Isaac Newton

Física. Mecánica, dinámica clásica newtoniana. Principia, principios. Contemporáneos. Gravitación Universal. Copérnico. Brahe. Kepler. Galileo. Picard

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-RESUMEN

ISAAC NEWTON (1642-1727)

Científico inglés, nacido en 1642, año de la muerte de Galileo, y fallecido en 1727. Fue un matemático, físico y astrónomo a cuyo genio, además de los numerosos descubrimientos en el campo óptico y matemático, se deben la formulación de la ley de gravitación universal y la explicación del movimiento de los astros.

Newton nació en Woolsthorpe, en Lincolnshire, y realizó estudios universitarios en Cambridge. Las primeras intuiciones con respecto a la gravedad las tuvo cuando tenía 23 años, tal vez precisamente por haber visto caer una manzana de la rama en su jardín (este episodio fue contado a Voltaire por la Catherine sobrina de Newton y por lo tanto probablemente es auténtico; de cualquier manera, la Royal Society de Londres conserva un fragmento del famoso manzano que, hasta ser destruido en el siglo XIX por un temporal, había sido objeto de verdaderas peregrinaciones) .

Después de haberse preguntado si la fuerza que atraía la manzana hacia la Tierra era la misma que mantenía a los planetas y la Luna en sus órbitas, Newton calculó que la atracción debía ser inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Para este cálculo se sirvió de las leyes formuladas por Galileo sobre la caída de los pesos, y de las leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas.

Llegado a este punto tuvo que ocuparse de otros problemas, abandonó esta cuestión y no la retomó hasta diez años más tarde.

En esta segunda fase, alrededor de 1679, Newton volvió a los cálculos interrumpidos, beneficiándose de datos muy precisos que en el ínterin se habían logrado sobre el valor del radio terrestre, e identificó con la gravedad la fuerza de atracción Tierra-Luna; extendiendo entonces esta hipótesis a todo el Universo, e imaginando la masa de los cuerpos concentrada en sus centros, llegó a la célebre fórmula F=G(M · M')/r2. en la que F es la fuerza de atracción, G una constante universal, M y M' las masas de dos cuerpos cualquiera y r su distancia.

Enunciada, la ley dice así: "Dos cuerpos cualesquiera se atraen recíprocamente con una fuerza directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia".

Aplicando esta ley a las atracciones Sol-planetas, se obtienen las leyes de Kepler: Newton había descubierto por lo tanto la causa de los movimientos celestes.

Consideraba que también las órbitas muy excéntricas de los cometas obedecían a la atracción ejercida por el Sol, y sobre esta base Edmund Halley, su amigo y entusiasta sostenedor, calculó las órbitas de 24 cometas. Precisamente por Halley (que incluso se encargó de los respectivos gastos) Newton fue alentado a publicar sus resultados en su obra más importante titulada Philosophie naturalis principia mathematica, que es más brevemente conocida como Principia.

Aunque resulta inmediato unir el nombre de Newton a la gravitación, gracias a él se hicieron grandes progresos también en matemáticas y óptica. Su mayor mérito, en lo que respecta a las matemáticas, consiste en haber inventado, casi simultáneamente con Leibniz, el cálculo infinitesimal, un instrumento indispensable para afrontar lo relativo a magnitudes continuamente variables, como por ejemplo la distancia desde un planeta al Sol. En cuanto a la óptica, los primeros trabajos de Newton en este campo se refieren a la posibilidad de descomponer la luz blanca en diversos haces de colores; a ello siguieron investigaciones sobre la naturaleza misma de la luz, que para Newton era corpuscular.

Sin embargo, también está presente en sus reflexiones sobre el comportamiento de la luz, el concepto de onda asociado al de partícula; las partículas luminosas pueden propagarse en línea recta en el vacío, pero al encontrarse con un sólido generan una especie de onda de choque, que se propaga en el interior de éste: una concepción que recuerda, aunque un tanto lejanamente, la actual teoría de la luz.

También la observación astronómica debe mucho a Newton ya que al considerar que la aberración cromática de las lentes no podía ser eliminada, tuvo la idea de sustituir con un espejo el objetivo de los telescopios. Construyó así el telescopio de reflexión, destinado a convertirse en uno de los instrumentos astronómicos más potentes y por ello más importantes. Los trabajos de óptica fueron publicados con el título de Opticks, en 1704, gozando después de más de treinta años de autoridad incontestada, incluso a pesar de los errores que contenían (por ejemplo el relativo a la pretendida imposibilidad de corregir las aberraciones cromáticas de las lentes).

