“ALGO DE HISTORIA” SOBRE EL MOVIMIENTO

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Los primeros conocimientos sobre el movimiento surgieron de necesidades prácticas del ser humano como la de sistematizar la siembra y la recogida de las cosechas.

Esta necesidad y las observaciones astronómicas permitieron establecer una periodicidad de fenómenos que llevaron a la posibilidad de medir el tiempo y establecer unidades para él: día, mes, año, horas, minutos y segundos.

La elaboración del calendario fue un gran avance.

Algunas observaciones conocidas desde muy temprana edad de la humanidad son:

* Que el Sol y los planetas van cambiando de posición a través de las estrellas fijas.

Estas observaciones permitieron trazar el recorrido del Sol a través del espacio y dividirlo en 12 partes correspondientes a 12 meses. A cada una de esas divisiones se le dio el nombre de un animal mítico: Aries, Cáncer, Escorpio…, que luego se vincularon a diferentes grupos de estrellas.

* Que hay una relación entre el movimiento del Sol y las estaciones.

El Universo se concibe como una caja cerrada cuyo fondo es la Tierra. En el centro se eleva ésta para formar las regiones nevadas y en su corazón están los manantiales del Éufrates. La Tierra está cercada por un foso de agua y circundando el foso se alzan las montañas celestes que sostienen el firmamento.

Una caja en la que la Tierra está en el fondo y en la cubierta se encuentran las estrellas, sustentada por elefantes que a su vez están sostenidos por una tortuga.

Las primeras observaciones llevaron a establecer representaciones del Universo de carácter mítico. Algunas, de forma muy esquemática:

Es con la civilización griega cuando comienza la Ciencia, pues es aquí donde empieza a concebirse el "saber" como separado del "saber hacer" (del ser experto en un oficio), es decir, se separa de la necesidad de uso, y empieza a concebirse como "el desentrañar misterios, enigmas", el buscar la "verdad" de las cosas.

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Veamos alguna.

Una de las primeras fue elaborada por la Escuela Pitagórica, una comunidad entre religiosa y política, fundada por Pitágoras de Samos (582-500 a.C). En esta escuela concebían a la Tierra y a los planetas como esféricos y al Universo constituido por diez esferas concéntricas.

Una esfera para las estrellas fijas y una para cada uno de los siguientes cuerpos: Saturno, Júpiter, Marte, Venus, Mercurio, el Sol y la Luna. La novena esfera pertenecía a la Tierra, y para alcanzar el número mágico, el diez, introdujeron un planeta llamado “anti-Tierra".

Aristóteles (384-322 a.C) concebía también el Universo como un sistema de esferas. En la más externa se encuentran las estrellas, y en su exterior está el divino “primer motor" que hace girar a dicha esfera con un ritmo regular. Este movimiento se transmite a las demás esferas por fricción: las de Saturno, Júpiter, Marte, Sol, Venus, Mercurio y Luna. En el centro de todas ellas se encuentra la Tierra, que es el centro del Universo.

Las teorías anteriores no eran capaces de explicar las observaciones siguientes:

El Sol, la Luna, Venus, Marte y Júpiter aparecen, a veces, más brillantes o próximos y, a veces, más alejados.

Los planetas en su recorrido parecen retroceder durante un período de tiempo y luego volver a avanzar.

Aristóteles se dio perfecta cuenta de que las rotaciones sobre esferas concéntricas no explica las diferentes distancias a las que un planeta está de la Tierra, pero ignoró estas observaciones. Esta es una reacción humana muy común, ¿no has ignorado, a veces, hechos que están ante tus ojos si no están de acuerdo con tus ideas preconcebidas?

Ptolomeo (127-151 a.C), para explicar estas observaciones, aceptó que la Tierra era el centro alrededor de la cual giran el resto de los astros, pero sus movimientos son el resultado de un complicado conjunto de movimientos circulares.

Cada planeta está sometido a dos movimientos circulares simultáneos: uno llamado epiciclo y otro deferente. El planeta gira en el epiciclo y el centro de éste se mueve en el deferente alrededor de la Tierra.

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Copérnico (1473-1543) planteó que la Tierra gira sobre si misma una vez al día y da una vuelta al año alrededor del Sol. El resto de planetas giran alrededor del Sol.

Trayectoria aparente del movimiento retrógrado de un planeta visto desde la Tierra según el modelo heliocéntrico:

Las teorías heliocéntricas, aquellas que consideran al Sol como centro del Universo, explican mucho mejor las observaciones realizadas.

