EPÓNIMOS

 Para otros usos de este término, véase Isaac Newton (desambiguación).

Isaac Newton
Retrato hecho por Godfrey Kneller en 1689, óleo sobre tela, Royal Collection.
Presidente de la Royal Society
1703-1727
Predecesor	John Somers
Sucesor	Hans Sloane
Información personal
Nacimiento	25 de diciembre de 1642 (jul.) / 4 de enero de 1643 (greg.) aldea de Woolsthorpe-by-Colsterworth, condado de Lincolnshire, Reino de Inglaterra
Fallecimiento	20 de marzo de 1727 (jul.) / 31 de marzo (greg.) (84 años de edad) municipio de Kensington, ciudad de Londres, Reino de Gran Bretaña
Causa de muerte	Cólico nefrítico
Sepultura	Abadía de Westminster
Nacionalidad	Británica (desde 1707) Inglesa (hasta 1707)
Religión	Nominalmente parte de la Iglesia de Inglaterra, pero privadamente arriano[1][2]
Lengua materna	Inglés moderno temprano
Familia
Padres	Isaac Newton Hannah Ayscough
Educación
Educado en	Universidad de Cambridge
Supervisor doctoral	Isaac Barrow[3] Benjamin Pulleyn[4][5]
Alumno de	Isaac Barrow
Información profesional
Área	Física, matemáticas, astronomía, teología, alquimia
Conocido por	Leyes de la dinámica Teorema binomial/Leyes de la cinemática Teoría corpuscular de la luz Desarrollo del cálculo diferencial e integral Ley de gravitación universal
Tratamiento	Sir
Alumnos	Roger Cotes, John Flamsteed y William Whiston
Obras notables	Principia Opticks Método de las fluxiones
Título	Caballero (por Ana) Miembro de la Royal Society Maestro de la Casa de Moneda
Miembro de	Royal Society
Firma
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Isaac Newton (Woolsthorpe-by-Colsterworth, Lincolnshire, 4 de enero de 1643-Londres, 31 de marzo de 1727) fue un físico, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Es autor de los Philosophiæ naturalis principia mathematica, más conocidos como los Principia, donde describe la ley de la gravitación universal y establece las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre. Entre sus otros descubrimientos científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica (que se presentan principalmente en su obra Opticks), y en matemáticas, el desarrollo del cálculo infinitesimal.

Newton comparte con Gottfried Leibniz el crédito por el desarrollo del cálculo integral y diferencial, que utilizó para formular sus leyes de la física y astronomía. También contribuyó en otras áreas de las matemáticas, desarrollando el teorema del binomio y las fórmulas de Newton-Cotes.

Entre sus hallazgos científicos se encuentran el descubrimiento —considerado el inicio de la espectroscopia— de que el espectro de color que se observa cuando la luz blanca pasa por un prisma es inherente a esa luz, en lugar de provenir del prisma (como había sido postulado por Roger Bacon en el siglo XIII); su argumentación sobre la posibilidad de que la luz estuviera compuesta por partículas; su desarrollo de una ley de convección térmica, que describe la tasa de enfriamiento de los objetos expuestos al aire; sus estudios sobre la velocidad del sonido en el aire; y su propuesta de una teoría sobre el origen de las estrellas. Fue también un pionero de la mecánica de fluidos, estableciendo una ley sobre la viscosidad. Newton fue el primero en demostrar que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. Es, a menudo, calificado como el científico más grande de todos los tiempos, y su obra como la culminación de la revolución científica.

El matemático y físico Joseph Louis Lagrange (1736-1813) dijo que «Newton fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado, dado que solo una vez se puede encontrar el sistema que rige el mundo».

Biografía

Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642 (día de la Navidad), según el calendario juliano usado entonces en el Reino Unido, que se corresponde con el 4 de enero de 1643, del actual calendario gregoriano.^[6] El parto fue prematuro aparentemente y nació tan pequeño que nadie pensó que lograría vivir mucho tiempo.^[7] Su vida corrió peligro por lo menos durante una semana. Fue bautizado el 1 de enero de 1643, 10 de enero en el calendario gregoriano.^[8]

La casa donde nació y vivió hasta su juventud se ubica en el lado oeste del valle del río Witham, más abajo de la meseta de Kesteven, en dirección a la ciudad de Grantham. Es de piedra caliza gris, el mismo material que se encuentra en la meseta. Tiene forma de una letra T gruesa en cuyo trazo más largo se encuentran la cocina y el vestíbulo, y la sala se halla en la unión de los dos trazos.^[9] Su entrada es descentrada y se ubica entre el vestíbulo y la sala, y se orienta hacia las escaleras que conducen a los dos dormitorios del piso superior.

Sus padres fueron Isaac Newton y Hannah Ayscough, dos campesinos puritanos.^[10] No llegó a conocer a su padre, pues había muerto en octubre de 1642. Cuando su madre volvió a casarse con Barnabás Smith, este no tenía intención de cargar con un niño ajeno de tres años, por lo que lo dejó a cargo de su abuela, con quien vivió hasta la muerte de su padrastro en 1653. Este fue posiblemente un hecho traumático para Isaac; constituía la pérdida de la madre no habiendo conocido al padre. A su abuela nunca le dedicó un recuerdo cariñoso y hasta su muerte pasó desapercibida. Lo mismo ocurrió con el abuelo, que pareció no existir hasta que se descubrió que también estaba presente en la casa y correspondió al afecto de Newton de la misma forma: lo desheredó.^[11]

Escribió una lista de sus pecados e incluyó uno en particular: «Amenazar a mi padre y a mi madre Smith con quemarlos a ellos y a su casa». Lo hizo nueve años después del fallecimiento del padrastro, lo que comprueba que la escena quedó grabada en el recuerdo de Newton. Las acciones del padrastro, que se negó a llevarlo a vivir con él hasta que cumplió diez años, podrían motivar este odio.^[9]