En el campo matemático merece ser citada la obra Tractatus de quadratura curvarum, en la que el genio inglés expuso las reglas del método de las fluxiones.

La influencia ejercida por Newton en la ciencia de su época y en la futura, fue muy grande. Ante todo, naturalmente, por la gran importancia de sus descubrimientos, y después al imponerse su método de investigación, que reforzaba el rechazo de todo aquello que no podía ser demostrado matemáticamente o físicamente, una posición que puede resumirse en el famoso dicho "Hypotheses non fingo".

Mas desconocido del genial científico es su pasión por la alquimia, a la cual dedicó casi treinta años de su vida, y cuyos trabajos permanecieron ocultos durante mucho tiempo. Newton, que conocía perfectamente la diferencia entre alquimia y química, consideraba secretos estos trabajos "esotéricos", los cuales ocultó de sus coetáneos al igual que su pensamiento arriano, ya que de haberse sabido le hubiese costado su cátedra en Cambidge. Posteriormente a su muerte, el conde de Portsmouth, heredero de sus escritos, se negó igualmente a su publicación.

-Actividad 1 Infórmate de quien reinaba den España en la época en que vivió Newton y además indica cuál era dicha época y las características que presenta desde el punto de vista histórico.

Felipe IV (1605-1665). Nacido en Valladolid, el 8 de Avril de 1605. Hijo de Felipe III y de Margarita de Austria. Su reino duro cuarenta y cuatro años.

El rey Carlos II, llamado el Hechizado, nace el 11 de noviembre de 1661, hijo de Felipe IV y de su segunda esposa Doña Mariana de Austria. Carlos nació raquítico y se crió enfermo. Ante su manifiesta debilidad las cortes europeas se repartían e intrigaban cada una de las partes del imperio español. Realmente si no hubiera sido por el cuidado de su madre y por los desvelos de su aya, doña María Engracia de Toledo, marquesa de los Velez, el rey no hubiera sobrevivido a sus primeros años.

Por el contrario, recibió una pésima educación, ya que hasta los nueve años el rey no supo ni leer ni escribir. La culpa fue de su madre y de su preceptor Ramos, que ante su debilidad física no se esforzaron en prepararle para reinar. Pero el rey dio muestras de una inteligencia y una emergía, que muchas veces se ha olvidado.

La mayor preocupación de los españoles era la boda del rey y la consecución de un heredero que asegurase la corona. Sin embargo, hasta 1678, tras la paz de Nimea, no se proyecta la boda del rey. Don Juan José de Austria determina la boda del rey con María Luisa de Orleans, sobrina de Luis XIV, en contra de la reina madre, que prefería una boda alemana. En 1679 se efectuó la boda.

La reina María Luisa muere en 1689 sin que existiera un heredero para la Corona española. En 1690 el rey se vuelve a casar, esta vez con Ana María de Neoburgo, matrimonio del que tampoco se obtendrá un heredero.

Felipe V (1683-1746). Nacido en Versalles y fallecido en Madrid. Hijo del Delfín Luis ( hijo de Luis XIV de Francia) y de Maria Ana de Baviera. Sucedió a Carlos II a al edad de diecisiete años.

Las características históricas de esta época son que durante la vida de Newton, comienza en España el declive de la hegemonía española en el siglo XVII. Debido a la imagen tópica de la decadencia española acaecida en el siglo XVII, se califica a los titulares de la corona en este periodo como los Austrias menores, frente a los dos monarcas (Carlos V y Felipe II) de la centuria precedente. Las causas del declive o declinación, como se afirmaba en la época por autores como González de Cellorigo o Saavedra Fajardo, son complejas, pues intervinieron factores económicos, demográficos, culturales, políticos y técnicos, los mismos que dieron la primacía a la monarquía española en Europa desde la llegada al trono de Carlos V, en 1516, hasta la paz de Westfalia, de 1648, casi un siglo y medio de indiscutible dominio hispánico. El siglo XVII es en toda Europa un siglo de crisis, de la que se libran Francia y Holanda, naciones en ascenso que consiguen la primacía militar, política y económica que habían disfrutado los reinos de los Habsburgo durante el siglo XVI.