Todo lo que has leído hasta el momento se refiere a las teorías sobre los movimientos celestes, pero los griegos también estudiaron los terrestres. Vamos a ver sus aportaciones en este terreno, en concreto las de Aristóteles, por ser las que perduraron hasta el Renacimiento.

Según Aristóteles, todos los cuerpos realizan movimientos hacia su estado natural, por ejemplo, las bellotas se desarrollan normalmente hacia robles y no viceversa; una persona enferma, a menudo, sana por sí misma, pero se necesita un agente externo para que enferme...

De la misma manera,

los cu

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;

el fuego vuela hacia

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posición natural.

El marcar esos estados naturales de los cuerpos fue debido a las experiencias cotidianas.

De hecho tú observas continuamente

que:

Pero también observas que los movimientos del Sol, la Luna y las estrellas son cíclicos; no tienen principio ni fin y no ves agentes que los pongan en movimiento.

2. Para que se m

ueva un objeto hace

falta que algo o alguien lo

ponga en

movimiento.

1. Los movimientos de los objetos

pesados tienen un prin

cipio y un fin.

Asimismo, los cuerpos pesados al caer lo hacen con velocidades dependientes de su peso, cayendo más rápidos aquellos que mayor peso tienen.

También existe un movimiento violento, contrario al natural del cuerpo y tiene lugar mientras actúa una fuerza sobre él, que le obliga a moverse de forma contraria a su naturaleza. En el momento que el motor externo deje de actuar, el cuerpo adquiere su lugar y movimiento natural: el reposo los objetos terrestres y el movimiento circular los celestes.

Resumiendo, desde los griegos hasta el Renacimiento se fue construyendo una teoría científica (teoría aristotélica-escolástica) que daba explicaciones tanto al movimiento de los objetos en la Tierra como al movimiento de los objetos celestes. En esta teoría, se concebía que la materia es una mezcla de cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Realmente, nadie podía ver los elementos puros; un pedazo de tierra contiene principalmente tierra, pero está mezclada con pequeñas cantidades de los otros elementos. El agua de una vasija contiene fundamentalmente agua, pero también tiene alguna sustancia terrestre.

Por otra parte, también afirmaba que todos los cuerpos tienen una tendencia a alcanzar su "estado natural" de reposo: la Tierra al fondo (en el centro del universo), luego el agua, el aire y, por fin, el fuego en la parte superior. Cualquier objeto se moverá según la tendencia del elemento más abundante que tenga. Así, una piedra se moverá de forma natural hacia abajo porque su elemento mayoritario es tierra, sin embargo, el vapor de agua se moverá hacia arriba porque su elemento mayoritario es el fuego que ha adquirido el agua al calentarse.

Además, un cuerpo tenderá a caer tanto más aprisa cuanto mayor sea su peso, ya que tiene más elemento tierra. Una vez en su lugar natural permanecerá en reposo a menos que una fuerza exterior le provoque un movimiento "forzado", no natural. Así pues, en esta teoría las fuerzas son las causas del movimiento.

Éste no está sometido a cambios como los terrestres, sino que es puro e inmutable. Su movimiento natural es apropiado a su naturaleza, no tiene principio ni fin y por eso es circular. Ésta es la razón por la que los movimientos de los astros son circulares alrededor de la Tierra, que está en su lugar natural, el centro del Universo, en reposo.

Por otra parte, estos cuatro elementos sólo existen en la Tierra. Los objetos celestes están formados por otra clase de elemento distinto: el éter.

FUEGO

AIRE

AGUA

TIERRA

LUNA

MERCURIO

VENUS

SOL

MARTE

JÚPITER

SATURNO

ESTRELLAS FIJAS

MUNDO CELESTE OSUPRALUNAR

Formado por éter

MUNDO TERRESTRE O SUBLUNAR

PRIMER MOTOR

En 1632, Galileo publicó en la ciudad de Florencia su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, el ptolemaico y el copernicano. En esta obra Galileo retoma la idea de Copérnico sobre el movimiento celeste. Supone que la Tierra no está en reposo sino que es el Sol y todos los objetos celestes son los que giran alrededor de él, incluida la Tierra.

En 1633 su obra fue incluida en la lista

de libros prohibidos y además Galileo fue

condenado por la Inquisición. En 1983

(346 años más tarde) el papa Juan Pablo

II propuso revocar esta condena.

