¿Por qué un coche que frena de golpe nos lanza hacia delante? ¿Por qué cuesta más empujar un carro lleno que uno vacío? ¿Cómo puede avanzar un cohete en el espacio, donde no hay nada en lo que apoyarse? Las tres leyes de Newton, publicadas por Isaac Newton en 1687, responden a estas preguntas y relacionan las fuerzas que actúan sobre un cuerpo con su movimiento. Son la base de la dinámica.
Una fuerza es toda acción capaz de cambiar el estado de movimiento de un cuerpo o de deformarlo. Es una magnitud vectorial (tiene módulo, dirección y sentido) y en el Sistema Internacional se mide en newtons (N). Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, se suman como vectores y se obtiene la fuerza resultante (ΣF).
Primera ley o principio de inercia. Si la fuerza resultante sobre un cuerpo es cero, el cuerpo mantiene su estado: si estaba en reposo, sigue en reposo; si se movía, sigue con movimiento rectilíneo uniforme. La inercia es la tendencia de los cuerpos a conservar su estado de movimiento, y es mayor cuanto mayor es su masa. Por eso, al frenar el autobús, nuestro cuerpo tiende a seguir hacia delante.
Segunda ley o principio fundamental de la dinámica. La fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleración que adquiere:
Un caso particular es el peso, la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos: P = m · g, con g ≈ 9,8 m/s² en la superficie terrestre. No hay que confundir masa (kg, no cambia) con peso (N, depende del lugar).
Tercera ley o principio de acción y reacción. Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, B ejerce sobre A una fuerza igual en módulo y dirección pero de sentido contrario. Estas dos fuerzas actúan sobre cuerpos distintos, por eso no se anulan. Así se impulsa un cohete: expulsa gases hacia atrás y los gases empujan al cohete hacia delante.
Entre las fuerzas más habituales en los problemas están el peso, la normal (la que ejerce una superficie sobre el cuerpo apoyado, perpendicular a ella), la tensión de cuerdas y cables y la fuerza de rozamiento, que se opone al deslizamiento. Para resolver un problema se dibujan todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, se calcula la resultante y se aplica la segunda ley.
Ejemplo 1. Empujamos una caja de 20 kg por el suelo con una fuerza horizontal de 100 N. El rozamiento con el suelo vale 40 N. ¿Qué aceleración adquiere?
Ejemplo 2. ¿Cuánto pesa en la Tierra una persona de 60 kg? P = m · g = 60 kg · 9,8 m/s² = 588 N. Su masa sigue siendo 60 kg en la Luna, pero allí su peso sería mucho menor.
Se aplica una fuerza de 20 N a un cuerpo de 4 kg de masa. Según la segunda ley de Newton, ¿qué aceleración adquiere?
Según la tercera ley de Newton (acción y reacción), si un cuerpo A empuja a un cuerpo B con una fuerza de 50 N, ¿qué fuerza ejerce B sobre A?
La estequiometría es la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos de una reacción química. Permite calcular las cantidades de sustancias que intervienen y se obtienen.
El mol es la unidad básica de cantidad de sustancia en el SI. Un mol de cualquier sustancia contiene exactamente 6,022 × 10²³ entidades elementales (átomos, moléculas, iones…). Este número se llama número de Avogadro (NA).
Para que una ecuación química cumpla la ley de conservación de la masa, debe estar ajustada (igual número de átomos de cada elemento en ambos lados). Los coeficientes estequiométricos indican la proporción en moles en que reaccionan y se forman las sustancias.
Los coeficientes estequiométricos nos dan la relación en moles entre reactivos y productos. El procedimiento general es:
1. Escribir y ajustar la ecuación.
2. Convertir los datos del problema a moles (usando la masa molar).
3. Aplicar la relación molar de la ecuación ajustada.
4. Convertir el resultado a la unidad que pide el problema.
Cuando los reactivos no están en proporción estequiométrica, uno de ellos se agota antes: es el reactivo limitante. Este determina la cantidad máxima de producto. El otro reactivo queda en exceso.
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