Ing. Enrique A. Martinelli






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Hola-física Ing. Enrique A. Martinelli

Galileo Galilei

Introducción:
Galileo Galilei ( 1564 - 1642), fue astrónomo, filósofo, matemático y físico además de interesarse por casi todas las artes de la época (música, literatura, pintura). Atraído por la obra de Euclides, fue un apasionado seguidor de Pitágoras, Platón y Arquímedes y opositor al aristotelismo.

Descubre la ley de la isocronía de los péndulos (siendo estudiante), demuestra muchos teoremas sobre el centro de gravedad de ciertos sólidos, reconstituye la balanza hidrostática de Arquímedes, y comienza sus estudios sobre la caída de los cuerpos.

En 1590 y 1591, descubre la cicloide y aprovecha sus propiedades para dibujar arcos de puentes. En 1604 descubre la ley del movimiento uniformemente acelerado, aunque la asocia a una ley de velocidades erróneas, e intenta demostrar que en el vacio los proyectiles siguen trayectorias parabólicas. La gravitación universal de Newton demostrará luego que en realidad son elípticas (considerando la curvatura y rotación de la Tierra).

http://www.biografiasyvidas.com/monografia/galileo/fotos/galileo_6.jpg


En 1609, un amigo le avisa de la construcción en Holanda de un telescopio que permite ver objetos lejanos y estrellas invisibles a simple vista. Con esta única descripción, Galileo inventa su primer telescopio refractor que al contrario del telescopio holandés, no deforma los objetos, los aumenta 6 veces (duplicando el aumento del telescopio holandés) consiguiendo a su vez obtener una imagen derecha gracias a la utilización de una lente divergente en el ocular. Galileo inventa telescopios con aumentos cada vez más grandes, hasta de 20 veces, que le permiten observar con mayor detalle las fases de la Luna y sus montañas. Sin embargo, su escaso dominio de la teoría óptica le imposibilita mejorar de forma sostenida la calidad de sus primeros instrumentos, resultando muchos de ellos inadecuados para las observaciones que pretendía realizar.
En 1632, Galileo publica su diálogo de los Massimi sistemi (Diálogo sobre los principales sistemas del mundo) donde se burla implícitamente del geocentrismo de Ptolomeo. El Diálogo se desarrolla en Venecia durante cuatro jornadas entre tres interlocutores: Filipo Salviati, un Florentino seguidor de Copérnico, Giovan Francesco Sagredo, un veneciano ilustrado sin tomar partido, y Simplicio, un mediocre defensor de la física aristotélica, un personaje quizás inspirado en su amigo, el Papa Urbano VIII. En la obra Galileo intenta probar que la Tierra gira alrededor del Sol citando el fenómeno de las mareas y argumentando que se debía a la “sacudida” provocada por la Tierra en dicho movimiento, lo cual es erróneo y paradójicamente resultaba correcto el argumento aportado por sus opositores aristotélicos que sostenían que las mareas se debían a la atracción de la luna. Galileo contradice el método científico que decía sostener puesto que en lugar de presentar sus tesis como hipótesis las da por concluidas aportando errores que lo llevan a un camino sin salida. http://www.pescaargentina.com.ar/modulos/fases_lunares/imagenes/fases_lunares.jpg

La teoría del movimiento de la Tierra se demostraría científicamente como un hecho recién en 1748, siendo confirmado más tarde con el péndulo de Foucault en 1851.
Las aportaciones científicas de Galileo iniciaron una ciencia moderna que se caracterizó por la matematización, el mecanicismo y la experimentación, fundamentando el método científico.

El físico Stephen Hawking lo considera el máximo responsable del nacimiento de la ciencia moderna y Albert Einstein lo llamó Padre de la ciencia moderna.

Galileo: relatividad, inercia y método científico

Diálogo sobre los principales sistemas del mundo” (Galileo Galilei)


En sus Diálogos, Galileo ilustró el principio de inercia a partir de una “conversación” entre los personajes que había creado: Simplicio expresaba el punto de vista aristotélico y Salviati representaba el galileano. En una parte del libro la discusión se centraba en como sería el movimiento de una esfera sobre un plano horizontal.http://3.bp.blogspot.com/_fis6y2xofn8/swbyx8lf8hi/aaaaaaaalpq/tcr32l0fnqi/s1600/dialogos-de-galileo.jpg

El dialogo es el siguiente:

Salviati: Pero, ¿con qué clase de movimiento? Continuamente acelerado, como en el plano inclinado hacia abajo, ¿o crecientemente retardado, como en el plano hacia arriba?
Simplicio
: No puedo ver causa alguna de aceleración o desaceleración, no habiendo pendiente hacia arriba o hacia abajo.

Salviati: Exactamente. Pero si no hay causa alguna para el retardo de la bola, menos debería haberla para que alcance el estado de reposo; entonces, ¿hasta qué distancia continuará moviéndose la bola?

Simplicio: Tanto como continúe la superficie sin subir ni bajar.

