Serie Ciencias Naturales 7 Newton
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Newton y las leyes del movimiento
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Las grandes ideas de la Las grandes ideas de la CienciaCiencia
Newton y la InerciaNewton y la Inercia
Tierra y cieloTierra y cielo
Para Aristóteles el universo se componía de dos partes: la tierra y el cielo.
Tierra y cieloTierra y cielo
Y la tierra y el cielo se comportaban de manera completamente diferente.
Tierra y cieloTierra y cielo
En la tierra todo cambia o se desintegra:
Los hombres envejecen y mueren, los edificios se deterioran y derrumban, el mar se encrespa y luego se calma, el fuego prende y luego se apaga, la Tierra tiembla con los terremotos.
Tierra y cieloTierra y cielo
En el cielo existe la serenidad y la inmutabilidad:
El Sol sale y se oculta puntualmente, la luz del Sol jamás sube ni baja de brillo, la Luna atraviesa sus fases de manera regular, y las estrellas brillan sin cansarse.
Tierra y cieloTierra y cielo
Para Aristóteles las dos partes del Universo funcionaban con reglas o «leyes naturales» distintas. Una ley natural para las cosas de la Tierra y otra ley natural para las cosas del cielo.
Tierra y cieloTierra y cielo
Cuando Aristóteles pensaba en el movimiento se dio cuenta que estas leyes naturales eran evidentes.
Tierra y cieloTierra y cielo
Una piedra soltada en el aire caía derecha hacia abajo.
Tierra y cieloTierra y cielo
En un día sin viento, el humo subía hacia arriba.
Tierra y cieloTierra y cielo
En la Tierra todos los movimientos parecían avanzar o hacia arriba o hacia abajo.
Tierra y cieloTierra y cielo
Pero todo lo contrario sucedía en el cielo.
Tierra y cieloTierra y cielo
El Sol no caía hacia la Tierra ni se alejaba de ella.
Tierra y cieloTierra y cielo
La Luna no caía hacia la Tierra ni se alejaba de ella.
Tierra y cieloTierra y cielo
Las estrellas no caían hacia la Tierra ni se alejaban de ella.
Tierra y cieloTierra y cielo
Aristóteles creía que el Sol, la Luna y las estrellas se movían en círculos suaves y uniformes alrededor de nuestro planeta.
En la TierraEn la Tierra
Había otra diferencia. En la Tierra los objetos en movimiento terminaban por detenerse.
En la TierraEn la Tierra
La piedra caía al suelo y se detenía.
En la TierraEn la Tierra
Una pelota podía botar varias veces, pero muy pronto quedaba en reposo.
En la TierraEn la Tierra
Este carrito caerá por el plano inclinado y luego se detendrá.
En la TierraEn la Tierra
Y hasta este caballo al galope acababa por cansarse y pararse.
En la TierraEn la Tierra
En la Tierra, por lo tanto, cualquier objeto en movimiento regresa al estado natural del reposo.
En la cieloEn la cielo
En el cielo, por el contrario, la Luna, el Sol y las estrellas jamás se detenían y se movían siempre con la misma rapidez.
El movimiento para El movimiento para AristótelesAristóteles
En conclusión para Aristóteles:En conclusión para Aristóteles:
En la Tierra el reposo.En la Tierra el reposo.
En el cielo el movimiento.En el cielo el movimiento.
El movimiento para El movimiento para AristótelesAristóteles
Las ideas de Aristóteles estuvieron vigentes durante casi dos mil años.
¡Hasta que apareció Galileo Galilei con mejores ideas!
El movimiento para GalileoEl movimiento para Galileo
Aristóteles creía que los objetos pesados caían más rápido que los objetos livianos. Galileo mostró que todos los objetos caen con la misma velocidad.
El movimiento para GalileoEl movimiento para Galileo
Los objetos muy livianos caían más despacio. Pero Galileo explicó por qué: al ser tan livianos, no podían abrirse paso a través del aire.
El movimiento para GalileoEl movimiento para Galileo
Pero en el vacío caen igual de rápido un trozo de plomo que una pluma. Los cuerpos ya no se verían retardados por la resistencia del aire.
Isaac NewtonIsaac Newton
Cuarenta años después de la muerte de Galileo, el científico inglés Isaac Newton estudió cómo la resistencia del aire influía sobre los objetos en movimiento.
