Reacción (física)

Como lo describe la tercera de las leyes de movimiento de la mecánica clásica de Newton, todas las fuerzas ocurren en pares, de modo que si un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, entonces el segundo objeto ejerce una fuerza de reacción igual y opuesta sobre la primera. La tercera ley también se expresa de manera más general como: "A toda acción siempre se le opone una reacción igual: o las acciones mutuas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y están dirigidas a partes contrarias". La atribución de cuál de las dos fuerzas es la acción y cuál la reacción es arbitraria. Cualquiera de las dos puede considerarse la acción, mientras que la otra es su reacción asociada.

Ejemplos

Interacción con el suelo

Cuando algo ejerce fuerza sobre el suelo, el suelo empujará hacia atrás con la misma fuerza en la dirección opuesta. En determinados campos de la física aplicada, como la biomecánica, esta fuerza del suelo se denomina 'fuerza de reacción del suelo'; la fuerza del objeto en el suelo se considera la "acción".

Cuando alguien quiere saltar, ejerce una fuerza adicional hacia abajo en el suelo ('acción'). Al mismo tiempo, el suelo ejerce una fuerza hacia arriba sobre la persona ('reacción'). Si esta fuerza ascendente es mayor que el peso de la persona, se producirá una aceleración hacia arriba. Cuando estas fuerzas son perpendiculares al suelo, también se les llama fuerza normal.

Del mismo modo, las ruedas que giran de un vehículo intentan deslizarse hacia atrás por el suelo. Si el suelo no está demasiado resbaladizo, esto resulta en un par de fuerzas de fricción: la 'acción' por la rueda en el suelo en dirección hacia atrás, y la 'reacción' por el suelo sobre la rueda en dirección hacia adelante. Esta fuerza hacia adelante impulsa el vehículo.

Fuerzas gravitacionales

La Tierra, entre otros planetas, orbita alrededor del Sol porque el Sol ejerce una atracción gravitacional que actúa como una fuerza centrípeta, sujetando a la Tierra a ella, que de otro modo saldría disparada hacia el espacio. Si la atracción del Sol se considera una acción, entonces la Tierra ejerce simultáneamente una reacción como atracción gravitacional sobre el Sol. La atracción de la Tierra tiene la misma amplitud que la del Sol pero en dirección opuesta. Dado que la masa del Sol es mucho mayor que la de la Tierra, el Sol generalmente no parece reaccionar a la atracción de la Tierra, pero de hecho lo hace, como se demuestra en la animación (no a una escala precisa).. Una forma correcta de describir el movimiento combinado de ambos objetos (ignorando todos los demás cuerpos celestes por el momento) es decir que ambos orbitan alrededor del centro de masa, denominado en astronomía baricentro, del sistema combinado.

Masa soportada

Cualquier masa en la tierra es bajada por la fuerza gravitatoria de la tierra; esta fuerza también se llama su peso. La "reacción" correspondiente es la fuerza gravitacional que ejerce la masa en el planeta.

Si el objeto se sostiene de manera que permanezca en reposo, por ejemplo, por un cable del que cuelga, o por una superficie debajo, o por un líquido sobre el que flota, también hay una fuerza de apoyo hacia arriba. dirección (fuerza de tensión, fuerza normal, fuerza de flotación, respectivamente). Esta fuerza de apoyo es una fuerza 'igual y opuesta' fuerza; lo sabemos no por la tercera ley de Newton, sino porque el objeto permanece en reposo, por lo que las fuerzas deben estar equilibradas.

A esta fuerza de apoyo también se produce una 'reacción': el objeto tira hacia abajo del cable de soporte o empuja hacia abajo la superficie de soporte o el líquido. En este caso, existen por tanto cuatro fuerzas de igual magnitud:

• F₁. Fuerza gravitacional por la tierra en objeto (hacia abajo)
• F₂. fuerza gravitacional por objeto en la tierra (aproximadamente)
• F₃. fuerza por apoyo al objeto (aproximadamente)
• F₄. fuerza por objeto sobre apoyo (abajo)

Las fuerzas F₁ y F₂ son iguales, debido a la tercera ley de Newton; lo mismo ocurre con las fuerzas F₃ y F₄. Las fuerzas F₁ y F₃ son iguales si y sólo si el objeto está en equilibrio y no se aplican otras fuerzas. (Esto no tiene nada que ver con la tercera ley de Newton).