Cuando Barnabás Smith falleció, su madre regresó al hogar familiar acompañada por dos hijos de este matrimonio, sus hermanastros, pero la unión familiar duró menos de dos años. Isaac fue enviado a estudiar al colegio The King's School, en Grantham, a la edad de doce años. Lo que se sabe de esta etapa es que estudió latín, algo de griego y lo básico de geometría y aritmética. Era el programa habitual de estudio de una escuela primaria en ese entonces. Su maestro fue Henry Stokes, que tenía buen prestigio como educador.^[12]

En 1659 compró un cuaderno, libro de bolsillo llamado entonces, en cuya primera página escribió en latín «Martij 19, 1659» (19 de marzo de 1659). Representaba el período entre 1659 y 1660, que coincidía con el período de su regreso a su ciudad natal, y la mayor parte de sus escritos están dedicados a «Utilissimum prosodiae supplementum». Años después, en la colección Keynes del King's College se encuentra una edición de Píndaro con la firma de Newton y fechada en 1659. En la colección Babson aparece una copia de las Metamorfosis de Ovidio fechadas ese mismo año.^[12]

Los estudios primarios fueron de gran utilidad para Newton; los trabajos sobre matemáticas estaban escritos en latín, al igual que los escritos sobre filosofía natural, y posteriormente le permitieron entrar en contacto con los científicos europeos. La aritmética básica difícilmente hubiese compensado un nivel deficiente de latín.^[13] En esa época otra materia importante era el estudio de la Biblia y se leía en lenguas clásicas apoyando el programa clásico de estudios y ampliando la fe protestante de Inglaterra. En el caso de Isaac, el estudio de este tema, unido a la biblioteca que heredó de su padrastro, le pudo haber hecho iniciar un viaje a la Teología.^[13]

En su estadía en Grantham se hospedó en la casa de Sr. Clark, en la calle High Street, junto a la George Inn. Tenía que compartir el hogar junto a otros tres niños, Edward, Arthur y una niña, hijos del primer esposo de la mujer de Sr. Clark. Por la infancia que tuvo, Isaac parecía no congeniar con otras personas de su edad. El haber crecido en un ambiente de aislamiento con sus abuelos y la posible envidia que le causaba a sus pares su superioridad intelectual le provocaban dificultades y lo llevaba a realizar travesuras varias que después negaba haber hecho.^[13] Uno de sus amigos, William Stukeley, se dedicó a reunir información sobre Newton en su estancia en Grantham y concluyó que los niños lo encontraban demasiado astuto y pensaban que se aprovechaba de ellos debido a su rapidez mental, muy superior a la de ellos.^[13]

Además estas anécdotas demostraron que Newton aparentemente prefería la compañía femenina. Para su amiga Catherine Storer, varios años más joven que él, construyó muebles de muñecas utilizando herramientas con mucha habilidad. Además en el terreno de las suposiciones pudo haber un romance entre los dos jóvenes cuando fueron mayores. Según los registros conocidos, pudo haber sido la primera y posiblemente la única y última experiencia romántica con una mujer en su vida. Tiempo después la señorita Storer se casó con un hombre apellidado Vincent y recordaba a Newton como un joven silencioso y pensativo.^[14]

Tuvo un incidente con un compañero que posiblemente fuese Arthur Storer. Este le dio una patada en el estómago, supuestamente como represalia a alguna broma pesada de Newton. Este no pudo olvidar nunca este hecho; en este tiempo no había podido afirmar su poder intelectual, a causa de la deficiente formación escolar o porque nuevamente estaba solo y asustado. Estaba relegado al último banco. Según el relato de Conduitt, ni bien finalizó la clase, Newton retó a una pelea al otro niño en el patio de la iglesia para devolverle el golpe. El hijo del maestro se acercó a ellos y azuzó la pelea palmeándole la espalda a uno y guiñándole el ojo al otro. Aunque Newton no era tan fuerte como su rival, tenía mayor decisión y golpeó al otro hasta que se rindió y declaró que no pelearía más. El hijo del maestro le pidió a Isaac que lo tratara como a un cobarde y le restregara la nariz contra la pared. Entonces Isaac lo agarró de las orejas y golpeó su cara contra uno de los lados de la iglesia.^[15]

Además de ganarle en la pelea, Newton se esmeró en derrotarlo académicamente y se convirtió en el primer alumno de la escuela. Y además fue grabando su nombre en todos los bancos que ocupó. Aún se conserva un alféizar de piedra con su nombre.^[15]

En las anécdotas de Stukeley ya se reconocía el genio de Newton y la gente recordaba sus raros inventos y su gran capacidad para los trabajos mecánicos. Llenó su habitación de herramientas que adquiría con el dinero que su madre le daba. Fabricó objetos de madera, muebles de muñecas y de forma especial maquetas. Además logró reproducir un molino de viento construido en esa época al norte de Grantham. El modelo replicado por Newton mejoró al original y funcionó cuando lo colocó sobre el tejado. Su modelo estaba equipado con una noria impulsada por un ratón al que espoleaba. Newton llamaba al ratón el molinero.^[16]

Otras construcciones de Newton fueron un carro de cuatro ruedas impulsado por una manivela que él accionaba desde su interior. Otra fue una linterna de papel plegado para llegar a la escuela en los oscuros días invernales y que además la usaba atada a la cola de una cometa para asustar a los vecinos durante la noche. Para poder realizar estas invenciones debía desatender sus tareas escolares, lo cual le valía retroceder en los puestos, y cuando esto ocurría volvía a estudiar y recuperaba las posiciones perdidas.^[16] Muchos de los aparatos que fabricó los sacó del libro The Mysteries of Nature and Art, de John Bate, del cual tomó nota en otro cuaderno, en Grantham, que adquirió por el precio de 2,5 peniques en 1659. Allí tomó notas de ese libro sobre la técnica del dibujo, la captura de pájaros y la fabricación de tintas de diferentes colores, entre otros temas. El molino de viento también está incluido en este libro.^[17]

