sábado, 19 de septiembre de 2009

Newton y la inercia

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Al observar nuestro entorno es natural que veamos dos cosas grandes en el paisaje, el cielo y la tierra; y, según el filósofo griego Aristóteles, esas dos partes parecían comportarse de manera completamente diferente.
Aristóteles observó que aquí abajo, en la tierra, todo cambia o se desintegra: los hombre envejecen y mueren, los edificios se deterioran y derrumban, el mar se encrespa y luego se calma, los vientos llevan y traen las nubes, el fuego prende y luego se apaga, y la Tierra misma tiembla con los terremotos.
En los cielos, por el contrario, parecía reinar sólo la serenidad y la inmutabilidad. El Sol salía y se ponía puntualmente y su luz jamás bajaba de brillo. La Luna cambiaba sus fases regularmente, y las estrellas brillaban sin desmayo.
Aristóteles concluyó que las dos partes del universo funcionaban de acuerdo con reglas o “leyes naturales” de distinta especie. Había una ley natural para los objetos de la Tierra y otra para los objetos celestes.
Estos dos conjuntos diferentes de leyes naturales parecían retener su validez al aplicarlas al movimiento. Una piedra soltada en el aire caía derecha hacía abajo. Y en un día sin viento, el humo subía recto hacia lo alto. Todos los movimientos terrestres, librados a su suerte, parecían avanzar o hacia arriba o hacia abajo.
No así en el cielo. El Sol y la Luna y las estrellas no caían hacia la Tierra ni se alejaban de ella. Aristóteles creía que se movían en círculos suaves y uniformes alrededor de nuestro planeta.
Había otra diferencia, y es que en la Tierra los objetos en movimiento terminaban por pararse. La piedra caía al suelo y se detenía. Una pelota podía botar varias veces, pero muy pronto quedaba en reposo.
Aristóteles por tanto dijo que el estado natural de las cosas en la Tierra era el reposo. Cualquier objeto en movimiento regresaba a ese estado natural de reposo lo antes posible. El cielo, por el contrario, los astros jamás hacían un alto y se movían siempre con la misma rapidez.
Las ideas aristotélicas sobre el movimiento de los objetos fueron lo mejor que pudo ofrecer la mente humana durante casi dos mil años. Luego vino Galileo con otras mejores (vean la entrada pasada).
Unos cuarenta años después de la muerte de Galileo el científico inglés Isaac Newton estudió la idea de que la resistencia del aire influía sobre los objetos en movimiento y logró descubrir otras formas de interferir con éste. Cuando una piedra caía y golpeaba la tierra, su movimiento cesaba porque el suelo se cruzaba en su camino.
Newton pensó: ¿Qué ocurriría si un objeto en movimiento no hiciese contacto con nada, si no hubiese barreras, ni rozamiento ni resistencia del aire? Dicho de otro modo, ¿qué pasaría si el objeto se mueve a través de un enorme vacío?
En ese caso no habría nada que lo detuviera o lo friccionase desviando su trayectoria. El objeto seguiría en movimiento hacia la misma dirección y a la misma velocidad. Por tanto el estado natural de un objeto en la Tierra no era necesariamente el reposo; esa era sólo una posibilidad. Sus conclusiones alas resumió en un enunciado que puede expresarse así: Cualquier objeto en reposo, abandonado completamente a su suerte, permanecerá para siempre en reposo. Cualquier objeto en movimiento, abandonado completamente a su suerte, se moverá a la misma velocidad y en línea recta indefinidamente.
Este enunciado es la primera ley de Newton del movimiento. Según Newton, los objetos tendían a permanecer en repos o en movimiento. Era como si fuesen demasiado “perezosos” para cambiar de estado. Por eso, la primera ley de Newton se denomina a veces la ley de “inercia”. (Inertia, en latín, quiere decir “ocio”, “pereza”.)
La segunda ley del movimiento que enunció Newton cabe expresarla así: la aceleración de cualquier cuerpo es igual a la fuerza aplicada a él, dividida por la masa del cuerpo. Dicho de otro modo, un objeto, al empujarlo o tirar de él, tiende a acelerar o retardar su movimiento o a cambiar de dirección. Cuanto mayor es la fuerza tanto más cambiará de velocidad o de dirección. Por otro lado, la masa del objeto actúa en contra de esa aceleración. Un empujón fuerte aplicado a una pelota hará que se mueva mucho más deprisa que una bala de cañón que se le aplique la misma fuerza en el empujón (que tiene mucha más masa).
Newton luego propuso una tercera ley del movimiento, que puede enunciarse de la siguiente manera: Si un cuerpo ejerce un fuerza sobre un segundo cuerpo, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual pero de sentido contrario. Es decir,
que si un libro aprieta hacia abajo sobre una mesa, la mesa tiene que estar empujando el libro hacia arriba con la misma fuerza. Por eso el libro se queda donde está, sin desplomarse a través del tablero ni saltar a los aires.
Las tres leyes del movimiento sirven para explicar casi todos los movimiento y fuerzas de la Tierra. Pero ustedes se preguntarán ¿y qué pasa con los movimientos en los cielos? (y si no se lo preguntaron Newton ya lo hizo por nosotros).
Los objetos celestes se mueven en el vacío, pero no en línea recta. La Luna, por ejemplo, gira alrededor de la Tierra. Lo cual no contradice la primera ley de Newton, por que la Luna no está “librada a su suerte”. No se mueve en línea recta porque sufre continuamente un tirón lateral en dirección a la Tierra. Ese tirón es explicado por la fuerza de gravedad. Newton aplicó sus tres leyes del movimiento a nuestro satélite y demostró que su trayectoria quedaba explicaba admirablemente con sólo suponer que sobre ella actuaba la misma fuerza gravitatoria que hace caer las manzanas de los arboles.
Pero la cosa no para ahí, por que cualquier objeto del universo establece una fuerza de gravitación; y es la gravitación del Sol, por ejemplo lo que hace rotar a la Tierra alrededor del astro central. Con las tres leyes de Newton se demuestra que la magnitud de la fuerza de gravitación entre dos cuerpos cualesquiera del universo depende de las masas de los cuerpos y de la distancia entre ellos. Cuanto mayores las masas, mayor la fuerza. Newton con esto descubrió la ley de la gravitación universal.
Está ley consigió dos cosas importantes. En primer lugar explica el movimiento de los cuerpos celestes hasta casi sus últimos detalles.

Y en segundo lugar, y más importante, Newton (con todo y su peinado) demostró que Aristóteles se volvió a equivocar.

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