Galileo Galilei (1564-1642) se desmarcó de sus contemporáneos tanto en la visión de los movimientos celestes como en la de los terrestres.

* Júpiter tenía cuatro “planetas”, luego fueron llamados satélites, girando a su alrededor. Esto estaba en contradicción con las creencias ptolemaicas, ya que se creía que sólo existían 7 cuerpos celestes (aparte de las estrellas) y el descubrimiento de alguno más era imposible. El que girasen alrededor de Júpiter y no de la Tierra, atentaba contra la idea de la Tierra como centro del Universo.

* La superficie de la Luna era rugosa, desigual, recorrida por cadenas de montañas y valles profundos. Esto contradecía las doctrinas tradicionales de que los cuerpos celestes eran perfectos esféricos y sin manchas.

* El Sol tenía manchas.

Las observaciones que realizó con el telescopio apoyaban su idea. Algunas eran:

Su diferencia fundamental en la concepción del movimiento de los cuerpos terrestres con sus contemporáneos fue en la caída de los cuerpos.

Los físicos contemporáneos a Galileo

pensaban que los cuerpos caen tanto más

deprisa cuanto más pesados son y esto lo

decían basándose en afirmaciones

exclusivamente cualitativas: en

observaciones de sentido común.

Galileo, sin embargo, decía “si dejamos caer desde la misma altura dos pesos de los cuales uno es mucho más pesado que el otro, veremos que la razón de los tiempos requeridos para efectuar el movimiento no depende de la razón de los pesos, sino que la diferencia de tiempo es mucho más pequeña”. Esta diferencia la consideró como un efecto secundario y decidió no tenerla en cuenta.

Con este estudio Galileo comenzó a establecer la forma de trabajar en la Ciencia Moderna que consiste en abordar el estudio de un fenómeno complejo, limitando su estudio a un aspecto y dejando de lado los demás factores que se irán incorporando posteriormente. En este caso, el estudio de la caída de los cuerpos sometidos al rozamiento con el aire lo reduce al estudio de la caída en la que deja de lado la resistencia del aire. Además, planteó la necesidad de obtener relaciones cuantitativas que pudieran ser contrastadas con experimentos. En este caso, introdujo la magnitud aceleración.

Al observar el aumento de la velocidad experimentado por los cuerpos en su caída libre, formuló la hipótesis de que este movimiento es uniformemente acelerado, o sea, que un cuerpo partiendo del reposo va adquiriendo, al caer, incrementos iguales de velocidad en iguales intervalos de tiempo.Esta hipótesis es imposible de ser comprobada directamente, ya que habría que medir la velocidad durante la caída y comprobar que crece uniformemente.

Resolvió esta dificultad buscando consecuencias de la hipótesis que pudieran ser contrastadas experimentalmente. Dedujo que la relación entre los espacios recorridos y los tiempos transcurridos es e = ½.at2 por ser uniformemente acelerado.

El espacio y el tiempo pueden medirse experimentalmente.

Pero ¿cómo medir un tiempo tan pequeño en la época de Galileo?

Él debilitó la rapidez de la caída dejando rodar esferas por un plano inclinado y midió los tiempos de caída con una clepsidra o reloj de agua.

Realizó medidas en planos con diferentes inclinaciones y demostró que todos los cuerpos, independientemente de la masa, caen con la misma rapidez. Ésta es mayor cuanto mayor es el ángulo del plano. Cuando el ángulo sea de 90º corresponde a la caída libre.

Galileo demostró que el movimiento de caída libre es uniformemente acelerado y que el valor de dicha aceleración es independiente de la masa del cuerpo que cae.

Tanto en su planteamiento heliocéntrico del movimiento de los cuerpos celestes como en el del movimiento de caída libre de los cuerpos en la Tierra no explicó por qué son así.

Fue Isaac Newton (1642-1727), físico que nació el mismo año en el

que moría Galileo, quién estableció las teorías que explican los

movimientos celestes y terrestres de la misma manera, rompiendo

las concepciones de comportamientos diferentes en “ambos

mundos”.

A partir de este momento, se aceptan dos puntos básicos en el estudio del movimiento:

1º- El movimiento es igual para

cualquier cuerpo, ya sea terrestre o

celeste. Se inventan magnitudes

para la identificación y la

diferenciación de cada uno, sin

tener en cuenta ni su forma ni su

composición.

2º- Las fuerzas son las responsables de que un movimiento sea de un tipo o de otro.

Autora: María Dolores de Lama Alcalde

Diciembre 2013