¿Qué es la tercera ley de Newton?

Probablemente sepas que la Tierra te jala hacia abajo. Lo que puede ser es que no te hayas dado cuenta que tú también jalas a la Tierra hacia arriba. Por ejemplo, si la Tierra te está jalando hacia abajo con una fuerza gravitacional de 500 N, tú también estás jalando a la Tierra hacia arriba con una fuerza gravitacional de 500 N. Este notable hecho es una consecuencia de la tercera ley de Newton.

Tercera ley de Newton: si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, entonces el objeto B debe ejercer una fuerza de igual magnitud en dirección opuesta sobre el objeto A.

Esta ley representa una cierta simetría en la naturaleza: las fuerzas siempre ocurren en pares, y un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre otro sin experimentar él mismo una fuerza. A veces, coloquialmente nos referimos a esta ley como una de acción-reacción, donde la fuerza ejercida es la acción y la fuerza experimentada como consecuencia es la reacción.

Podemos ver de inmediato a la tercera ley de Newton en acción al mirar cómo se mueve la gente. Considera una nadadora que se empuja de la pared de una piscina, como se ilustra a continuación.

La nadadora empuja contra la pared de la piscina con sus pies y se acelera en la dirección opuesta a la de su empujón. La pared ejerció una fuerza igual y opuesta sobre la nadadora. Podrías pensar que las dos fuerzas iguales y opuestas se cancelarían, pero no lo hacen porque actúan en diferentes sistemas. En este caso, hay dos sistemas que podríamos investigar: la nadadora o la pared. Si seleccionamos a la nadadora como el sistema de interés, como en la siguiente imagen, entonces $F_{\text{pared sobre pies}}$‍ es una fuerza externa en este sistema y afecta su movimiento. La nadadora se mueve en la dirección de $F_{\text{pared sobre pies}}$‍. En contraste, la fuerza $F_{\text{pies sobre pared}}$‍ actúa sobre la pared y no sobre nuestro sistema de interés. Entonces $F_{\text{pies sobre pared}}$‍ no afecta directamente el movimiento de nuestro sistema y no cancela $F_{\text{pared sobre pies}}$‍. Observa que la nadadora empuja en la dirección opuesta a la que se desea mover. La reacción a su empujón es entonces en la dirección deseada.

Otros ejemplos de la tercera ley de Newton son fáciles de encontrar. Conforme una profesora se pasea enfrente de un pizarrón, ejerce una fuerza hacia atrás sobre el piso. El piso ejerce una fuerza de reacción sobre la profesora que provoca que acelere hacia adelante.

Similarmente, un automóvil acelera porque el piso empuja hacia adelante sobre las llantas delanteras en reacción a que las llantas delanteras empujan hacia atrás el suelo. Puedes ver una evidencia de que las llantas empujan hacia atrás cuando giran en un camino de grava y lanzan piedras hacia atrás.

En otro ejemplo, los cohetes se mueven hacia adelante al expulsar gas hacia atrás a alta velocidad. Esto significa que el cohete ejerce una gran fuerza hacia atrás sobre el gas en la cámara de combustión y el gas entonces ejerce una gran fuerza de reacción hacia adelante sobre el cohete. A esta fuerza de reacción se le llama empuje. Una idea falsa frecuente es que los cohetes se propulsan empujando el suelo o el aire atrás de ellos. De hecho, funcionan mejor en el vacío, donde pueden expulsar los gases de escape de manera más inmediata.

Del mismo modo, los helicópteros crean elevación al empujar aire hacia abajo, experimentando una fuerza de reacción hacia arriba. Los pájaros y los aviones también vuelan ejerciendo una fuerza sobre el aire en la dirección opuesta a aquella que necesitan. Por ejemplo, las alas de un pájaro fuerzan aire hacia abajo y hacia atrás, para así tener elevación y movimiento hacia adelante.

Una persona conduce un carro, el carro 1, hacia la derecha mientras empuja otro carro, el carro 2, el cual tiene un refrigerador gigante sobre él. La masa total del carro 2, el carro más el refrigerador, es tres veces la masa total del carro 1, el carro más la persona. Si la persona conduce con la suficiente fuerza para que los dos carros se aceleren hacia la derecha, ¿qué se puede decir con certeza de las magnitudes de las fuerzas sobre los carros?

Una caja se encuentra en reposo sobre una mesa como se muestra en la siguiente imagen. Distintas fuerzas están listadas en la tabla debajo de la imagen.