Isaac NewtonIsaac Newton
Isaac Newton Isaac Newton logró descubrir otras formas de movimiento y otras formas de interferencias.
Isaac NewtonIsaac Newton
Cuando una piedra caía y llegaba a la tierra, su movimiento terminaba ¿por qué?
Isaac NewtonIsaac Newton
El movimiento de la piedra terminaba porque el suelo se cruzaba en su camino.
Isaac NewtonIsaac Newton
Y cuando una roca rodaba por un cerro, el suelo seguía cruzándose en su camino.
Isaac NewtonIsaac Newton
La roca se paraba debido al rozamiento entre las asperezas de la superficie del cerro y las asperezas de la roca.
Isaac NewtonIsaac Newton
Cuando la roca bajaba por una carretera lisa y pavimentada, el rozamiento era menor y la roca llegaba más lejos antes de pararse.
Isaac NewtonIsaac Newton
Newton pensó: ¿Qué ocurriría si un objeto en movimiento no hiciese contacto con nada, si no hubiese barreras, ni rozamiento ni resistencia del aire?
Isaac NewtonIsaac Newton
¿Qué pasaría si el objeto se moviera a través de un enorme vacío?
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
En ese caso no habría nada que lo detuviera, lo retardara o lo desviara de su trayectoria.
El objeto seguiría moviéndose para siempre a la misma velocidad y en la
misma dirección.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Para Newton el estado natural de un objeto en la Tierra no era necesariamente el reposo.
El reposo era sólo una posibilidad.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Newton resumió sus conclusiones en un enunciado que puede expresarse así:
La Primera Ley de NewtonLa Primera Ley de Newton
Cualquier objeto en reposo...permanecerá para siempre en reposo.
Cualquier objeto en movimiento... se moverá a la misma velocidad y en línea recta indefinidamente.
La Primera Ley de NewtonLa Primera Ley de Newton
Este enunciado es la primera ley de Newton del movimiento.
Newton descubrió que los objetos tendían a permanecer en reposo o en movimiento.
La InerciaLa Inercia
Era como si los objetos fueran muy «perezosos» para cambiar de estado. La primera ley de Newton se denomina la ley de la «inercia».
«Inertia», en latín, quiere decir «ocio», «pereza».
La InerciaLa Inercia
Los objetos tienen diferentes cantidades de inercia (de resistencia al cambio).
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
A una pelota de playa con una patadita la podemos mandarlo muy lejos.
A una bala de cañón hay que empujarla con todas nuestras fuerzas, y aun así se moverá muy despacio.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
A una pelota de playa la podemos parar con una mano.
Una bala de cañón, a la misma velocidad, nos arrancaría la mano.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Es mucho más difícil cambiar el estado de movimiento de la bala de canon.
La bala de cañón tiene mucha más inercia.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Newton notó que la masa de un objeto es la cantidad de inercia del objeto.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Una bala de cañón tiene más masa que una pelota de playa.
Una bala de cañón tiene también más peso que una pelota de playa.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Pero el peso no es lo mismo que la masa. En la Luna, por ejemplo, el peso de
cualquier objeto es sólo un sexto de su peso en la Tierra, pero su masa es la misma.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
El movimiento de una bala de cañón en la Luna sería tan difícil de iniciar y tan peligroso de detener como en la Tierra;
Y, sin embargo, la bala nos parecería sorprendentemente ligera al levantarla.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Para hacer que un objeto se mueva más rápido, se mueva más lento o para que desvié su trayectoria, hay que jalarlo o hay que empujarlo.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Un jalón o un empujón recibe el nombre de «fuerza».
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Y la razón (por unidad de tiempo) a la que un cuerpo aumenta o disminuye su velocidad o cambia de dirección es la «aceleración».
La segunda Ley de NewtonLa segunda Ley de Newton
La segunda ley del movimiento que enunció Newton cabe expresarla así:
La segunda Ley de NewtonLa segunda Ley de Newton
La aceleración de cualquier cuerpo es igual a la fuerza aplicada a él, dividida por la masa del cuerpo.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Dicho de otro modo, un objeto, al jalarlo o al empujarlo, tiende a acelerar o a retardar su movimiento o a cambiar de dirección.
