2.1: Introducción a la Dinámica- Las leyes del movimiento de Newton
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El movimiento nos llama la atención. El movimiento en sí puede ser hermoso, haciendo que nos maravillemos de las fuerzas necesarias para lograr un movimiento espectacular, como el de un delfín saltando del agua, o una bóveda con pértiga, o el vuelo de un pájaro, o la órbita de un satélite. El estudio del movimiento es cinemática, pero la cinemática solo describe la forma en que se mueven los objetos: su velocidad y su aceleración. La dinámica considera las fuerzas que afectan el movimiento de los objetos y sistemas en movimiento. Las leyes del movimiento de Newton son la base de la dinámica. Estas leyes proporcionan un ejemplo de la amplitud y simplicidad de los principios bajo los cuales funciona la naturaleza. También son leyes universales en cuanto se aplican a situaciones similares tanto en la Tierra como en el espacio.
Las leyes del movimiento de Issac Newton (1642—1727) fueron solo una parte de la obra monumental que lo ha convertido en legendario. El desarrollo de las leyes de Newton marca la transición del Renacimiento a la era moderna. Esta transición se caracterizó por un cambio revolucionario en la forma de pensar de la gente sobre el universo físico. Durante muchos siglos los filósofos naturales habían debatido la naturaleza del universo basado en gran medida en ciertas reglas de la lógica con gran peso dado a los pensamientos de filósofos clásicos anteriores como Aristóteles (384-322 a.C.). Entre los muchos grandes pensadores que contribuyeron a este cambio se encontraban Newton y Galileo.
Galileo fue fundamental para establecer la observación como el determinante absoluto de la verdad, más que como argumento “lógico”. El uso del telescopio por Galileo fue su logro más notable al demostrar la importancia de la observación. Descubrió lunas orbitando a Júpiter e hizo otras observaciones que eran inconsistentes con ciertas ideas antiguas y dogma religioso. Por ello, y por la manera en que trató a los de autoridad, Galileo fue juzgado por la Inquisición y castigado. Pasó los últimos años de su vida bajo una forma de arresto domiciliario. Debido a que otros antes de Galileo también habían hecho descubrimientos observando la naturaleza del universo, y debido a que repetidas observaciones verificaban las de Galileo, su obra no podía ser suprimida o negada. Después de su muerte, su obra fue verificada por otros, y sus ideas fueron finalmente aceptadas por la iglesia y las comunidades científicas.
Galileo también contribuyó a la formación de lo que ahora se llama la primera ley del movimiento de Newton. Newton hizo uso de la obra de sus predecesores, lo que le permitió desarrollar leyes del movimiento, descubrir la ley de la gravedad, inventar cálculos y hacer grandes contribuciones a las teorías de la luz y el color. Es sorprendente que muchos de estos desarrollos se hicieran con Newton trabajando solo, sin el beneficio de las interacciones habituales que tienen lugar entre los científicos de hoy en día.
No fue hasta el advenimiento de la física moderna a principios del siglo XX que se descubrió que las leyes del movimiento de Newton producen una buena aproximación al movimiento solo cuando los objetos se mueven a velocidades mucho, mucho menores que la velocidad de la luz y cuando esos objetos son más grandes que el tamaño de la mayoría de las moléculas ( aproximadamente 10−9m de diámetro). Estas limitaciones definen el ámbito de la mecánica clásica. A principios del siglo XX, Albert Einstein (1879—1955) desarrolló la teoría de la relatividad y, junto con muchos otros científicos, desarrolló la teoría cuántica. Esta teoría no tiene las limitaciones presentes en la física clásica. Todas las situaciones que consideramos en este capítulo se encuentran en el ámbito de la física clásica.
Hacer conexiones: filosofía pasada y presente
La importancia de la observación y el concepto de causa y efecto no siempre estuvieron tan arraigados en el pensamiento humano. Esta realización fue parte de la evolución de la física moderna desde la filosofía natural. Los logros de Galileo, Newton, Einstein y otros fueron hitos clave en la historia del pensamiento científico. La mayoría de las teorías científicas que se describen en este libro descendieron de la obra de estos científicos.