¿ES LA FÍSICA CLÁSICA FÁCIL DE COMPRENDER?
Desarrollare este trabajo exponiendo los argumentos por las cuales me parece fácil de comprender los pensamientos mecanicistas de la física, y en segundo lugar porque se dio su ocaso. Para empezar la física clásica nos facilita su aprendizaje debido a la gran facilidad de relacionarse con la vida cotidiana a través de ejemplos fáciles de analizar. Además de su relación con la vida diaria tenemos otros procesos que nos facilitan el entendimiento, entre ellos tenemos procesos de comprensión, que van de los más simple a lo más complicado, por tal razón cuando se llega al estudio de lo más difícil se puede entender fácil debido a dicho proceso evolutivo.
“Un ejemplo muy claro de esta idea son los movimientos en la naturaleza. Todos los movimientos que se observan en la naturaleza —por ejemplo, la caída de una piedra en el aire, un barco surcando el mar, un carro avanzando por una calle— son en realidad muy intrincados. Para entender estos fenómenos es prudente empezar con los ejemplos más simples y pasar gradualmente a los casos más complicados”[1]. Ahora veamos los movimientos desde una perspectiva cotidiana que nos ayuda a una mejor comprensión de los conceptos.
“Consideremos un cuerpo en reposo en un lugar sin movimiento alguno. Si deseamos cambiar la posición de dicho cuerpo, es necesario ejercer sobre él alguna acción, como empujarlo o levantarlo o dejar que otros cuerpos, tales como caballos o máquinas, actúen sobre él. Nuestro concepto intuitivo del movimiento lo vincula a los actos de empujar, levantar, arrastrar. Múltiples observaciones nos inclinan a pensar que, para que un cuerpo se mueva con mayor rapidez, debemos empujarlo con más fuerza”[2]. Se puede entender, que para mover un cuerpo con mayor velocidad, mayor debe ser la acción que se hace sobre este. Un carruaje movido por cuatro caballos se mueve a mayor rapidez que otro empujado por un solo caballo, entre mayor sea la fuerza que actúe sobre un cuerpo, mayor será su rapidez.
“Supongamos que un hombre que conduce un carrito en una calle horizontal deje de repente de empujarlo. Sabemos que el carrito recorrerá cierto trayecto antes de pararse.
Nos preguntamos: ¿será posible aumentar este trayecto, y cómo? La experiencia diaria nos enseña que ello es posible y nos indica varias maneras de realizarlo: por ejemplo, engrasando el eje de las ruedas y haciendo más liso el camino. El carrito irá más lejos cuanto más fácilmente giren las ruedas y cuanto más pulido sea el camino Para ello imaginemos un camino perfectamente alisado y ruedas sin roce alguno. En tal caso no habría causa que se opusiera al movimiento y el carrito se movería eternamente.
En tal caso no habría causa que se opusiera al movimiento y el carrito se movería eternamente. A esta conclusión se ha llegado imaginando un experimento ideal que jamás podrá verificarse ya que es imposible eliminar toda influencia externa. El experimento ideal dio la clave que constituyó la verdadera fundamentación de la mecánica del movimiento”[3]. Que nos introduce en el principio de inercia enunciado por Newton y que es una de las principales leyes de la física, este dice así:
«Un cuerpo en reposo, o en movimiento, se mantendrá en reposo, o en movimiento rectilíneo y uniforme, a menos que sobre el actúen fuerzas exteriores que lo obliguen a modificar dichos estados.»
La ley de inercia no es fácil de comprenderse directamente con la experiencia, debido a que necesitamos eliminar toda influencia externa algo que es casi imposible, para llevar a cabo un experimento ideal, pero si lo relacionamos con el carrito del ejemplo anterior que se movería eternamente será más fácil de inferir, por lo que los ejemplos son otro aspecto que nos ayudan a la comprensión de la física clásica.
Para que el carrito se mueva con una velocidad constante eternamente no puede influir sobre él fuerzas externas, pero si actúan sobre él fuerzas externas habrá un cambio de velocidad.
