publicación: EEVkVuAZZpcfYCQwVE


Resumen: En este articulo se hace una valoracion del empleo del sistema de Leyes de Newton en el estudio de un caso especifico de la formacion de un agregado en la mecanizacion agricola, el cual constituye, en primer lugar, un recurso didactico de caracter motivacional y real para los estudiantes que se forman como tecnicos agropecuarios reconozcan la importancia de la Fisica en su perfil profesional.


   

  

INTRODUCCIÓN
En este artículo se hace una valoración del empleo del sistema de Leyes de Newton en el estudio de un caso específico de la formación de un agregado en la mecanización agrícola, el cual constituye, en primer lugar, un recurso didáctico de carácter motivacional y real para los estudiantes que se forman como técnicos agropecuarios reconozcan la importancia de la Física en su perfil profesional. El caso se que muestra se ajusta en particular a la Tercera Ley de Newton y la naturaleza de las fuerzas implicadas en la Fórmula de Goriachkin, para el caso de un arado que es tirado como parte de un agregado.

La mecánica es la más antigua de las ciencias Físicas, estando muy unida a la astronomía. Los trabajos más significativos que han tenido un nivel de sistematización de esta ciencia descansan principalmente sobre los hombros de Aristóteles, Galileo, Copérnico, Kepler, Newton. 

Tal y como si fuera coincidencia de la historia la muerte de Galileo en el año en que nace Newton, siendo este último quien en 1686 en su ¨ Philophiae Naturales Principia Matemática ¨ expone la construcción más acabada de esta ciencia hasta su tiempo, conocida como la Mecánica Clásica. Cabe reconocer también que cada uno de ellos tuvieron limitaciones en sus elaboraciones teóricas, como consecuencias de posiciones filosóficas que imperaban en esa época afectando transversalmente todas las ciencias, al igual que las limitaciones tecnológicas a que se enfrentaron, pues el instrumental de la Física en aquellos momentos limitaba el poder adentrarse más aceleradamente en su objeto de estudio, un elemento de repercusión mayor estaba presente en el desarrollo de los modelos matemáticos que debían explicar las relaciones entre las magnitudes fundamentales que describían determinado hecho o fenómeno, para establecer las leyes que lo rigen. Un ejemplo fehaciente de lo antes expuesto está en la elaboración del cálculo infinitesimal realizado por Newton al igual que la construcción del telescopio galileiano, como herramientas ¨ paralelas ¨ que finalmente conforman parte del modelo matemático o de la tecnología de la Mecánica y de la Astronomía.

Las leyes de la Mecánica, aunque no son las más complejas, son muy fundamentales en la vida de la humanidad, basta solo pensar que el condicionamiento del sistema solar esta sujeto a la Ley de la Gravitación Universal descrita por Newton y a las leyes de Kepler, es decir nuestro habitad está regido por leyes descritas desde la Mecánica Clásica.

Las leyes de Newton son unas de las leyes físicas más conocidas universalmente, ellas poseen carácter de sistema y de manera general permiten explicar el movimiento de partículas en sistemas de referencias inerciales (SRI) y se constituyen base para el análisis de otros fenómenos físicos en otros campos de la Física.
Cuando usted mira a su alrededor, por muy inhóspito y aparatado que se encuentre de las urbes y de la consecuente aplicación de las ciencias al desarrollo social y tecnológico (CTS), con una simple mirada encontrará la presencia de la Mecánica, donde sus leyes han devenido principios de funcionamiento del transporte animal y mecanizado, las construcciones de edificios, puntes, carreteras, desde los aperos de labranza más artesanales hasta los más sofisticados, al igual que los vuelos cósmicos y la tecnología satelital… 

Las leyes de Newton del movimiento mecánico
El sistema de leyes de Newton está constituido por tres leyes, que fueron obtenidas teniendo como vía fundamental el método experimental.

La primera ley se ha dado en llamar Principio de la Inercia, en la cual su autor se preocupa en determinar las causas del llamado ¨ estado natural ¨ de los cuerpos, ya sea el reposo (velocidad v = 0) o el de movimiento rectilíneo uniforme (v =constante). Finalmente llega a la conclusión que los cambios del estado del movimiento de los cuerpos en sistemas de referencias inerciales es la existencia de la fuerza. 

Plantea la ley, que todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si sobre él no actúan fuerzas o actúa un sistema de fuerzas compensadas (∑F =0). 