Estudiaba las propiedades de los cometas, calculaba las proporciones ideales y los puntos más adecuados para ajustar las cuerdas. Además les regalaba linternas a sus compañeros y les comentaba sus estudios con el aparente propósito de ganarse su amistad, pero no dio resultado. Con estos procedimientos demostró su superioridad y los hizo sentir más alejados de él. El día de la muerte de Cromwell (3 de septiembre de 1658) tuvo lugar su primer experimento. Ese día, una tormenta se desencadenó sobre Inglaterra, y saltando primero a favor del viento y luego en contra, con la comparación de sus saltos con los de un día de calma midió la «fuerza de la tormenta». Les dijo a los niños que la tormenta era un pie más fuerte que cualquiera que hubiese conocido y les enseñó las marcas que medían sus pasos. Además, según esta versión, utilizó la fuerza del viento para ganar un concurso de saltos, y la superioridad de su conocimiento lo hacía sospechoso.^[17]

Los relojes solares fueron otro pasatiempo en esta ciudad. En la iglesia de Colserworth existe uno que construyó a los nueve años. Los relojes solares eran un reto individual mayor al del manejo de herramientas. Llenó de relojes la casa de Clark, su habitación, otras habitaciones de la casa, el vestíbulo y cualquier otra habitación donde entrara el sol. En las paredes clavó puntas para señalar las horas, las medias, e incluso los cuartos, y ató a estas cuerdas con ruedas para medir las sombras en los días siguientes.^[17]

A los dieciocho años ingresó en la Universidad de Cambridge para continuar sus estudios. Newton nunca asistió regularmente a sus clases, ya que su principal interés era la biblioteca. Se graduó en el Trinity College como un estudiante mediocre debido a su formación principalmente autodidacta, leyendo algunos de los libros más importantes de matemática y filosofía natural de la época. En 1663 Newton leyó la Clavis mathematicae de William Oughtred, la Geometría de Descartes, la Astronomiae Pars Optica de Kepler, la Opera mathematica de Viète, editadas por Frans van Schooten y en 1664, la Aritmética de John Wallis, que le serviría como introducción a sus investigaciones sobre las series infinitas, el teorema del binomio y ciertas cuadraturas.^[9]

En 1663 conoció a Isaac Barrow, quien le dio clases (habiendo sido designado el primer profesor Lucasiano) de matemática.^[18] En la misma época entró en contacto con los trabajos de Galileo, Fermat, Huygens y otros, a partir, probablemente, de la edición de 1659 de la Geometría, de Descartes por Van Schooten. Newton superó rápidamente a Barrow, quien solicitaba su ayuda frecuentemente en problemas matemáticos.

Réplica de un telescopio construido por Newton

En esta época la geometría y la óptica ya tenían un papel esencial en la vida de Newton. Además, en esos días su fama comenzó a crecer, ya que había iniciado correspondencia con la Royal Society. Newton les envió algunos de sus descubrimientos y un telescopio, que suscitó gran interés entre los miembros de la Sociedad, aunque también las críticas de algunos, principalmente Robert Hooke. Ese fue el comienzo de una de las muchas disputas que tuvo en su carrera científica. Se considera que Newton mostró agresividad ante sus contrincantes, que fueron principalmente (pero no únicamente) Hooke, Leibniz y, en lo religioso, la Iglesia católica. Como presidente de la Royal Society, fue descrito como un dictador cruel, vengativo y buscapleitos. Sin embargo, lo que hizo que iniciara de lleno sus estudios sobre la mecánica y la gravedad, fue una carta de Hooke, en la que este comentaba sus ideas intuitivas acerca de la gravedad. Newton resolvió el problema con el que Hooke no había podido y sus resultados los escribió en lo que muchos científicos creen que es el libro más importante de la historia de la ciencia, Philosophiae naturalis principia mathematica.

En 1693 sufrió una gran crisis psíquica, causante de largos periodos en los que permaneció aislado, durante los que no comía ni dormía. En esta época sufrió depresión y arranques de paranoia. Mantuvo correspondencia con su amigo, el filósofo John Locke, en la que además de contarle su mal estado, lo acusó en varias ocasiones de cosas que nunca hizo. Algunos historiadores creen que la crisis fue causada por la ruptura de su relación con su discípulo Nicolás Fatio de Duillier. Sin embargo, tras la publicación en 1979 de un estudio que demostró una concentración de mercurio (altamente neurotóxico) quince veces mayor que la normal en el cabello de Newton, la mayoría opina que en esta época Newton sufría envenenamiento por mercurio al hacer sus experimentos alquímicos, lo que explicaría su enfermedad y los cambios en su conducta.^[19] Después de escribir los Principia abandonó Cambridge y se mudó a Londres, donde ocupó diferentes puestos públicos de prestigio, siendo nombrado Preboste del Rey, magistrado de Charterhouse y director de la Casa de Moneda.

Entre sus intereses más profundos se encontraban la alquimia y la religión, temas en los que sus escritos sobrepasan con mucho en volumen a sus escritos científicos. Entre sus opiniones religiosas defendía el arrianismo y estaba convencido de que las Sagradas Escrituras habían sido violadas para sustentar la doctrina trinitaria. Esto le causó graves problemas al formar parte del Trinity College en Cambridge y sus ideas religiosas impidieron que pudiera ser director del College. Entre sus estudios alquímicos se encontraban temas esotéricos como la transmutación de los elementos, la piedra filosofal y el elixir de la vida.

EPÓNIMOS :

newton – unidad de fuerza, ley de gravitación universal de Newton, leyes de Newton, anillos de Newton, telescopio newtoniano.

Newton
Estándar	Unidades derivadas del Sistema Internacional
Magnitud	Fuerza
Símbolo	N
Nombrada en honor de	Isaac Newton
Equivalencias
Unidades básicas del Sistema Internacional	1 N = 1 kg.m/s²
Sistema Técnico de Unidades	1 N = 1/9,80665
Sistema Cegesimal de Unidades	1 N = 105 dyn
Unidades de Planck	1 N = 1,21027×1044 N
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En física, un newton^[1] (símbolo: N) es la unidad de medida de la fuerza en el Sistema Internacional de Unidades, nombrada de esa forma por las aportaciones de Isaac Newton a la física, especialmente a la mecánica clásica, concretamente por la segunda ley del movimiento de Newton.