“Imaginemos que nuestro móvil reciba un impulso en el sentido de su desplazamiento ¿Qué sucederá entonces? Resulta obvio que su velocidad aumentará. En cambio, un empuje en sentido opuesto haría disminuir su velocidad En el primer caso el carrito aceleró y en el segundo aminoró su velocidad; de esto surge en el acto la conclusión siguiente: La acción de una fuerza exterior se traduce en un cambio de velocidad. Luego, no es la velocidad misma sino su variación lo que resulta como consecuencia de la acción de empujar o arrastrar”.[4]
Por lo tanto, una velocidad impartida a un cuerpo permanecerá constante a no ser que sobre el cuerpo actúen fuerzas externas que lo frenen o lo aceleren, pero teniendo en cuenta que este movimiento debe ser sobre un plano horizontal, debido a que el movimiento de caída libre se acelera y un movimiento hacia arriba se frena debido a fuerzas externas que actúa sobre ellos, de aquí se puede inferir que una fuerza impartida sobre un cuerpo se traduce un cambio de velocidad (F=cambio de V), dos conceptos muy importantes en la mecánica clásica.
Al respecto escribe Newton en sus Principios:
“Si se arroja una piedra desde lo alto de una torre, su movimiento no es uniforme, su velocidad aumenta a medida que va cayendo. En consecuencia: debe de actuar, en el sentido de su movimiento, una fuerza exterior. En otras palabras: la piedra es atraída por la Tierra. ¿Qué sucede cuando arrojamos un cuerpo hacia arriba? Su velocidad decrece hasta que alcanza su punto más alto y entonces empieza a caer. Esta disminución de la velocidad tiene como causa la misma fuerza que la acelera durante la caída. En un caso la fuerza actúa en el sentido del movimiento, y en el otro, en sentido opuesto. La fuerza es la misma, pero provoca un aumento o una disminución de la velocidad según que el cuerpo se mueva hacia abajo o hacia arriba”[5] Este ejemplo nos puede ayudar en la construcción del concepto de fuerza de gravedad, que es una fuerza de atracción entre dos cuerpos y depende de la distancia que los separa.
Pero volviendo al concepto de velocidad es bueno diferenciarlo de la rapidez, ya que al hablar de velocidad se hace necesario especificar su dirección el número que representa su valor, esta magnitud se llama vectorial y se representa por una flecha y un vector, la longitud del vector representa la rapidez. Pero véamelo con un ejemplo que como mencione en un principio es más fácil de comprender: “Las velocidades de dos esferas que se mueven en distintas direcciones son distintas. Aun cuando sea cosa puramente convencional, es más conveniente decir que cuatro automóviles que se alejan de una misma plaza de estacionamiento por distintas carreteras no llevan las mismas velocidades, aun cuando su rapidez, registrada por los velocímetros, sea en todos cuarenta kilómetros por hora. Esta diferencia entre rapidez y velocidad ilustra cómo la física, empezando con un concepto que se usa en la vida diaria, lo modifica de tal manera que resulta fructífero en el desarrollo ulterior de la ciencia”.[6]
Como dije en un principio hay que partir de lo simple a lo complicado, pues hemos llegado a lo complicado el movimiento circular, todo cambio de dirección se traduce en un cambio de velocidad, entonces en el movimiento circular hay cambios de velocidad y por lo tanto actuaciones de fuerzas externas. Para estudiar este movimiento debemos pensar que una curva se transforma en una recta, que es más fácil de analizar como ya lo hemos visto, pero para esto, se deben coger puntos muy cerca y periodos de tiempo muy cortos, ya que se debe usar vectores y se hace de la siguiente manera, “está la flecha que indica el primer vector, otra flecha parte del final del primer vector y termina en el del segundo da la dirección y sentido de la fuerza actuante. Pero es esencial, repetimos, que los dos vectores velocidad que se tomen estén separados por un intervalo de tiempo “muy corto”. El análisis riguroso de las expresiones “muy cerca”, “muy corto”, no es tan fácil. Fue precisamente este análisis el que condujo a Newton y a Leibniz al descubrimiento del cálculo diferencial que es la senda trabajosa y árida que lleva a la generalización de la clave de Galileo.”[7] De todos modos no es del todo fácil de comprender. En el movimiento circular uniforme actúan fuerzas que cambian la dirección de la velocidad, aun cuando no su magnitud[8]
Un ejemplo es el de “una piedra atada al extremo de una cuerda, que se hace girar en un plano horizontal, describe una trayectoria circular. Todos los vectores del diagrama de este movimiento tienen la misma longitud, si el movimiento es uniforme. Sin embargo, la velocidad no es la misma en todos los puntos, pues la trayectoria no es rectilínea. Sólo en el movimiento rectilíneo y uniforme no actúan fuerzas. En el movimiento circular uniforme actúan fuerzas que cambian la dirección de la velocidad, aun cuando no su magnitud. De acuerdo con la ley del movimiento debe haber una fuerza que cause este cambio; una fuerza, en este caso, entre la piedra y la mano que sostiene la cuerda”.[9] En otras palabras, la mano ejerce una fuerza sobre la piedra, por intermedio de la cuerda. Parecido es el movimiento de la luna al redor de la tierra, que describe un movimiento muy próximo al circular uniforme. Aunque estos conceptos no sean muy claros son de más fácil comprensión que los enunciados en la física moderna como la relatividad y los cuantos.