Salviati: Entonces, si dicho espacio fuera ilimitado, ¿el movimiento en él sería análogamente ilimitado? Es decir, ¿perpetuo?

Simplicio: Así me parece, si el cuerpo móvil fuera de material duradero.


De esta manera Salviati convencía a Simplicio de que el estado natural de movimiento

de los cuerpos no es necesariamente el reposo sino el movimiento rectilíneo y uniforme.

El principio de inercia está íntimamente relacionado con el principio de relatividad. El hecho de que lanzando un objeto verticalmente hacia arriba no podamos detectar el estado de movimiento del sistema de referencia en que nos encontremos, fue generalizado por Galileo a todos lo fenómenos naturales conocidos hasta el momento. Así, argumentaba Galileo, en un barco en movimiento todos los procesos naturales transcurrirán de la misma manera que si el barco estuviese en reposo.
Este principio de relatividad, fue utilizado posteriormente por Newton y Einstein.

http://2.bp.blogspot.com/_ceodfpu1ovc/sfwaepbvt7i/aaaaaaaaacs/b71iwnthpg4/s320/pisa+caricatura.jpg


Sobre la caída de los cuerpos. La refutación de Galileo a la ley de caída libre aristotélica es probablemente uno de sus resultados más conocidos. No existe certeza histórica de que haya realizado sus experimentos lanzando objetos desde la torre de Pisa, sí en cambio de sus estudios basados en experimentos con planos inclinados.

Las conclusiones de Galileo acerca del estado natural de movimiento de los cuerpos están también didácticamente explicitadas en los diálogos:
Simplicio: No puede haber duda de que un cuerpo que se mueve en un medio único tiene una velocidad fija determinada por la Naturaleza

Salviati: Entonces, si tomamos dos cuerpos cuyas velocidades naturales sean diferentes, es evidente que, al unirlos, el más rápido será retardado por el más lento, y este algo acelerado por el otro. ¿No estás de acuerdo con mi opinión?

Simplicio: No hay dudas de que tienes razón.

Salviati: Pero si esto es cierto y si una piedra se mueve con una velocidad de, digamos, ocho, mientras otra menor se mueve con una velocidad de cuatro, cuando se unan, el sistema se moverá con una velocidad inferior a ocho; en cambio, cuando las dos piedras estén juntas constituirán una piedra mayor que aquella que antes se movía con velocidad ocho. Por lo tanto, el cuerpo más pesado se mueve a menor velocidad que el liviano; efecto contrario a tu hipótesis…

Realizando experimentos y utilizando razonamientos de este tipo concluyó que los cuerpos en caída libre se mueven con aceleración constante, y que esa aceleración depende muy levemente del peso de los cuerpos. Esta dependencia se debe al rozamiento con el aire y desaparece si la caída libre es en vacío. http://bp0.blogger.com/_hri0zcekroe/r5qk1pbyyvi/aaaaaaaaaek/9xki87bhif8/s400/einstein%5b1%5d.gif

Estos resultados son la base del principio de equivalencia que Einstein formuló en 1907, y que es uno de los pilares de la Teoría General de la Relatividad
La explicación del movimiento de los cuerpos fue cambiando en la historia junto con la forma de interpretar otros fenómenos del universo.

Las investigaciones de Aristóteles determinaron durante siglos la forma de ver el mundo. A tal punto, que hasta mediados siglo XVI, resultaba inaceptable pensar que la Tierra se movía y que el Sol no giraba a su alrededor. El atrevimiento de Copérnico, de afirmar su teoría heliocéntrica refutando la concepción vigente hasta ese momento, le dio lugar a Galileo para desarrollar sus ideas. Fue este último quien halló la manera de explicar cómo se mueven los cuerpos independientemente de su naturaleza, incorporando el concepto de vacío y el de aceleración de la gravedad.
Aristóteles:

La física de Aristóteles está dedicada fundamentalmente al estudio de las causas eficientes y su relación con el movimiento. Es una física de carácter intuitivo más que experimental y se desarrolla sobre la base de siguientes cuatro principios:

1. Negación del vacío: la existencia de espacios vacíos supondría velocidad infinita por ser ésta inversamente proporcional a la resistencia del medio. Dentro del esquema aristotélico no resultaba admisible la existencia de un móvil con esa propiedad.

2. Existencia de una causa eficiente en todo cambio: La causa eficiente se localizaba en la tendencia generalizada al "propio lugar", que no es sino la inclinación que todo cuerpo posee a ocupar el lugar que le corresponde por su propia naturaleza. Esta propensión al "propio lugar" ha sido interpretada, a veces, como una energía potencial introducida de forma rudimentaria; en otras, se ha visto como la primera insinuación de un modelo de acción a distancia, que sería la ejercida por la Tierra sobre los demás cuerpos.

