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Newton y la Inercia Tierra y cielo Para Aristóteles el universo se componía de dos partes: la tierra y el cielo. Tierra y cielo Y la tierra y el cielo se comportaban de manera completamente diferente. Tierra 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 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 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 cielo Cuando Aristóteles pensaba en el movimiento se dio cuenta que estas leyes naturales eran evidentes. Tierra y cielo Una piedra soltada en el aire caía derecha hacia abajo. Tierra y cielo En un día sin viento, el humo subía hacia arriba. Tierra y cielo En la Tierra todos los movimientos parecían avanzar o hacia arriba o hacia abajo. Tierra y cielo Pero todo lo contrario sucedía en el cielo. Tierra y cielo El Sol no caía hacia la Tierra ni se alejaba de ella. Tierra y cielo La Luna no caía hacia la Tierra ni se alejaba de ella. Tierra y cielo Las estrellas no caían hacia la Tierra ni se alejaban de ella. Tierra 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 Tierra Había otra diferencia. En la Tierra los objetos en movimiento terminaban por detenerse. En la Tierra La piedra caía al suelo y se detenía. En la Tierra Una pelota podía botar varias veces, pero muy pronto quedaba en reposo. En la Tierra Este carrito caerá por el plano inclinado y luego se detendrá. En la Tierra Y hasta este caballo al galope acababa por cansarse y pararse. En la Tierra En la Tierra, por lo tanto, cualquier objeto en movimiento regresa al estado natural del reposo. En 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 Aristóteles En conclusión para Aristóteles: En la Tierra el reposo. En el cielo el movimiento. El movimiento para Aristóteles Las ideas de Aristóteles estuvieron vigentes durante casi dos mil años. ¡Hasta que apareció Galileo Galilei con mejores ideas! El 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 aceleracion. El 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 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 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 Newton Isaac Newton logró descubrir otras formas de movimiento y otras formas de interferencias. Isaac Newton Cuando una piedra caía y llegaba a la tierra, su movimiento terminaba ¿por qué? Isaac Newton El movimiento de la piedra terminaba porque el suelo se cruzaba en su camino. Isaac Newton Y cuando una roca rodaba por un cerro, el suelo seguía cruzándose en su camino. Isaac Newton La roca se paraba debido al rozamiento entre las asperezas de la superficie del cerro y las asperezas de la roca. Isaac 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 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 Newton ¿Qué pasaría si el objeto se moviera a través de un enorme vacío? El 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 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 Newton Newton resumió sus conclusiones en un enunciado que puede expresarse así: La 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 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 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 Inercia Los objetos tienen diferentes cantidades de inercia (de resistencia al cambio). Al viajar en automóvil es muy común notar estas fuerzas de inercia por ejemplo: Cuando el automóvil acelera te sientes presionado al asiento o en caso contrario si frena te sientes expulsado del asiento. A mayor sea la aceleración o desaceleración la presencia de esta fuerza es mas visible. El 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 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 Newton Es mucho más difícil cambiar el estado de movimiento de la bala de cañón. La bala de cañón tiene mucha más inercia. El movimiento para Newton Newton notó que la masa de un objeto es la cantidad de inercia del objeto. El 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 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 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 sorprendentemente ligera al levantarla. parecería El 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 Newton Un jalón o un empujón recibe el nombre de «fuerza». El 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». Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. La segunda ley explica qué ocurre si y sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza. En ese caso, la fuerza modificará el movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. 𝐹 = 𝑚𝑎 𝐹 ≈ ∆𝑃 ∆𝑡 𝐹 ≈ ∆𝑚𝑣 ∆𝑡 𝐹 ≈ 𝑚∆𝑣 ∆𝑡 El 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 Newton Además la masa del objeto -o sea la cantidad de inercia que posee- actúa en contra de la aceleración. El 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 Newton Newton propuso luego una tercera ley del movimiento, que puede enunciarse de la siguiente manera: Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual pero de sentido contrario. Fuerzas 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. Fuerzas Por eso el libro se queda donde está, sin desplomarse a través del tablero ni saltar a los aires. Fuerzas Si una manzana cae hay una fuerza que la jala hacía abajo. Fuerzas Si sostenemos una manzana hay una fuerza que la empuja hacía arriba Tierra y cielo Las tres leyes del movimiento sirven para explicar casi todos los movimientos y fuerzas de la Tierra. Tierra y cielo Y estas leyes... ¿Sirven también para explicar los movimientos de los cielos? En el cielo Los objetos del cielo se mueven en el vacío, pero no en línea recta. En 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 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 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 cielo ¿Es la gravedad la misma fuerza que actúa sobre la Luna? En 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 cielo Y esto no termina aquí porque cualquier objeto del universo establece una fuerza de gravedad. En el cielo Y es la gravedad del Sol, por ejemplo, la que hace que la Tierra gire y gire alrededor del astro central. La 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 gravedad Cuanto mayores son las masas, mayor la fuerza. Y cuanto mayor es la distancia mutua, menor la atracción entre los cuerpos. La gravedad Newton había descubierto la ley de la gravitación universal. Esta ley consiguió dos cosas importantes. La gravedad En primer lugar explicaba el movimiento de los cuerpos celestes hasta casi sus últimos detalles; La gravedad En segundo lugar, y quizá sea esto lo más importante... La 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 Newton Las tres leyes del movimiento explicaban igual de bien: El movimiento para Newton la caída de una manzana... El movimiento para Newton el rebote de una pelota... El movimiento para Newton la trayectoria de la Luna... El 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 Newton "La naturaleza y sus leyes yacían ocultas en la noche. Dijo Dios, sea Newton, y fue la luz" Pope