Misa sobre un resorte

Si una masa cuelga de un resorte, se aplican las mismas consideraciones que antes. Sin embargo, si este sistema se perturba (por ejemplo, la masa recibe una ligera patada hacia arriba o hacia abajo, por ejemplo), la masa comienza a oscilar hacia arriba y hacia abajo. Debido a estas aceleraciones (y desaceleraciones posteriores), de la segunda ley de Newton concluimos que una fuerza neta es responsable del cambio observado en la velocidad. La fuerza gravitacional que tira hacia abajo de la masa ya no es igual a la fuerza elástica hacia arriba del resorte. En la terminología de la sección anterior, F₁ y F₃ ya no son iguales.

Sin embargo, sigue siendo cierto que F₁ = F₂ y F₃ = F₄, ya que esto lo requiere la tercera ley de Newton.

Mala interpretación causal

Los términos 'acción' y 'reacción' tienen la engañosa sugerencia de causalidad, como si la 'acción' es la causa y la 'reacción' es el efecto. Por lo tanto, es fácil pensar que la segunda fuerza está ahí debido a la primera, e incluso ocurre algún tiempo después de la primera. Esto es incorrecto; las fuerzas son perfectamente simultáneas y están ahí por la misma razón.

Cuando las fuerzas son causadas por la voluntad de una persona (por ejemplo, un jugador de fútbol patea una pelota), esta causa volitiva a menudo conduce a una interpretación asimétrica, donde la fuerza del jugador sobre la pelota se considera la "fuerza del jugador sobre la pelota". 39;acción' y la fuerza del balón sobre el jugador, la 'reacción'. Pero físicamente la situación es simétrica. Las fuerzas sobre el balón y el jugador se explican por su proximidad, lo que da como resultado un par de fuerzas de contacto (en última instancia, debido a la repulsión eléctrica). Que esta cercanía se produzca por una decisión del jugador no influye en el análisis físico. En lo que respecta a la física, las etiquetas 'acción' y 'reacción' se puede voltear.

& # 39; Igual y opuesta & # 39;

Un problema observado con frecuencia por los profesores de física es que los estudiantes tienden a aplicar la tercera ley de Newton a pares de objetos 'iguales y opuestos' fuerzas que actúan sobre el mismo objeto. Esto es incorrecto; la tercera ley se refiere a fuerzas sobre dos objetos diferentes. Por el contrario, un libro que yace sobre una mesa está sujeto a una fuerza gravitacional hacia abajo (ejercida por la Tierra) y a una fuerza normal hacia arriba ejercida por la mesa, y ambas fuerzas actúan sobre el mismo libro. Como el libro no acelera, estas fuerzas deben estar exactamente equilibradas, según la segunda ley de Newton. Por lo tanto, son "iguales y opuestas", pero actúan sobre el mismo objeto y, por lo tanto, no son fuerzas de acción-reacción en el sentido de la tercera ley de Newton. Las fuerzas de acción-reacción reales en el sentido de la tercera ley de Newton son el peso del libro (la atracción de la Tierra sobre el libro) y la fuerza gravitacional ascendente del libro sobre la Tierra. El libro también empuja la mesa hacia abajo y la mesa empuja el libro hacia arriba. Además, las fuerzas que actúan sobre el libro no siempre son igualmente fuertes; serán diferentes si el libro es empujado hacia abajo por una tercera fuerza, o si la mesa está inclinada, o si el sistema mesa y libro está en un ascensor que acelera. El caso de cualquier número de fuerzas que actúan sobre el mismo objeto se cubre considerando la suma de todas las fuerzas.

Una posible causa de este problema es que la tercera ley a menudo se expresa en forma abreviada: Para cada acción hay una reacción igual y opuesta, sin los detalles, es decir, que estas fuerzas actúan sobre dos objetos diferentes. Además, existe una conexión causal entre el peso de algo y la fuerza normal: si un objeto no tuviera peso, no experimentaría la fuerza de apoyo de la mesa, y el peso dicta qué tan fuerte será la fuerza de apoyo. Esta relación causal no se debe a la tercera ley sino a otras relaciones físicas del sistema.

Fuerza centrípeta y centrífuga

Otro error común es afirmar que "la fuerza centrífuga que experimenta un objeto es la reacción a la fuerza centrípeta sobre ese objeto".

Si un objeto estuviera sujeto simultáneamente a una fuerza centrípeta y una fuerza centrífuga igual y opuesta, la fuerza resultante desaparecería y el objeto no podría experimentar un movimiento circular. La fuerza centrífuga a veces se denomina fuerza ficticia o pseudofuerza, para subrayar el hecho de que dicha fuerza sólo aparece cuando los cálculos o mediciones se realizan en sistemas de referencia no inerciales.