Sin entrar en la profusa polémica sobre la decadencia, en nuestros días conviene recordar que los españoles de la época, desde principios del siglo XVII, percibieron una sensación de declive, motivada menos por las derrotas militares y las pérdidas territoriales, que por la transformación sufrida en Castilla durante el siglo XVI. Se añoraban los tiempos de los Reyes Católicos. De aquel reino potente, dinámico, cuyos campos y ciudades eran productivos no sólo en bienes económicos sino en una cultura capaz de imponerse a otras por su fuerza y calidad, a lo largo del quinientos se pasó a una sociedad preocupada cada vez más por el honor, la nobleza y el alejamiento del trabajo. Los súbditos eran cada vez más dependientes de una monarquía defensora del prestigio y del catolicismo, aun a costa del bienestar del reino. El imperio americano colmó de plata a España, pero acabó con su riqueza, al provocar el alza de los precios y el hundimiento de la industria, la ganadería y la agricultura. España era las Indias para los financieros y comerciantes europeos, pues la mayoría de los recursos se gastaban fuera de nuestras fronteras, en interminables contiendas. ¿Cómo restaurar la antigua abundancia de España, en palabras de Miguel Caxa de Leruela? Pensadores, políticos, hombres de letras, las Cortes, las ciudades, los Consejos, todos asisten a una permanente reflexión sobre el destino que esperaba a una sociedad gobernada por una monarquía con frentes abiertos en todo el mundo.

- Actividad 2 ¿Qué científicos, literatos y filósofos fueron contemporáneos de Newton, tanto en España como en Europa?

- René Descartes: Filósofo y científico francés, considerado "padre de la filosofía moderna", Descartes (también conocido con el nombre latinizado de Cartesius) es un pensador que puso su vida al servicio de una noble causa: la consecución de la verdad.

-Galileo: Caballero florentino, músico y matemático, padre de Galileo Galilei; nació hacia el año 1533 y murió a fines del siglo XVI.Puso en música el Episodio del conde Ugolino, y las Lamentaciones de Jeremías; hizo algunas otras composiciones y escribió un Diálogo sobre la música antigua y moderna.

-Kepler: Gran astrónomo alemán que ha unido su nombre a las leyes que dirigen el movimiento de los planetas. Kepler nació en un pueblo cerca de Stuttgart y llevó una vida infeliz, marcada por enfermedades físicas y desgracias familiares y personales de todo tipo, entre otras ver condenada por brujería a su madre, que a duras penas pudo salvarse de la hoguera.

-Actividad 3 Se dice que Newton que fue “un titán subido a hombros de gigantes”. Explica el significado de esta frase e indica quienes fueron esos “gigantes”.

Pues que con sus pensamientos estuvo muy por encima de los demás científicos, considerados los gigantes.

Pero sin ellos no podría haber llegado hasta donde llegó.

-Actividad 4 ¿Qué diferencias presenta la Dinámica de Newton con la concepción aristotélica tradicional?

Que en la dinámica de Newton dice que la variación de la posición de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada a dicho cuerpo ( F=m·a) y en la concepción aristotélica tradicional, la fuerza está relacionada directamente con la velocidad.

-Actividad 5 ¿Qué significa que la Ley de Gravedad Universal supone la ruptura de la “barrera cielo/tierra”?

Que como en el espacio no hay fuerzas de rozamiento y en la Tierra sí, los cuerpos en el espacio se mueven con una velocidad uniforme y en la Tierra no porque existen fuerzas de rozamiento.

-Actividad 6 ¿En qué se parecen los genios a nosotros y nosotros en que debemos esforzarnos por parecernos a ellos?

Los genios se parecen a nosotros en las ideas generadas por el sentido común, y nosotros, para parecernos a ellos debemos esforzarnos en el interés por superarlas.

-Actividad 7 Resume las aportaciones de Newton a la Ciencia moderna.

Aportó las tres leyes: la ley de la inercia, la ley de la dinámica y la ley de la Acción y Reacción. Construyó el primer telescopio de reflexión, prototipo de los gigantescos telescopios actuales. En matemáticas, consiguió un importante desarrollo en los metodos matemáticos aplicados a la física. Inventó el calculo diferencial e integral, lo que el llamó el metodo de fluxiones directo e inverso. Escribió el libro mas famoso de la historia de la física, en donde entran las tres grandes leyes citadas anteriormente. También creo la concepción aristotélica tradicional. Su gran descubrimiento fue la ley de la Gravitación Universal.

