lunes, 24 de febrero de 2014

Primera ley de Newton (¡y algunas generalizaciones!)

Es muy posible que esto no lo va poder aplicar en su curso de mecánica de X año en el Colegio, o de primer año en la Universidad, pero yo me voy a entretener un poco escribiéndolo. Espero que usted también cuando lo lea y se anime a enviarme (en realidad a todos los lectores), un comentario con su opinión.
Quizás ciertos razonamientos, sí puedan aplicarse en algún momento particular de nuestra vida diaria.

Si estuviésemos en un aula de un curso clásico, introductorio, de mecánica, la primera ley de Newton se establecería más o menos así:

“Todo cuerpo permanece en su estado de movimiento, a menos que una fuerza actúe sobre él”.

Antes de continuar con conceptos e implicaciones físicas (¡y matemáticas, desde luego!), quiero hacer una digresión hacia otros campos que, quizás contribuyan en algún modo a aclarar el ámbito de acción de la primera ley. ¿Qué le parece esto?:  
“Si no permite que nada le afecte, usted nunca cambiará”.

Claro esto solo lo puede lograr un ser vivo, que tiene la posibilidad de reaccionar (o no) ante un estímulo.
http://science.howstuffworks.com/innovation/
scientific-experiments/newton-law-of-motion1.htm

Creo que es bastante difícil no reaccionar (sentir un cambio en nosotros), si no imposible. Quizás solo si el agente modificador no es  muy fuerte (de efecto despreciable) y que nuestra capacidad para resistir el cambio sea suficientemente grande.
Los físicos llamamos “inercia” o si le parece “inercia mecánica” a la capacidad que tiene un cuerpo de permanecer en su estado de movimiento. Pero veamos que establecen al respecto dos diccionarios en línea:


  • Drae: inercia. (Del lat. inertĭa). 1. f. Mec. Propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza. 2. f. Rutina, desidia. 
  • Vox-Larousse: inercia s. f. 1   Tendencia de los cuerpos a oponerse a cualquier cambio de su estado de reposo o movimiento. 2   Falta de energía física o moral para alterar una costumbre o un modo de actuación: salía con sus amigos por inercia, aunque en muchas ocasiones no le apeteciera. f. Flojedad, inacción. Falta de energía física o moral. fig. Resistencia pasiva que consiste sobre todo en no obedecer. Sustantivo femenino: inacción, inactividad, inmovilidad, desidia, apatía, desgana, flojedad. actividad, diligencia, fervor.
Así que si usted tiene la inercia apropiada para enfrentar el agente externo, no sufrirá ningún cambio. Desde luego, como en todo, hay máximos, mínimos y situaciones intermedias. Además, en el caso de seres vivos inteligentes, podría inclusive intervenir la voluntad, el deseo o la intención de no cambiar, a pesar de cuanto sea la magnitud de la causa que lo afecte. Claro, esto último podría traer consecuencias agradables o no, que de momento quizás no las visualicemos.
En el caso puramente físico, la inercia de la locomotora del tren está más que sobrada para ganarle al efecto que pueda ejercer sobre ella un caminante descuidado, pero en este caso para comprender mejor el resultado final del evento, debemos acudir a las otras leyes de Newton.
La “inercia” de un votante en unas elecciones sería casi nada, si cualquier candidato con argumentos normales, lo puede convencer para que le dé su voto.
Y para que nada nunca nos afecte tendríamos que tener una inercia infinita, pero esto es un caso extremo que no se da en la naturaleza, una singularidad fuera del ámbito de la física.
Por lo general manejamos inercias comparables, como en el caso de una discusión amistosa entre amigos, las colisiones de las bolas de billar, o las interacciones –bien intencionadas- entre jugadores de fútbol.
http://www.physicsclassroom.com/mmedia/newtlaws/cci.cfm