Se define como 1 kg⋅m/s², la fuerza que proporciona a una masa de 1 kilogramo una aceleración de 1 metro por segundo en cada segundo.

Definición

Es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que se compone de las unidades básicas:

${\displaystyle \mathrm{N}=\frac{\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}}$

Un newton es la cantidad de fuerza aplicada durante un segundo a una masa de un kilogramo para que esta adquiera la velocidad de un metro por segundo respecto a la velocidad colineal que tenía previamente a la aplicación de la fuerza.^[2] Las fuerzas tienen carácter vectorial y son la base del estudio de la dinámica, una de las principales ramas que tiene la mecánica.

En 1946, la VIII Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), resolución 2, normalizó la unidad de fuerza del sistema MKS de unidades como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de un 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.^[3] La IX CGPM, de 1948, adoptó el nombre de «newton» en su resolución 7.^[4]

En términos más formales, la segunda ley del movimiento de Newton establece que la fuerza ejercida sobre un objeto es directamente proporcional a la aceleración adquirida por dicho objeto, así:^[5]

${\displaystyle F=ma,}$

donde ${\displaystyle m}$ representa la masa del objeto sometido a una aceleración ${\displaystyle a}$.

Ejemplos

• La gravedad media en la Tierra (convencionalmente, g = 9,80665 m/s²), una masa de un kilogramo ejerce una fuerza de unos 9,8 newtons.
• Una manzana de tamaño medio, con 200 g, ejerce unos dos newtons de fuerza en la superficie de la Tierra, que medimos como el peso de la manzana en la Tierra.

0,200 kg × 9,80665 m/s² = 1,961 N.

• Un peso medio de adulto ejerce una fuerza de unos 608 N en la Tierra.

62 kg × 9,80665 m/s² = 608 N (donde 62 kg es la masa media mundial de un adulto).

^[

Fuerzas mutuas de atracción entre dos esferas de diferente tamaño. De acuerdo con la mecánica newtoniana las dos fuerzas son iguales en módulo, pero de sentido contrario; al estar aplicadas en diferentes cuerpos no se anulan y su efecto combinado no altera la posición del centro de gravedad conjunto de ambas esferas.

La ley de gravitación universal es una ley en la mecánica clásica que describe la fuerza o interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa, fue formulada por Isaac Newton en su libro Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, publicado el 5 de julio de 1687, donde establece por primera vez una relación proporcional de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos tenía que ser proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia entre ellos al cuadrado. Para grandes distancias de separación entre cuerpos se observa que dicha fuerza actúa de manera muy aproximada como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro de gravedad, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.

Así, con todo esto resulta que la ley de la gravitación universal predice que la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas ${\displaystyle m_1}$ y ${\displaystyle m_2}$ separados una distancia ${\displaystyle r}$ es directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir:

${\displaystyle F=G\frac{m_1{m}_2}{r^2}}$
 Nota: G también puede estar incluido en la división antes de m¹

Símbolo	Nombre
${\displaystyle F}$	Módulo de la fuerza ejercida entre ambos cuerpos, cuya dirección se encuentra en el eje que los une
${\displaystyle G}$	Constante de gravitación universal
${\displaystyle m_1}$	Masa de cuerpo 1
${\displaystyle m_2}$	Masa de cuerpo 2
${\displaystyle r}$	Distancia entre los centros de masas de los dos cuerpos

Es decir, cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se encuentren, se atraerán con mayor fuerza.

El valor de esta constante de gravitación universal no pudo ser establecido por Newton, que únicamente dedujo la forma de la interacción gravitatoria, pero no tenía suficientes datos como para establecer cuantitativamente su valor. Únicamente dedujo que su valor debería ser muy pequeño. Solo mucho tiempo después se desarrollaron las técnicas necesarias para calcular su valor, y aún hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisión. En 1798, se hizo el primer intento de medición (véase el experimento de Cavendish) y en la actualidad, con técnicas mucho más precisas se ha llegado a estos resultados:^[1]

(2)${\displaystyle G=6.67430(15)\times {10}^{-11}\text{N}{\text{m}}^2{\text{kg}}^{-2}}$

en unidades del Sistema Internacional.

Esta ley recuerda mucho a la forma de la ley de Coulomb para las fuerzas electrostáticas, ya que ambas leyes siguen una ley de la inversa del cuadrado (es decir, la fuerza decae con el cuadrado de la distancia) y ambas son proporcionales al producto de magnitudes propias de los cuerpos (en el caso gravitatorio de sus masas y en el caso electrostático de su carga eléctrica).

Aunque actualmente se conocen los límites en los que dicha ley deja de tener validez (lo cual ocurre básicamente cuando nos encontramos cerca de cuerpos extremadamente masivos), en cuyo caso es necesario realizar una descripción a través de la relatividad general enunciada por Albert Einstein en 1915, dicha ley sigue siendo ampliamente utilizada y permite describir con una extraordinaria precisión los movimientos de los cuerpos (como planetas, lunas o asteroides) del sistema solar, por lo que a grandes rasgos, para la mayor parte de las aplicaciones cotidianas sigue siendo la utilizada, debido a su mayor simplicidad frente a la relatividad general, y a que está en estas situaciones no predice variaciones detectables respecto a la gravitación universal.

«Leyes de la física» redirige aquí. Para el principio físico, véase Ley de la física.

La primera y segunda ley de Newton, en latín, en la edición original de su obra Principia Mathematica

Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,^[1] son tres principios a partir de los cuales se explican una gran parte de los problemas planteados en mecánica clásica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo.

Constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones… La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.^[2]

En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos: por un lado constituyen, junto con la transformación de Galileo, las bases de la mecánica clásica, y por otro, al combinar estas leyes con la ley de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario. Así, las leyes de Newton permiten explicar, por ejemplo, tanto el movimiento de los astros como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano y toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas. Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiæ naturalis principia mathematica.^{[nota 1]}

La dinámica de Newton, también conocida como dinámica clásica, solo se cumple en los sistemas de referencia inerciales (que se mueven a velocidad constante; la Tierra, aunque gire y rote, se trata como tal a efectos de muchos experimentos prácticos). Solo es aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz; cuando la velocidad del cuerpo se va aproximando a los 300 000 km/s (lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-inerciales) aparecen una serie de fenómenos denominados efectos relativistas. El estudio de estos efectos (contracción de la longitud, por ejemplo) corresponde a la teoría de la relatividad especial, enunciada por Albert Einstein en 1905.

Fundamentos teóricos

Retrato de sir Isaac Newton (1642-1727)

El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que identifica con «cantidad de materia». Newton asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad. En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y lo relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento.

En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo:

[…] compone el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo) en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del lugar mismo en otro lugar en el que esté situado, y así sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar inmóvil, es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos.^[3]

De acuerdo con este planteamiento, establece que los movimientos aparentes son las diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza en Newton tiene un carácter absoluto, no relativo.

Las leyes enunciadas por Newton y consideradas como las más importantes de la mecánica clásica, son tres: la ley de inercia, la relación entre fuerza y aceleración y la ley de acción y reacción. Newton planteó que todos los movimientos se atienen a estas tres leyes principales, formuladas en términos matemáticos. Un concepto es la fuerza, causa del movimiento y otro es la masa, la medición de la cantidad de materia puesta en movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m.

Primera ley de Newton o ley de inercia

La primera ley del movimiento debate la idea aristotélica de que un cuerpo solo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare.^[4]

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.^[5]

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuya resultante no sea nula. Newton toma en consideración, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como tal a la fricción.

En consecuencia, un cuerpo que se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

Newton retomó la ley de la inercia de Galileo: la tendencia de un objeto en movimiento a continuar moviéndose en una línea recta, a menos que sufra la influencia de algo que le desvíe de su camino.^[6] Newton supuso que si la Luna no salía disparada en línea recta, según una línea tangencial a su órbita, se debía a la presencia de otra fuerza que la empujaba en dirección a la Tierra, y que desviaba constantemente su camino convirtiéndolo en un círculo. Newton llamó a esta fuerza gravedad y creyó que actuaba a distancia. No hay nada que conecte físicamente la Tierra y la Luna y sin embargo la Tierra está constantemente tirando de la Luna hacia nosotros. Newton se sirvió de la tercera ley de Kepler y dedujo matemáticamente la naturaleza de la fuerza de la gravedad. Demostró que la misma fuerza que hacía caer una manzana sobre la Tierra mantenía a la Luna en su órbita.

La primera ley de Newton establece la equivalencia entre el estado de reposo y de movimiento rectilíneo uniforme. Supongamos un sistema de referencia S y otro S´ que se desplaza respecto del primero a una velocidad constante. Si sobre una partícula en reposo en el sistema S´ no actúa una fuerza neta, su estado de movimiento no cambiará y permanecerá en reposo respecto del sistema S´ y con movimiento rectilíneo uniforme respecto del sistema S. La primera ley de Newton se satisface en ambos sistemas de referencia. A estos sistemas en los que se satisfacen las leyes de Newton se les da el nombre de sistemas de referencia inerciales. Ningún sistema de referencia inercial tiene preferencia sobre otro sistema inercial, son equivalentes: este concepto constituye el principio de relatividad de Galileo o newtoniano.

El enunciado fundamental que podemos extraer de la ley de Newton es que

${\displaystyle \sum \mathbf{F}=\mathbf{0}\iff \frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t}=\mathbf{0}.}$

Esta expresión es una ecuación vectorial, ya que las fuerzas llevan dirección y sentido. Por otra parte, cabe destacar que la variación de la velocidad corresponde a la aceleración.

Sistemas de referencia inerciales

Artículo principal: Sistema de referencia inercial

La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como sistemas de referencia inerciales, que son aquellos desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta, se mueve con velocidad constante.

Un sistema de referencia con aceleración (y la aceleración normal de un sistema rotatorio se incluye en esta definición) no es un sistema inercial, y la observación de una partícula en reposo en el propio sistema no satisfará las leyes de Newton (puesto que se observará aceleración sin la presencia de fuerza neta alguna). Se denominan sistemas de referencia no inerciales.

Diferencia de planteamiento de un problema debido a la posibilidad de observarlo desde dos puntos de vista: el punto de vista de un observador externo (inercial) o desde un observador interno

Por ejemplo considérese una plataforma girando con velocidad angular constante, ω, en la que un objeto está atado al eje de giro mediante una cuerda, y supongamos dos observadores, uno inercial externo a la plataforma y otro no inercial situado sobre ella.^[7]

• Observador inercial: desde su punto de vista el bloque se mueve en círculo con velocidad v y está acelerado hacia el centro de la plataforma con una aceleración centrípeta ${\displaystyle a=\frac{v^2}{r}}$. Esta aceleración es consecuencia de la fuerza ejercida por la tensión de la cuerda.
• Observador no inercial: para el observador que gira con la plataforma el objeto está en reposo, a = 0. Es decir, observa una fuerza ficticia que contrarresta la tensión para que no haya aceleración centrípeta. Esa fuerza debe ser ${\displaystyle F_c=\frac{m{v}^2}{r}}$. Este observador siente la fuerza como si fuera perfectamente real, aunque solo sea la consecuencia de la aceleración del sistema de referencia en que se encuentra.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, ya que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos; no obstante, siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial, ya que a pesar de contar con una aceleración traslacional y otra rotacional, ambas son del orden de 0.01 m/s² y, en consecuencia, podemos considerar que un sistema de referencia de un observador en la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.

Aplicaciones de la primera ley de Newton

Se puede considerar como ejemplo ilustrativo de esta primera ley o ley de la inercia una bola atada a una cuerda, de modo que la bola gira siguiendo una trayectoria circular. Debido a la fuerza centrípeta de la cuerda (tensión), la masa sigue la trayectoria circular, pero si en algún momento la cuerda se rompiese, la bola tomaría una trayectoria rectilínea en la dirección de la velocidad que tenía la bola en el instante de rotura.