A esta propiedad se le ha dado en llamar inercia, e inercialidad a la oposición al cambio del estado mecánico que ejerce el cuerpo sobre el que actúa dicha fuerza. Esta ley define el sistema de referencia inercial (SRI) como aquel sistema de referencia donde se cumpla la primera ley. Lo que implica aseverar que la única causa de la aceleración de los cuerpos en los SRI es la fuerza, es decir la interacción. 

La segunda ley o Ley de la Fuerza, establece pues la relación entre la fuerza que actúa sobre un cuerpo y la aceleración que le imprime dicha fuerza. Y plantea que la aceleración imprimada a un cuerpo es directamente proporcional a la resultante de la fuerza aplicada e inversamente a la masa que posee dicho cuerpo, coincidiendo la fuerza y la aceleración en dirección y sentido. Matemáticamente se expresa:
a = ∑ F / m. 

Donde (a) es la aceleración imprimada a la partícula, (∑F), es la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y m su masa, tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales.

Define esta ley el Newton (N) como la unidad de medición de la Fuerza en el sistema internacional de unidades, equivalente a la magnitud de la fuerza que al actuar sobre un cuerpo de masa igual a 1Kg es capaz de variar su velocidad 1m/s en un intervalo de tiempo de 1s. 

La tercera Ley de Newton, habitualmente conocida como la Ley de Acción y Reacción, nos permite explicar la naturaleza de la interacción entre dos cuerpos, en los SRI. Recordemos que ya hemos asumido que en los SRI la causa del cambio del estado mecánico de un cuerpo es la fuerza que se ejerce sobre él y podemos cuantificar la relación F, m y a. Es entonces la tercera ley la que nos plantea que a toda fuerza de acción, al menos de naturaleza mecánica, le corresponde una reacción, es decir las fuerzas actúan a pares, de igual módulo, dirección y sentidos contrarios. 

Se puede enunciar esta ley como sigue, las acciones mutuas entre dos partículas puntuales poseen igual módulo, dirección, y sentidos contrarios y están aplicadas a cuerpos diferentes. 

Matemáticamente si A y B son dos cuerpos que interactúan Fab = - Fba (entiéndase esta relación en sentido vectorial). Como pares dialécticos desde el punto de vista filosófico y físico no se puede predecir cual es la causa y el efecto, la acción o la reacción, estos términos alcanzan carácter convencional. 

Cuando se está en presencia del análisis del diagrama de fuerzas para describir la interacción entre dos cuerpos se debe tener en cuenta que estas fuerzas están aplicadas a cuerpos diferentes, por lo que sus efectos no se pueden anular. Desde el punto de vista del enfoque vectorial no tiene sentido sumar bajo ningún método vectores (fuerzas) que no actúan sobre un mismo objeto. 

El sistema de leyes newtoniano, es válido para partículas puntuales, de manera tal que se desprecian las dimensiones del cuerpo, y no se tienen en cuenta las deformaciones que sobre este provocan las fuerzas, que por demás se encuentran en SRI y se mueven a velocidades mucho menor que la velocidad de la luz, de manera tal que los efectos de la relatividad no intervienen. 

La tercera ley de Newton: un caso específico 
La aplicación de la Tercera Ley de Newton al igual que todas las leyes físicas han tenido gran repercusión en la vida de la humanidad, esta ley es de vital importancia en la formación de agregados en la mecanización agrícola, entiéndase un agregado como la unión de una máquina de tracción y un implemento de interés agrícola. 
Imaginemos el caso de un tractor o un tiro animal de una arado en una labor de aradura, desde el punto de vista físico, el tractor ejerce una fuerza sobre el arado y el arado una sobre el tractor, las cuales cumplen con la tercera ley, de manera que ambas poseen igual módulo, dirección, son de sentidos contrarios, una esta actuando sobre el arado (la que es conocida habitualmente en la mecanización como esfuerzo de tracción) y la fuerza que actúa sobre el arado (llamada resistencia de tracción).



Cuando construimos un modelo matemático idealizado para resolver un problema técnico, Meriam (1967) siempre se harán ciertas aproximaciones algunas de índole matemática y otras de índole física. Bajo este precepto la fórmula de Goriachkin permite establecer la dependencia de la resistencia de tracción de los arados como una fórmula que es función del peso del arado, de la velocidad de trabajo, de la capa arada y de las condiciones del suelo. Entran en el análisis la fricción por deslizamiento entre el arado y la capa de suelo, la resistencia al rodamiento de las ruedas, así como la fricción por rodamiento de la rueda y de la deformación del suelo. Como se puede apreciar la naturaleza de la resistencia a la tracción es compleja y multifactorial. 