3. Principio de la acción por contacto: En todos los movimientos, excepto en los naturales, debe existir como causa eficiente un agente en contacto con el objeto móvil. Se tomaba como resultado experimental, aunque aparecían dificultades concretas a la hora de explicar los movimientos de proyectiles, el magnetismo y las mareas. En los tres casos, el agente parecía operar a través de la continuidad del medio.

4. Existencia de un primer agente inmóvil: Aristóteles planteaba que "todo lo que se mueve es movido por algo". Este “algo” puede ser una causa, un principio o un motor. Ahora bien, si las cosas que mueven son a la vez movidas por otro, debe haber existido un primer motor que mueva sin ser movido. Esto es, que él sea su propia causa de movimiento. Suponía la existencia de un primer motor inmóvil como causa eficiente del movimiento del mundo.
Para Aristóteles existían dos tipos de movimientos: el movimiento natural y el movimiento violento.

El movimiento natural podía ser hacia arriba o hacia abajo en la Tierra, en donde los cuerpos pesados (como una piedra) tendían naturalmente a ir hacia abajo, y los cuerpos livianos (como el humo) tendían naturalmente a ir hacia arriba. Esto ocurría así porque los objetos buscaban sus lugares naturales de reposo y, por ser movimientos naturales, no estaban provocados por ninguna fuerza.inercia

El movimiento violento era un movimiento impuesto, originado por la acción de fuerzas que actuaban sobre un cuerpo: tiraban o empujaban. Los cuerpos en su estado natural de reposo no podían moverse por sí mismos, sino que era necesario aplicarles una fuerza (empujarlos o tirarlos) para que se muevan.
Durante dos siglos la idea de que la Tierra estaba en su lugar natural de reposo fue muy aceptada y, ya que ponerla en movimiento requería de una enorme fuerza, lo más lógico era

pensar que la Tierra no se movía, sino que el resto del universo se movía alrededor de ella. De

esta manera, el Sol era el que giraba alrededor de la Tierra.
En plena edad media un astrónomo, Copérnico, se atrevió a decir que la idea antropocéntrica de Aristóteles no era correcta, sino que era la Tierra la que giraba alrededor del sol.

En el siglo XVI, Galileo fue el primero en adoptar las locas ideas de Copérnico. Demostró que la idea de que la Tierra gira alrededor del sol era razonable y que no se requería de una enorme fuerza para mantenerla en movimiento. Lo importante era saber cómo se movían los cuerpos, no por qué se movían.
Cuando dos cuerpos resbalan uno sobre el otro, actúa una fuerza denominada fricción, la cual se debe a las irregularidades de las superficies de los cuerpos que se deslizan. Si esta fuerza no existiera, los cuerpos estarían en continuo movimiento. Galileo demostró que solamente cuando hay fricción se necesita de una fuerza para mantener a un cuerpo en movimiento, y estableció que todo cuerpo material presentaba resistencia a cambiar su estado de movimiento, siendo esta resistencia la inercia.
Este concepto de inercia se contraponía con la idea de movimiento de Aristóteles. Para mantener a la Tierra moviéndose alrededor del sol es necesaria una fuerza (gravitación), no es

necesaria ninguna fuerza extra para que conserve su movimiento, ya que en el espacio del sistema solar no hay fricción porque hay vacío.

En el caso de un cuerpo que se mueva en caída libre con un movimiento rectilíneo, para Galileo la aceleración de ese cuerpo no dependía de la masa del mismo, y esta idea constituía

un cambio de paradigma en el mundo de la física, por oponerse a la idea de Aristóteles.primera ley
Newton

La Mecánica de Newton describe cómo las fuerzas producen movimiento:

1. La proporcionalidad entre la intensidad de la fuerza y la aceleración (segunda ley).

2. La ley de inercia (primera ley) por la cual un cuerpo se mantiene en su estado de movimiento si no actúan fuerzas sobre el mismo.

3. El principio de acción y reacción (tercera ley), por el que la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un segundo cuerpo es igual y de sentido contrario al que ejerce el segundo sobre el primero.
La teoría de la gravitación estudia la naturaleza de las fuerzas asociadas con los corpúsculos, son fuerzas atractivas y centrales, es decir, actúan según la recta que determinan sus respectivos centros. http://www.jfrutosl.es/paginas/galeria/imagenes/newton.gif

Newton estableció la variación cuantitativa de esta fuerza: resultaba ser directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los centros de los cuerpos.

La teoría newtoniana de la acción a distancia no involucra al medio y supone la existencia de corpúsculos, espacio vacío, fuerzas centrales actuando a distancia, e interacción instantánea.

Aplicando esta ley, Newton pudo calcular el movimiento de los planetas con gran aproximación y también, deducir correctamente las leyes descubiertas por Kepler y Galileo. La teoría de Newton era sorprendentemente superior en la predicción de nuevos resultados a cualquier teoría precedente en la historia del pensamiento humano. Sin embargo Newton valoraba enormemente las contribuciones de Galileo y Kepler a la mecánica, de allí su frase: “...si he podido ver más allá, es estando parado sobre hombros de gigantes”.



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