Tras la rotura, la fuerza neta ejercida sobre la bola es 0, por lo que experimentará, como resultado de un estado de reposo, un movimiento rectilíneo uniforme.

Segunda ley de Newton o ley fundamental de la dinámica

Originalmente, la segunda ley de Newton expresa que:

Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressæ, & fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.^[4]

El cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.^[8]

Es importante destacar que Newton no tenía una única noción de fuerza: éstas podían ser fuerzas inerciales (vis insita), fuerzas impresas (vis impressa) o fuerzas centrípetas (vis centripeta).^[9] En específico, de acuerdo con la segunda ley, cualquier fuerza impresa es la causa de una variación observable en el movimiento de un objeto. La segunda ley que propuso Newton originalmente no hace una mención explícita a la masa, aceleración o a la variación de la velocidad en el tiempo, sin embargo, el cambio en el movimiento es considerado como una forma de describir la variación en la «cantidad de movimiento», que en su forma actual es una magnitud vectorial. En términos modernos, y dentro del ámbito de la mecánica clásica, el movimiento de un objeto está descrito por su momentum (o momento):

${\displaystyle \mathbf{p}=m\mathbf{v}}$,

donde ${\displaystyle m}$ es la masa del objeto y ${\displaystyle \mathbf{v}}$ su velocidad. Así, la segunda ley de Newton (o ley fundamental de la dinámica) se puede postular en forma matemática como

${\displaystyle \mathbf{F}=\frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t}}$

Es decir, la fuerza que genera el movimiento es directamente proporcional al cambio del momentum en cada unidad de tiempo. De esta ecuación se obtiene la unidad de medida de la fuerza en el Sistema Internacional de Unidades, el Newton:

${\displaystyle 1\text{N}=1\frac{\text{kg}\cdot \text{m}}{{\text{s}}^2}}$

Representación del sumatorio de las fuerzas. Aquí se está sumando dos veces la fuerza N.º 2. La resultante (marcada con rojo) responde a la siguiente ecuación: :${\displaystyle {\overrightarrow{F}}_{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{l}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{e}}=\overrightarrow{F_1}+2\cdot \overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{F_3}}$

Hay que notar que cuando actúan múltiples fuerzas sobre un objeto, la segunda ley de Newton hace referencia a la fuerza neta que actúa sobre este. Por lo que el cambio en el momentum de un objeto está dado por la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan en él. Esto se conoce como el principio de superposición de fuerzas: si ${\displaystyle K}$ fuerzas actúan sobre un mismo objeto, entonces la fuerza neta está dada por

${\displaystyle \mathbf{F}=\sum _{i=1}^K{\mathbf{F}}_i}$

En términos geométricos, también se conoce como regla del paralelogramo. Este principio aparece incluido en los Principia de Newton como Corolario 1, después de la tercera ley, pero es requisito indispensable para la comprensión y aplicación de las leyes, así como para la caracterización vectorial de las fuerzas.^[10]

La segunda ley de Newton solo es válida en sistemas de referencia inerciales pero incluso si el sistema de referencia es no inercial, se puede utilizar la misma ecuación incluyendo las fuerzas ficticias (o fuerzas inerciales).

Casos especiales

Introduciendo la definición de momentum, como masa por velocidad, en la segunda ley de Newton, se pueden reconocer dos casos importantes: cuando la masa del objeto es constante y cuando varía.

Masa constante

Si la masa del cuerpo se mantiene constante, entonces la segunda ley de Newton implica que

${\displaystyle \mathbf{F}=m\frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t}=m\mathbf{a}}$

Es decir, la aceleración que adquiere un objeto es proporcional a la fuerza neta aplicada sobre él, siendo la constante de proporcionalidad la masa inercial del objeto. Como la fuerza y la aceleración son vectores, la segunda ley implica que estos vectores son paralelos.

Masa variable

Cuando la masa del objeto varía, entonces la segunda ley de Newton toma la forma

${\displaystyle \mathbf{F}=m\frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t}-{\mathbf{v}}_{\text{rel}}\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}t}}$

donde ${\displaystyle \mathbf{F}}$ es la fuerza neta sobre el objeto, ${\displaystyle {\mathbf{v}}_{\text{rel}}}$ es la velocidad relativa de la masa que está ingresando o escapando con respecto al centro de masas del objeto, y ${\displaystyle \mathbf{v}}$ es la velocidad del objeto principal.

Impulso

La ley fundamental de la dinámica establece que una variación en el momentum se puede expresar en función de la fuerza que actúa en este y del intervalo de tiempo durante el cual se ejerce la fuerza:

${\displaystyle \mathrm{\Delta }\mathbf{p}=\mathbf{F}\mathrm{\Delta }t}$

En el límite en que el intervalo de tiempo tiende a 0, se tiene la forma diferencial

${\displaystyle \mathrm{d}\mathbf{p}=\mathbf{F}\mathrm{d}t}$

Si la fuerza es variable en el tiempo, esta ecuación se puede integrar entre un intervalo dado, dígase entre ${\displaystyle t_1}$ y ${\displaystyle t_2}$, quedando como

${\displaystyle \mathbf{I}={\int }_{t_1}^{t_2}\mathbf{F}\mathrm{d}t={\int }_{{\mathbf{p}}_1}^{{\mathbf{p}}_2}\mathrm{d}\mathbf{p}={\mathbf{p}}_2-{\mathbf{p}}_1=\mathrm{\Delta }\mathbf{p}}$

La cantidad vectorial ${\displaystyle \mathbf{I}}$ es denominada impulso lineal y representa una magnitud física que se manifiesta también en las acciones rápidas o impactos, tales como choques, llevando módulo dirección y sentido. Sus unidades en el Sistema Internacional son ${\displaystyle \text{kg}\cdot \frac{\text{m}}{\text{s}}}$. En este tipo de acciones conviene considerar la duración del impacto y la fuerza ejercida durante el mismo.