-Actividad 8 Infórmate acerca de las teorías que a lo largo de la Historia ha habido sobre el problema de la posición de la Tierra en el Universo y haz un resumen de dichas teorías.

Estos son las diferentes personas que a lo largo de la historia han ido exponiendo y demostrando diferentes teorías con respecto a la posición y movimiento de la Tierra:

- Pitágoras (570-480 a.C.) y sus discípulos relacionaron los movimientos de los astros entre sí e idearon un cosmos de forma esférica, cuyo centro ocupaba un cuerpo ígneo y a su alrededor giraban la Tierra, la Luna, el Sol y los cinco planetas conocidos.

Los cuerpos en movimiento describían, según ellos, órbitas circulares, que guardaban proporciones definidas en sus distancias. Cada movimiento producía un sonido particular y todos juntos originaban la música de las esferas.

También descubrieron que la Tierra, además del movimiento de rotación, tiene un movimiento de traslación alrededor del Sol. Sin embargo, esta idea no logró prosperar en el mundo antiguo, que estaba empeñado en que todo giraba alrededor de la Tierra.

- Hiparco (170-125 a.C.) creo una especie de esquema con siete esferas, una por cada planeta, y propuso la teoría geocéntrica, según la cual la Tierra se encontraba en el centro, mientras que los planetas, el Sol y la Luna giraban alrededor de ella. Como con círculos no se pueden explicar los complicados movimientos de los planetas, desarrolló un modelo similar al actual para explicar el movimiento de la Luna, es decir cada planeta describe con movimiento uniforme una circunferencia alrededor de un punto, el cual a su vez, se mueve sobre una circunferencia mayor con centro en la Tierra.

- Nicolás Copérnico (1473-1543) Dijo que la teoría egocéntrica era incierta y propuso la teoría heliocéntrica. En ella, el Sol era el centro del sistema Solar y la Tierra, al igual que el resto de los planetas, giraba en torno a él. Siguió utilizando circunferencias y simplificó los cálculos de las anteriores teorías; su teoría se publicó un año antes de su muerte por miedo a la reacción de la iglesia al colocar al hombre en un lugar tan insignificante.

- Tycho Brahe (1546-1601). Construyó un modelo erróneo del universo en el que el Sol y la Luna giraban alrededor de la Tierra, en tanto que los demás planetas lo hacían alrededor del Sol.

- Johannes Kepler (1571-1630) fue ayudante da Brahe. Con sus datos y la teoría de Copérnico enunció las leyes que llevan su nombre y que describen cinemáticamente el movimiento de los planetas:

1ª. Los planetas describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno de los focos (ley de las órbitas). Se termina así con las órbitas circulares, la más antigua premisa que hasta el momento unía el sistema copernicano con el modelo griego.

2ª. El vector de posición de cualquier planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. (ley de las áreas).

3ª. Los cuadrados de los períodos de revolución son proporcionales a los cubos de las distancias promedio de los planetas al Sol (ley de los períodos)

-Galileo Galilei (1564-1643), al mismo tiempo que Kepler desarrollaba sus leyes, estudió los astros con telescopio. Descubrió los cráteres y montañas de la Luna, los cuatro grandes satélites de Júpiter y defendió el sistema copernicano. Sin embargo, abjuró de ellos a los setenta años por no sufrir la tortura de la inquisición, como lo hizo Giordano Bruno en 1600 que fue quemado vivo por defender dichas teorías.

-Jean Picard (1620-1682), Director del Observatorio de París, precisó la medida de la circunferencia terrestre.

- James Bradley (1693-1762), obtuvo la primera prueba de que la Tierra se mueve alrededor del Sol; cuando la luz de una estrella entra por un anteojo, que es arrastrado por la Tierra en su movimiento de traslación, la luz es ligeramente desplazada, debido al movimiento.

-Actividad 9 ¿Por qué crees que las teorías científicas evolucionan y cambian con el transcurso del tiempo? ¿Piensas que este hecho es positivo o negativo para la Ciencia?

Porque cada día que pasa, la ciencia va evolucionando y los medios para corroborar las teorías sobre la ciencia van siendo mayores y mas exactos, por lo que a lo mejor algunas teorías que se creían que eran ciertas, resulta que son falsas y viceversa.

Es positivo, porque sin los avances tecnológicos no podríamos haber llegado hasta donde ahora.