Parece entonces que en campo de la física, la inercia está relacionada con la cantidad de materia del cuerpo, esto es con la masa (los kilogramos), concepto al cual volveremos luego.  En el caso de las relaciones humanas, yo no sé cómo cuantificar eso que me he atrevido a llamar “inercia”, quizás usted pueda, o nuestros amigos psicólogos, sociólogos, filósofos…

Ahora en la formulación puramente física se habla de “estado de movimiento”. Esto es fácil, considerando un cuerpo, desde el punto de vista macroscópico (sin tomar en cuenta su estructura interna), los físicos consideramos que solo hay dos estados de movimiento:

  1. Reposo, esto es no hay cambios de posición mientras el tiempo transcurre, no ocurre ningún desplazamiento, al menos dentro del marco de referencia en el cual estamos observando (analizando) el cuerpo. Es lo mismo que decir que su rapidez (o velocidad) es cero. 
  2. Movimiento, cuando la posición del cuerpo cambia durante el tiempo y pueden darse desplazamientos que no son nulos.
    El movimiento puede ser con velocidad variable,  por ejemplo si solo cambia la rapidez (cuando usted camina en línea recta, y varía el número de pasos que da cada minuto). Si solo cambia la dirección; cuando corre por una pista circular dando siempre el mismo número de pasos por minuto. O si cambia magnitud y dirección de la velocidad, como lo hace un delantero de un equipo de futbol que toma la bola y elude jugadores del equipo contrario moviéndose hacia uno y otro lado a lo largo de su trayectoria.

    Y está el movimiento con velocidad constante (no cambia ni la magnitud ni la dirección), sería como cuando usted pueda conducir su vehículo por una autopista recta, plana (!y sin huecos!), manteniéndose siempre en el mismo carril y siempre a 50 km/hora.
Vemos entonces que para el ámbito de acción de la primera ley de Newton “reposo” y “velocidad constante” son algo equivalentes.
¿Cuáles serían los análogos en el caso de que la apliquemos al comportamiento humano?
Podría ser –no hacer nada (nunca reaccionar) y hacer siempre lo mismo-.
Se lo dejo de tarea, no porque yo conozca la respuesta, sino porque, de seguro usted tiene mayor capacidad para este tipo de análisis.


¿Y qué es lo que produce el cambio? –una fuerza-.
Entonces la primera ley de Newton está definiendo (de momento) el concepto de fuerza, como el agente capaz de producir cambios en el estado de movimiento del cuerpo. Desde luego tendremos que caracterizarlo mejor y para eso vendrán a ayudarnos las otras Leyes de Newton (¡y la matemática!).

Vea lo que dice el Drae  y el diccionario Espasa-Calpe sobre fuerza.
Pero le aconsejo que analice con mucho cuidado los diferentes significados.
Es posible que algunos estén acertados para el ámbito generalizado que yo intenté apenas arañar en esta entrada, pero no para el ámbito físico propiamnete dicho. En ciencias no puede haber tanto sinónimo porque la situación entonces se puede volver confusa.
Le recomiendo que trate de aclararse y distinguir plenamente los conceptos de posición, desplazamiento, movimiento, reposo, velocidad, rapidez, inercia, masa, fuerza, aceleración, esfuerzo, ímpetu, cantidad de movimiento, energía, trabajo y potencia, que están relacionados, pero no son lo mismo.

Ahora bien si yo estuviera tratando de enseñar la Primera Ley en el colegio, o a un grupo de personas con poca experiencia (“poco kilometraje” como dijo Indiana Jones), la establecería de la siguiente manera:

“Todo cuerpo permanece en su estado de reposo, o de movimiento rectilíneo con rapidez constante, a menos que una fuerza externa, diferente de cero actúe sobre él”.

Lo de diferente de cero, cae por su peso; si no hay causa, no hay efecto.