Aplicaciones de la segunda ley de Newton

Entre las posibles aplicaciones de la Segunda Ley de Newton, se pueden destacar:

Caída libre

• Caída libre: es un movimiento que se observa cuando un objeto se deja caer desde una cierta altura sobre la superficie de la Tierra, en el que la única fuerza sobre el objeto considerada es su propio peso. Para estudiar el movimiento se puede elegir un sistema de coordenadas donde el origen del eje y está sobre esta última y sea positivo en la dirección contraria a la fuerza de gravedad en ese punto ("arriba"). En este sistema tanto la velocidad de caída como la aceleración de la gravedad tienen signo negativo. En el ejemplo representado, se supone que el objeto se deja caer desde el reposo, pero es posible que caiga desde una velocidad inicial distinta de cero.^[11]

Péndulo Simple: Diagrama de Fuerzas

• Péndulo simple: partícula de masa m suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa despreciable. Si la partícula se desplaza a una posición θ₀ (ángulo que hace el hilo con la vertical) y luego se suelta, el péndulo comienza a oscilar. El péndulo describe una trayectoria circular, un arco de una circunferencia de radio l. Las fuerzas que actúan sobre la partícula de masa m son dos, el peso y la tensión T del hilo.

Si se aplica la segunda ley, en la dirección radial:

${\displaystyle m{a}_n=T-mg\cos \theta }$

donde a_n representa la aceleración normal a la trayectoria. Conocido el valor de la velocidad v en la posición angular se puede determinar la tensión T del hilo. Esta es máxima cuando el péndulo pasa por la posición de equilibrio

${\displaystyle T=mg+\frac{m{v}^2}{\ell }}$,

donde el segundo término representa la fuerza centrífuga.

Y la tensión es mínima, en los extremos de su trayectoria, cuando la velocidad es cero

${\displaystyle T=mg\cos \theta }$

en la dirección tangencial:

${\displaystyle m{a}_t=-mg\mathrm{sen}\theta }$

donde a_t representa la aceleración tangente a la trayectoria.

Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción

La tercera ley de Newton establece que siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este último ejerce una fuerza sobre el primero de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto. Con frecuencia se enuncia así: a cada acción siempre se opone una reacción igual, pero de sentido contrario. En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción situadas en la misma dirección con igual magnitud y sentidos opuestos. La formulación original de Newton es:

Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi.^[4]

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.^[8]

Esta tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otra manera por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo.^[12] Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto. Si dos objetos interaccionan, la fuerza F₁₂, ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud con misma dirección, pero sentidos opuestos a la fuerza F₂₁ ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1:^[13]

${\displaystyle {\mathbf{F}}_{12}=-{\mathbf{F}}_{21}}$

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita «c». Este principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, esta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.^[10]

La fuerza de reacción (flecha verde) aumenta conforme aumenta la fuerza aplicada al objeto (flecha roja)

Aplicaciones de la tercera ley de Newton

Algunos ejemplos donde actúan las fuerzas acción-reacción son los siguientes:^[13]

• Si un patinador sobre hielo empuja a otro de peso similar, los dos se mueven con la misma velocidad pero en sentido contrario.
• Al mantenerse una persona de pie sobre la Tierra, está empujando la Tierra hacia abajo, que no se mueve debido a su gran masa, y la Tierra realiza un empuje a la persona con la misma intensidad hacia arriba.
• Al caminar se empuja la Tierra hacia atrás con los pies, y la Tierra responde empujando al caminante hacia delante, haciendo que este avance.
• La fuerza de reacción que una superficie ejerce sobre un objeto apoyado en ella, llamada fuerza normal con dirección perpendicular a la superficie.

• Las fuerzas a distancia no son una excepción, como la fuerza que la Tierra ejerce sobre la Luna y viceversa, su correspondiente pareja de acción y reacción:^[14]

La fuerza que ejerce la Tierra sobre la Luna es exactamente igual (y de signo contrario) a la que ejerce la Luna sobre la Tierra y su valor viene determinado por la ley de gravitación universal enunciada por Newton, que establece que la fuerza que ejerce un objeto sobre otro es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza que la Tierra ejerce sobre la Luna es la responsable de que esta no se salga de su órbita elíptica.

Además, la fuerza que la Luna ejerce sobre la Tierra es también responsable de las mareas, que consiste en la elevación del nivel del agua del mar en algunos lugares; por este motivo esta fuerza también se llama fuerza de marea. La fuerza de marea de la Luna se compone con la fuerza de marea del Sol proporcionando el fenómeno completo de las mareas.

Conservación de la cantidad de movimiento

Se denomina choque o colisión a la interacción entre dos o más objetos que ocurre en un breve período de tiempo.

Bolas representando choque elástico

Durante una colisión existen intercambios de energía y de cantidad de movimiento entre los cuerpos que interaccionan. De manera general, según la primera ley de Newton, en un sistema aislado de partículas que interactúan entre sí la cantidad de movimiento del sistema se conserva, sin embargo puede no suceder lo mismo con la energía cinética.

Dependiendo de lo que ocurre con la energía cinética durante el choque, éste puede clasificarse como:

• Choque elástico: cuando permanecen constantes la cantidad de movimiento y la energía cinética del sistema. Si se calcula la suma de la cantidad de movimiento de cada una de las partículas antes del choque, el resultado será el mismo que si la suma se realiza después de que las partículas hayan chocado. Lo mismo es válido para la energía cinética.

Coches representando choque inelástico

• Choque inelástico: cuando permanece constante la cantidad de movimiento y varía la energía cinética. Como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura. Tras un choque totalmente inelástico, ambos cuerpos tienen la misma velocidad. La suma de sus energías cinéticas es menor que la inicial porque una parte de esta se ha transformado en energía interna; en la mayoría de los casos llega a ser disipada en forma de calor debido al calentamiento producido en el choque. En el caso ideal de un choque perfectamente inelástico entre objetos macroscópicos, estos permanecen unidos entre sí tras la colisión.

