Leyes de Conservación

Si un sistema no interacciona con su entorno de ninguna manera, entonces determinadas propiedades mecánicas del sistema no pueden cambiar. Algunas veces nos referimos a ellas como "constantes del movimiento". Estas cantidades se dice que son "conservadas" y las leyes de conservación resultante se pueden considerar como los principios mas fundamentales de la mecánica. En mecánica, ejemplos de cantidades conservativas son la energía, el momento y el momento angular. Las leyes de conservación son exactas para un sistema aislado.

Establecidas aquí como principios de la mecánia, estas leyes de conservación tiene profundas implicaciones en la simetría de la naturaleza, que no hemos visto violadas. Ellas sirven como una fuerte restricción en cualquier teoría sobre cualquier rama de la ciencia.

Conservación del Momento

El momento de un sistema aislado es una constante. La suma de vectores de momentos mv de todos los objetos de un sistema, no pueden ser cambiados por interacciones dentro del propio sistema. Esto supone una fuerte restricción a los tipos de movimientos que pueden ocurrir en un sistema aislado. Si a una parte del sistema se le da un determinado momento en una dirección determinada, entonces alguna otra parte del sistema obtendrá simultáneamente, exactamente el mismo momento en dirección opuesta. Hasta donde podemos decir la conservación del momento es una simetría absoluta de la naturaleza. O sea, no conocemos nada en la naturaleza que lo viole.

Conservación de la Energía

Definimos energía como la capacidad para producir trabajo. Puede existir en una variedad de formas y pude transformarse de un tipo de energía a otro tipo. Sin embargo, estas transformaciones de energía están restringidas por un principio fundamental, el principio de conservación de la energía. Una forma de establecer este principo es "la energía ni se crea ni se destruye". Otro forma de decirlo es, la energía total de un sistema aislado permanece constante.

La Conservación de la Energía como Principio Fundamental

El principio de conservación de la energía es uno de los principios fundamentales de todas las disciplinas científicas. En variadas áreas de la ciencia, habrá ecuaciones primarias que se pueden ver exactamente como una apropiada reformulación del principio de conservación de la energía.

Conservación del Momento Angular

El momento angular de un sistema aislado permanece constante en magnitud y en dirección. El momento angular se define como el producto del momento de inercia I, y la velocidad angular. El momento angular es una cantidad vectorial y la suma de vectores de los momentos angulares de las partes de un sistema aislado es constante. Esto supone una fuerte restricción sobre los tipos de movimientos rotacionales que pueden ocurrir en un sistema aislado. Si a una parte del sistema se le dá un momento angular en una dirección determinada, entonces alguna otra parte del sistema, debe simultáneamente obtener exactamente el mismo momento angular en dirección opuesta. La conservación del momento angular es una simetría absoluta de la naturaleza. Es decir, no tenemos constancia de ningún fenómeno en la naturaleza que lo haya violado.

Un Sistema Aislado

Un sistema aislado es una colección de materia, que no reacciona en absoluto con el resto del universo y hasta donde conocemos, no exiten tales sistemas. No existe una pantalla contra la gravedad, y la fuerza electromagnética es de alcance infinito. Pero con objeto de centrarnos en principios básicos, es útil postular tales sistemas para clarificar la naturaleza de las leyes físicas. En particular, las leyes de conservación se pueden presumir exactas cuando se refieran a sistemas aislados:

Conservación de la energía: la energía total de un sistema es constante.
Conservación del momento: El producto de la masa por la velocidad del centro de masa es constante.
Conservación del momento angular: El momento angular total de un sistema es constante.
Tercera Ley de Newton: No se puede generar fuerza neta dentro de un sistema, puesto que todas las fuerzas ocurren en pares opuestos. La aceleración del centro de masa es cero.