Lo de “fuerza externa”, que no lo establecí desde el principio es también importante.
Aunque parezca redundante, solo las fuerza externas son capaces de producir cambios en el estado de movimiento del cuerpo. Las fuerza internas no lo hacen, solo pueden modificar el estado interno (microscópico, molecular o atómico).
Las fuerzas externas son generalmente producidas por -otros cuerpos-, o por la acción de "campos" donde se encuentra el cuerpo en estudio, por ejemplo un campo gravitatorio o un campo electromagnético.
Las fuerzas externas más simple de caracterizar y analizar sus consecuencias son las –fuerzas de contacto- por ejemplo la que ejerce un amigo al empujarnos, la del rozamiento entre el suelo y la suela de nuestros zapatos, la del rozamiento del aire cuando viajamos muy rápido en una motocicleta, la que ejerce el agua de una piscina y nos ayuda a nadar.

Las moléculas del gas dentro de un cilindro ejercen fuerzas entre sí y con las paredes internas del cilindro, pero para el sistema se consideran  fuerzas internas, no así para una molécula en particular. Si con nuestros dedos pellizcamos una parte de nuestro cuerpo, ejercemos también una fuerza interna. En ambos casos no se produce un cambio en el estado de movimiento, porque no se trata de fuerzas externas.

Para terminar quiero comentar sobre lo que sería el recíproco de la Primera Ley del Movimiento.

“Si observamos que un cuerpo sufre cambios en su estado de movimiento (se mueve con velocidad variable), podemos afirmar que existe una fuerza externa diferente de cero, actuando sobre él”.

Esto podría ser utilizado para investigar y descubrir una fuerza de momento desconocida. Ni lo dude que Galileo y Newton, cuando realmente -vieron- el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra y la revolución de los satélites de Júpiter, dedujeron que había una fuerza externa (a los satélites), actuando sobre ellos, lo cual permitió al segundo caracterizar su naturaleza, en términos de la Ley de Gravitación Universal.
Usted puede aplicar la primera ley y su recíproco cuando estudie el modelo atómico de Bohr.


En el caso del comportamiento de seres vivos y humanos en particular, el recíproco de la primera ley también podría generalizarse, pero la situación no será tan simple, por lo complejo de las interacciones y porque pueden exitir efectos retardados, debidos a causas que se aplicaron hace mucho tiempo.

2 comentarios:

  1. Julián Luque
    (Una pincelada de la relatividad,) seria,
    Cuando un objeto se mueve a velocidad constante, la única referencia que tenemos es con respecto a otro objeto.
    Si girase con energía centrifuga, la referencia seria con respecto a su centro.
    Si ese objeto, en vez de velocidad acelerase, la única referencia seria con el conjunto del universo.
    Pienso que toda acción es relativa de otras referencias.
    (Causa y efecto). (Acción reacción).

    ¿Que es aceleración?
    La tercera forma que expongo.
    Un ejemplo de aceleración, estamos en una nave, sentados en nuestros asientos echamos a funcionar nuestros cohetes aceleramos y sentimos el efecto de inercia hacia atrás en los respaldos, sabemos que nos movemos, y en qué dirección, es(Aceleración)

    Caída libre.
    Seguimos en la misma nave, pero esta vez, nos dirigimos hacia la tierra con nuestros cohetes apagados, pero en caída libre.
    Lo curioso es que la gravedad de la tierra acelera la nave, pero en nuestros asientos no sentimos el efecto de inercia que correspondería a esa aceleración.

    Expongo.
    Hay un señor tendido en su hamaca, ve como se acerca la nave en su caída libre, el siente la gravedad de la tierra en su espalda, la misma sensación que nuestro piloto cuando aceleraba, mientras el piloto no la siente.
    Si todo es relativo, cuál de los dos acelera.
    ¿Que es la aceleración?
    Su amigo Julián Luque

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    1. Comentario (http://es.wikipedia.org/wiki/Comentario)
      Un comentario es una apreciación oral o escrita sobre cualquier cosa puesta en análisis. El comentario no implica emitir un juicio valorativo.
      El «comentario de un texto» es un ejercicio orientado a plasmar por escrito o de forma oral todas las claves que permiten la comprensión plena de un documento.
      Saludos
      jav

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