josÉ manuel sÁnchez ron. de galileo a newton: cinemÁtica − dinÁmica
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JOSÉ MANUEL SÁNCHEZ RON
DE GALILEO A NEWTON:
CINEMÁTICA − DINÁMICA
Interacciones
Descartes: vortices
René Descartes: Les Principes de la Philosophie (1644):
“Todos los planetas son arrastrados alrededor del Sol por el cielo en el que están alojados… pensemos que la materia del cielo en la que están ubicados los planetas, gira sin cesar y trazando un círculo, tal y como lo haría un torbellino que tuviera al Sol como centro; pensemos asimismo que las partes del torbellino que están más próximas del Sol se mueven con mayor rapidez que aquellas que están alejadas y a una cierta distancia; pensemos que todos los planetas (entre los cuales nosotros situamos a la Tierra) permanecen siempre suspendidos entre las mismas partes de esta materia del cielo. En razón solamente de esto y sin recurrir a postular otros mecanismos, podremos entender todos los fenómenos que se observan como propios de los planetas. Todo acontecería de igual modo que en los meandros de los ríos, en los que el agua se repliega sobre ella misma y forma círculos al girar; si algunas briznas u otros cuerpos muy ligeros flotan, se puede ver que el agua las arrastra y las hace mover en círculo siguiendo su mismo movimiento”.
Acciones a distancia
PRIMERA GRAN UNIFICACIÓN EN LA FÍSICA:
MOVIMIENTOS CELESTES =
MOVIMIENTOS TERRESTRES
LEYES DEL MOVIMIENTO (NEWTON)
Primera ley:“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a
cambiar su estado”.
Segunda ley:“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.”
Tercera ley:“Con toda acción ocurre siempre una reacción
igual y contraria. O sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en
direcciones opuestas”.
Voltaire Lettres philosophiques, ou Lettres anglaises (1734).
“Carta decimocuarta: Sobre Descartes y Newton”:“Un francés que llega a Londres encuentra las cosas muy cambiadas tanto en filosofía como en
todo lo demás. Ha dejado el mundo lleno, aquí lo encuentra vacío. En París se considera al
universo compuesto de materia sutil [la que nutría los vórtices de Descartes], en Londres no hay nada de esto. Entre nosotros, es la presión de la Luna la causa del flujo del mar; entre los ingleses, es el mar quien gravita hacia la Luna,
de manera que, cuando creeríais que la Luna debería daros marea alta, esto señores creen que debe dar marea baja; lo que desgraciadamente no
puede verificarse pues hubiera sido preciso, para aclararse, examinar la Luna y las mareas desde el
primer momento de la creación”.
Laplace, Essai philosophique sur les probabilities (1814):
“Una inteligencia que en un momento determinado conociera todas las fuerzas que animan a la naturaleza, así como la situación respectiva de los seres que la
componen, si además fuera lo suficientemente amplia como para someter a análisis tales datos, podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los del átomo más ligero; nada le resultaría incierto y tanto el futuro como el pasado
estarían presentes ante sus ojos”.
La física cuántica (el principio de
incertidumbre de Heisenbeg) demostraría que Laplace estaba
equivocado.
La electrodinámica de James Clerk Maxwell (1831-1879):
campos en lugar de acciones a distancias
El electromagnetismo, la segunda gran unificación de la historia de la física: magnetismo, electricidad y óptica
ENERGÍA
Energía mecánica
T (trabajo) = ∫F·dxSi introducimos la segunda ley del movimiento de Newton:
T = m·∫(d2x/dt2)·dxque se puede escribir comoT = m·∫½·d/dt(dx/dt)2dt
Y recordando que la velocidad se define como dx/dtT = ½·m·∫d(v2)
Integrando entre dos puntos, A y B, se sigueT = ½·mv2
B – ½·mv2A
O lo que es lo mismo, el trabajo es igual a la diferencia de las energías cinéticas en los dos puntos.
Si F= - dV/dx
∫F·dx = - ∫(dV/dx)·dxY por tanto∫F·dx = - ∫dV
De donde se deduce, integrando de nuevo entre los puntos A y B, que
T = - (VB – VA)Y reuniendo esta expresión con la que obtuvimos antes, queda
- (VB – VA) = ½·mv2B – ½·mv2
A
Que podemos reescribir en la forma½·mv2
A + VA = ½·mv2B + VB
OEnergía cinética + energía Potencial = Constante
La pila de Volta (1800):Energía química y eléctrica
James P. Joule (1818-1889):equivalente mecánico del calor
(1841)
Hermann von Helmholtz (1821-1894):
Fisiología y Física
Médico, en 1847 Helmholtz realizó una aportación fundamental a la física:
la formulación más general del principio de
conservación de la energía (primer principio
de la termodinámica).
Ciencia versus tecnología
Revolución Industrialy
Termodinámica
Denis Papin (1647-1712?)Thomas Savery (1650?-1715)Thomas Newcomen (1663-1729)
James Watt (1736-1819)
SADI CARNOT (1796-1832)
“Nadie ignora que el calor puede ser la causa del movimiento, que incluso posee una gran potencia
motriz: las máquinas de vapor, hoy tan difundidas, son una prueba elocuente de ello que salta a la vista […] Al ofrecernos combustible en
todas partes, la naturaleza nos ha dado la facultad de producir en cualquier momento y lugar
el calor y la potencia motriz que es su consecuencia. El objeto de las máquinas de fuego
es desarrollar esa potencia, adecuarla para nuestros usos.
El estudio de tales máquinas es de interés extraordinario, su importancia es inmensa, su empleo aumenta cada día. Parecen destinadas a
producir una gran revolución en el mundo civilizado. Ya la máquina de fuego explota
nuestras minas, hace moverse nuestros navíos, draga nuestros puertos y riberas, forja el
hierro, tala los montes, muele el grano, hila y urde nuestros tejidos, transporta los fardos más pesados, etc. Parece que un día servirá de motor universal y tendrá preferencia sobre la fuerza de los animales, las caídas de agua y las corrientes
de aire”.
“A pesar de los trabajos de todo tipo emprendidos sobre las máquinas de fuego y a pesar del estado
satisfactorio donde han llegado hoy día, su teoría ha avanzado muy poco y los intentos para perfeccionarlas están todavía dirigidos casi por
el azar.Frecuentemente se ha suscitado la cuestión de
saber si la potencia motriz es limitada, o si no tiene límites; si los perfeccionamientos posibles
de las máquinas de fuego tienen un término prefijado, que la misma naturaleza de las cosas impide sobrepasar por cualquier medio que sea, o si, por el contrario, esos perfeccionamientos son susceptibles de una extensión indefinida. Durante
mucho tiempo también se ha intentado saber, e incluso se intenta saber hoy, si no existirían
agentes preferibles al vapor de agua para desarrollar el vapor motriz del fuego; si el aire
atmosférico, por ejemplo, no presentaría, respecto a esta cuestión, grandes ventajas. Nos proponemos someter aquí estas cuestiones a un
examen ponderado”.
William Thomson (lord Kelvin)
RUDOLF CLAUSIUS (1822-1888)Entropía y segundo principio
de la termodinámica
Kelvin (1852)
“En la actualidad existe una tendencia universal en el mundo material a disipar la energía
mecánica.
Clausius (1866)
“La segunda ley en la forma que la he asignado dice que todas las transforma ciones que tienen lugar en la naturaleza se desarrollan en una
cierta dirección, que he denominado el sentido positivo [...] Pueden tener lugar en el sentido opuesto, esto es, el negativo, pero solamente cuando sean compensados al mismo tiempo por
transforma ciones positivas”.