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Anillos de Newton.

La configuración de la lente.

Los anillos de Newton en mica.

El fenómeno de los anillos de Newton es un patrón de interferencia causado por la reflexión de la luz entre dos superficies, una curva y la otra plana.

Etimología

Los anillos de Newton son llamados así en honor al físico Isaac Newton.

Historia

Este fenómeno fue descrito por primera vez por Robert Hooke en su libro Micrographia aunque su nombre deriva del físico Isaac Newton, quien fue el primero en analizarlo en 1717.

Explicación

Con una luz monocromática el patrón se observa como una serie de anillos concéntricos que alternan entre brillantes y oscuros, estos anillos tienen su centro en el punto de contacto entre las dos superficies. Cuando se coloca la luz blanca se forma un patrón de anillos concéntricos con los colores del arcoíris. Esto, porque los rayos de distinta longitud de onda que componen la luz blanca hacen interferencia en grosores distintos del aire entre el lente y la superficie plana.

Los anillos blancos son formados por interferencia constructiva entre las luces reflejadas de ambas superficies, mientras que los anillos negros son causados por interferencia destructiva. Como la pendiente de la superficie de la lente aumenta a medida que nos alejamos del punto de contacto, los anillos están cada vez menos separados a medida que se alejan del centro. Si nos alejamos de un anillo oscuro a otro, por ejemplo, aumenta la diferencia de trayectoria en una cantidad, longitud de onda (${\displaystyle \lambda }$), correspondiendo con el mismo incremento del grosor del nivel del aire (${\displaystyle \lambda /2}$).

Telescopio newtoniano.

El telescopio Newtoniano o telescopio de Newton es un tipo de telescopio reflector inventado por el científico británico Sir Isaac Newton (1642-1727), usando un espejo primario cóncavo y un espejo secundario de plano diagonal. El primer telescopio reflector de Newton fue completado en 1668 y se trata de su primer telescopio reflector funcional conocido.^[1] El diseño simple del telescopio newtoniano hace que sea muy popular entre los creadores de telescopios aficionados.

Historia

Véase también: Historia del telescopio

La idea de Newton de hacer un telescopio reflector no era nueva. Anteriormente, Galileo Galilei y Giovanni Francesco Sagredo habían discutido usando un espejo como objetivo formador de la imagen poco después de la invención del telescopio refractor,^[2] y otros, como Niccolo Zucchi, afirmaban haber experimentado con la idea ya en el año 1616.^[3] Newton pudo haber leído el libro de James Gregory Óptica Promota, publicado en 1663, en el cual se describe el diseño del telescopio reflector usando espejos parabólicos^[4] (un telescopio que Gregory había estado intentando fabricar sin éxito).^[5]

Una réplica del segundo telescopio reflector de Newton, el cual fue presentado a la Royal Society en 1672.^[6]

Newton fabricó su telescopio reflector ya que sospechaba que podría probar su teoría de que la luz blanca está compuesta del espectro de colores.^[7] La distorsión del color (aberración cromática) fue el principal fallo de los telescopios refractores en la época de Newton, y existen varias teorías para explicar su causa. A mediados de la década de 1660, mientras trabajaba en la teoría del color, Newton concluyó que este fallo era causado por las lentes de los telescopios refractores comportándose como los prismas con los que estaba experimentando, dividiendo la luz blanca en un arco iris de colores alrededor de brillantes objetos astronómicos.^[8][9] Si esto era cierto, entonces la aberración cromática podía ser eliminada fabricando un telescopio que no usara una lente – un telescopio reflector.

A finales de 1668, Isaac Newton fabricó su primer telescopio reflector. Eligió una aleación (espéculo de metal) de estaño y cobre como los materiales más adecuados para su espejo objetivo. Después ideó un método para dar forma al espejo y pudo haber sido el primero en usar un pitch lap^[10] para pulir la superficie óptica. Eligió una forma esférica para su espejo en lugar de una parabólica para simplificar la construcción, aunque introduciría aberración esférica, pero seguiría corrigiendo la aberración cromática. Añadió a su reflector lo que es el sello del diseño de un telescopio newtoniano, es decir, un espejo secundario diagonal montado cerca de foco del espejo primario para reflejar la imagen en un ángulo de 90 ° a un ocular montado en el lateral del telescopio. Este añadido único permitió que la imagen pudiera ser vista con mínima obstrucción del espejo objetivo. También hizo el tubo, montura, y accesorios. La primera versión de Newton tenía un espejo primario de 33,02 mm de diámetro y una relación focal de f/5.^[11] Descubrió que el telescopio trabajaba sin distorsionar el color y que podía ver las cuatro lunas de Galileo de Júpiter y la fase creciente de Venus con dicho telescopio. Isaac Barrow, amigo de Newton, mostró un segundo telescopio a un pequeño grupo de la Royal Society a finales de 1671. Quedaron tan impresionados con él que se lo enseñaron a Carlos II de Inglaterra en enero de 1672. Newton fue admitido como seguidor de la sociedad ese mismo año.

Como Gregory antes que él, Newton encontró difícil construir un reflector efectivo. Era difícil moler el espéculo de metal para una curvatura regular. La superficie también se deslustraba rápidamente; la consiguiente baja reflectividad del espejo y también su pequeño tamaño hacía que la visión a través del telescopio fuera muy tenue en comparación con telescopios refractores contemporáneos. Debido a estas dificultades en la construcción, el telescopio reflector newtoniano inicialmente no tuvo gran aceptación. No fue hasta cincuenta años después, en 1721, que John Hadley mostró un modelo muy mejorado a la Royal Society.^[12] Hadley había resuelto muchos de los problemas en la construcción del espejo parabólico. Su telescopio newtoniano con un espejo de 150 mm de diámetro era comparable con los grandes telescopios aéreos de aquella época.^[13] El tamaño de los telescopios reflectores creció rápidamente, con diseños que duplicaban el diámetro del espejo primario cada 50 años más o menos.^[