La resistencia total expresada como potencia P = P1 + P2 + P3 
P1 - Resistencia del arado al desplazamiento en el surco.
P1 = f x G, donde f es un coeficiente de valor 0.5 y G el peso del arado.
P2 – Resistencia a la deformación mecánica del suelo
P2 = k x a x b, siendo k el coeficiente de resistencia específica del suelo, (a) la altura de la capa arable cortada y (b) el ancho de la capa arada.
P3 – Resistencia al alzamiento de la capa arada.
P3 = e x a x b x v2, donde (e) coeficiente en función de la superficie de trabajo del arado y la profundidad del suelo y (v) la velocidad de trabajo. 

Se puede observar que la realidad es heterogénea y que el modelo que se asume debe ser capaz de explicar una gama amplia de situaciones concretas. En primer caso reconocer que para el caso particular la fuerza de resistencia a la tracción se comporta como una resultante de un conjunto de fuerzas que actúan por diferentes causas sobre el arado. Se pudiera decir que dentro de la resistencia a la tracción los esfuerzos medibles, tienen como causa la acción gravitatoria (expresada en un componente del peso y la altura de la capa arable) y otras relacionada con el rozamiento. Aunque varias de las magnitudes y coeficientes que se relacionan en la formula anterior no están expresadas utilizando la metodología se mantuvo con toda intención dicha nomenclatura, pues esto también nos da la medida que no siempre los contenidos de la Física al ser llevados a las demás disciplinas científicas mantienen la simbología que las representan. 

BIBLIOGRAFÍA
- Álvarez – Ude, J., (2003). Física en el trópico: Quince años de cooperación entre la universidad UNA de Nicaragua y la universidad de Alcalá UAH – España. En http://www.campus-oei.org 

- Bugaev, A.,(1989). Metodología de la Enseñanza de la Física. Edit. P. y Educación. C de La Habana.

- Camañaoo, C., (1995). La Educación Ciencia Tecnología Sociedad: Una necesidad en el diseño del curriculum de ciencias. La enseñanza de las ciencias EN ALAMBIQUE. No 3, Año3. Madrid. 

- Einstein A., (1945). Ideas and opinions. London , Grow publication. Inic.

- Gil D. y Carrascosa J. Concepciones alternativas en Mecánica. Vol. 5 No. 1 , 1987.

- Gil D. y otros. La enseñanza de las ciencias en la educación secundaria. Edit. Horsori. Barcelona, 1991.

- León V. E., (1997). La física integrada a la agronomía. Pedagogía 97. La Habana.

- Meriam J. L., (1967). Mecánica. Edit. Rev.

- Portuondo R., (1986). Mecánica. Ed. Pueblo y Educación. C de La Habana.

- Sears F., (1971). Mecánica, Movimiento Ondulatorio y Calor. Edit. Rev.

AUTOR
MsC. Vicente Eugenio León Hernández.
e-mail: sedesj@isppr.rimed.cu

Datos del Autor:
Vicente Eugenio León Hernández.
Licenciado en Educación: Especialidad Física y Astronomía. 
Profesor Titular Adjunto al Instituto Superior Pedagógico Rafael María de Mendive.
Master en Pedagogía por el Instituto Superior Pedagógico Héctor A. Pineda Zaldivar.
Aspirante al Grado Científico de Doctor en Ciencias Pedagógicas por el Instituto Central de Ciencias Pedagógicas del Ministerio de Educación de la República de Cuba.
Asesor del sistema de trabajo de la Dirección de Educación en San Juan y Martínez.
Facilitador de la Maestría en Ciencias de la Educación por el Instituto Pedagógico Latinoamericano y Caribeño 
Facilitador de la Maestría del Instituto Superior de Cultura Física y Deportes 
Investiga temas relacionados con la Didáctica de la Física en la formación de técnicos agropecuarios.


Enviado por MsC. Vicente Eugenio León Hernández
Contactar mailto:sedesj@isppr.rimed.cu


Código ISPN de la Publicación: EEVkVuAZZpcfYCQwVE
Publicado Monday 10 de July de 2006