Aun cuando la física clásica es más fácil de comprender que la física moderna tuvo su ocaso al tener que suponer muchas sustancias imponderables, al tratar de explicar fenómenos electrostáticos y magnéticos
“[10]A pesar de que el punto de vista mecanicista puede aplicarse con cierta consistencia en el dominio de los fenómenos eléctricos y magnéticos, no hay razón para quedarse satisfechos con ello. Algunos aspectos de la teoría son, ciertamente, deficientes. Ha sido necesario inventar nuevas clases de sustancias: dos fluidos eléctricos y los di- polos magnéticos elementales. El número de las sustancias empieza a ser abrumador. Las fuerzas son simples. Se expresan de una manera similar en los casos de la gravitación, de la electrostática y del magnetismo; pero el precio que pagamos por esta simplicidad es elevado: introducción de nuevas sustancias imponderables. Estas son, más bien, conceptos artificiales y sin relación alguna con las sustancias comunes, caracterizadas, fundamentalmente por su masa”
“El experimento que reveló realmente las graves dificultades con que tropieza la aplicación de las ideas mecanicistas resulta al principio sorprendente y hasta extraño. Lo realizó Oersted hacia 1820. Oersted”[11]. Donde llego a la conclusión de que en fenómenos electromagnéticos el movimiento es perpendicular a la fuerza, debido a que la aguja imantada gira por la acción de una fuerza perpendicular. Por primera vez aparece una fuerza completamente distinta de aquellas a las que, de acuerdo con nuestro punto de vista mecanicista, tratábamos de reducir las acciones del mundo exterior. Además del hecho de que la fuerza no actúa según la línea de unión de la carga móvil y del polo magnético, su intensidad depende de la velocidad de la carga. Toda la interpretación mecánica se basa en la suposición de que todos los fenómenos pueden explicarse por la acción de fuerzas que dependen únicamente de la distancia y no de la velocidad.
Por otro lado, la teoría corpuscular de la luz pone de manifiesta la necesidad de una gran cantidad de sustancias imponderables, una para cada color del espectro visible de la luz. Aunque la teoría ondulatoria es mecanicista en un principio también necesitaba de una sustancia imponderable el éter, pero esto se convierte en un problema debido a la determinación de las propiedades mecánicas del éter
En conclusión, aunque la comprensión de la física moderna es fácil, esta tuvo su obscurecer al tener un carácter artificial los fluidos eléctricos y magnéticos. “Señalamos una dificultad no resuelta en la fuerza de acción recíproca entre la corriente eléctrica y una aguja magnética. Fuerza que no actúa, en la línea de unión del conductor y el polo magnético y que además depende de la velocidad de la carga eléctrica móvil. La ley que expresa su magnitud es extremadamente complicada. Y por fin tenemos las graves dificultades que nos plantea el éter”[12].
BIBLIOGRAFÍA
Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986
Jorge Armando López Pérez
[1] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 3
[2] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 3
[3] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 4
[4] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 5-6
[5] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 7
[6] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 9
[7] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 17
[8] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 18-19
[9] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 19
[10] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 61
[11] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 65
[12] Einstein, Albert y Infeld, Leopold. La evolución de la física Barcelona: Salvat Editores, SA. 1986 pp 90