Cuanto mayor es la fuerza, mayor es el cambio de velocidad o de dirección.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Además la masa del objeto -o sea la cantidad de inercia que posee- actúa en contra de la aceleración.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Un empujón fuerte hará que el balón de playa (que tiene poca masa) se mueva más rápido.
Pero el mismo empujón aplicado a la bala de cañón (que tiene mucha más masa), apenas afectará su movimiento.
La tercera Ley de NewtonLa tercera Ley de Newton
Newton propuso luego una tercera ley del movimiento, que puede enunciarse de la siguiente manera:
La tercera Ley de NewtonLa tercera Ley de Newton
Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual pero de sentido contrario.
FuerzasFuerzas
O sea si un libro aprieta hacia abajo sobre una mesa, la mesa tiene que estar empujando el libro hacia arriba con la misma fuerza.
FuerzasFuerzas
Por eso el libro se queda donde está, sin desplomarse a través del tablero ni saltar a los aires.
FuerzasFuerzas
Si una manzana Si una manzana cae hay una fuerza cae hay una fuerza que la jala hacía que la jala hacía abajo.abajo.
FuerzasFuerzas
Si sostenemos una Si sostenemos una manzana hay una manzana hay una fuerza que la fuerza que la empuja hacía empuja hacía arribaarriba
Tierra y cieloTierra y cielo
Las tres leyes del movimiento sirven para explicar casi todos los movimientos y fuerzas de la Tierra.
Tierra y cieloTierra y cielo
Y estas leyes...
¿Sirven también para explicar los movimientos de los cielos?
En el cieloEn el cielo
Los objetos del cielo se mueven en el vacío, pero no en línea recta.
En el cieloEn el cielo
La Luna sigue una trayectoria curva alrededor de la Tierra. No se mueve en línea recta porque sufre un jalón lateral en dirección a la Tierra.
En el cieloEn el cielo
La Luna se ve jaloneada de este modo por que existe una fuerza aplicada a ella, una fuerza ejercida siempre en dirección a la Tierra.
En el cieloEn el cielo
La Tierra ejerce una fuerza sobre los cuerpos terrestres y hace que, por ejemplo, las manzanas caigan.
Es la fuerza de la gravedad.
En el cieloEn el cielo
¿Es la gravedad la misma fuerza que actúa sobre la Luna?
En el cieloEn el cielo
Newton aplicó sus tres leyes del movimiento a la Luna y demostró que su trayectoria quedaba explicada admirablemente con la fuerza de la gravedad.
En el cieloEn el cielo
Y esto no termina aquí porque cualquier objeto del universo establece una fuerza de gravedad.
En el cieloEn el cielo
Y es la gravedad del Sol, por ejemplo, la que hace que la Tierra gire y gire alrededor del astro central.
La gravedadLa gravedad
Newton aplicó sus tres leyes para demostrar que la fuerza de gravitación entre dos cuerpos del universo dependía
La gravedadLa gravedad
Newton aplicó sus tres leyes para demostrar que la fuerza de gravitación entre dos cuerpos del universo dependía
de las masas de los cuerpos y
La gravedadLa gravedad
Newton aplicó sus tres leyes para demostrar que la fuerza de gravitación entre dos cuerpos del universo dependía
de las masas de los cuerpos y de la distancia entre ellos.
La gravedadLa gravedad
Cuanto mayores son las masas, mayor la fuerza.
Y cuanto mayor es la distancia mutua,
menor la atracción entre los cuerpos.
La gravedadLa gravedad
Newton había descubierto la ley de la gravitación universal.
La gravedadLa gravedad
Newton había descubierto la ley de la gravitación universal.
Esta ley consiguió dos cosas importantes.
La gravedadLa gravedad
En primer lugar explicaba el movimiento de los cuerpos celestes hasta casi sus últimos detalles;
La gravedadLa gravedad
En segundo lugar, y quizá sea esto lo más importante...
La gravedadLa gravedad
Newton demostró que Aristóteles se había equivocado al pensar que existían dos conjuntos de leyes naturales, uno para los cielos y otro para la Tierra.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Las tres leyes del movimiento explicaban igual de bien:
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
la caída de una manzana...
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
el rebote de una pelota...
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
la trayectoria de la Luna...
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
Newton demostró así que los cielos y la Tierra no eran distintos. Los cielos y la Tierra eran parte del mismo universo.
El movimiento para NewtonEl movimiento para Newton
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