En el artículo previo enfatizamos que el método de razonamiento, basado en la intuición, para el desarrollo de la ciencia, resultó erróneo. En este orden de ideas se puede decir que, intuitivamente, a mayor fuerza corresponde mayor velocidad: luego, la velocidad de un cuerpo nos indicará si sobre él actúa o no una fuerza. De acuerdo con el planteamiento de Galileo, si un cuerpo no es empujado o arrastrado, en otras palabras, si sobre él no actúa ninguna fuerza exterior, se mueve uniformemente, es decir, con velocidad constante, y en línea recta. Así pues, la velocidad de un cuerpo no infiere que sobre él actúen o no fuerzas exteriores.
La conclusión de Galileo (que es la correcta), la formuló en 1866, Isaac Newton, con el nombre de principio de inercia (Primera ley de Newton), que dice: “Un cuerpo en reposo o en movimiento, se mantendrá en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme, a menos que sobre él actúen fuerzas exteriores que lo obliguen a modificar dicho estado”.
Es importante resaltar que: la ley de la inercia no puede inferirse directamente de la experiencia (no es posible observarla directamente en la naturaleza), sino a través de una suposición del pensamiento –abstracción– que sea acorde con lo observado. Koyre lo plantea así: “El principio de inercia no surgió ya elaborado del pensamiento de Descartes o de Galileo como Atenea de la cabeza de Zeus”, fue producto de un largo esfuerzo del pensamiento.
El experimento ideal no podrá jamás realizarse, a pesar de que nos conduce a un entendimiento profundo de las experiencias reales. De todos los movimientos de la naturaleza, se eligió el más simple de ellos –el movimiento uniforme– ya que en él no actúan fuerzas externas. Sin embargo, las condiciones que determinan el movimiento uniforme no pueden obtenerse: una piedra que arrojemos, un carrito que empujemos a lo largo de una calle, no se moverán uniformemente porque no es posible eliminar todas las influencias exteriores.
En los anales de la historia encontramos que, en el intento de entender las leyes de la naturaleza, las explicaciones intuitivas más evidentes resultaron equivocadas. La fascinante contribución de Galileo consistió en haber destruido el punto de vista intuitivo, que remplazó por un método basado en el razonamiento científico. En esto radica la importancia del descubrimiento de Galileo.
¿Qué cosa en el movimiento de un cuerpo indicará la acción de fuerzas externas si la velocidad no lo revela? La respuesta a esta pregunta la encontró Galileo. Pero se debe a Newton una formulación precisa. La respuesta la encontraremos al profundizar un poco más en el análisis del carrito en movimiento sobre una superficie perfectamente lisa. En nuestro experimento ideal, la uniformidad del movimiento se debía a la ausencia de toda fuerza externa. Imaginemos que nuestro móvil recibe un impulso en el sentido de su desplazamiento, ¿qué sucederá entonces? Resulta obvio que su velocidad aumentará.
En cambio, un empuje en sentido opuesto haría disminuir la velocidad. En el primer caso el carrito aceleró, y en el segundo disminuyó su velocidad (desaceleró); podemos concluir que: la acción de una fuerza externa se traduce en un cambio de velocidad. Luego, no es la velocidad misma, sino su variación, lo que resulta como consecuencia de la acción de empujar o arrastrar.
Galileo lo vio claramente y escribió: “Toda velocidad, una vez imprimida a un cuerpo, se conservará sin alteración mientras no exista causa externa de aceleración o frenado, condición que se cumple solamente sobre los planos horizontales, pues el movimiento de un cuerpo que cae por una pendiente se acelera, mientras que el movimiento hacia arriba se frena; de esto se infiere que el movimiento sobre un plano horizontal es perpetuo; pues si la velocidad es uniforme, no puede disminuir o mermarse, y menos aún destruirse”.
Hemos logrado un entendimiento más profundo del problema del movimiento: La relación entre la fuerza y el cambio de velocidad (y no como pensaríamos de acuerdo con nuestra intuición, la relación entre la fuerza y la velocidad misma), esto constituye la base de la mecánica clásica, tal como fue formulada por Isaac Newton. La fuerza y el cambio de velocidad (aceleración) juegan un papel importante en la mecánica clásica, estos dos conceptos en el desarrollo posterior de la ciencia se ampliaron y generalizaron.
¿Qué es una fuerza? Tenemos un “conocimiento” intuitivo del término, que tiene su origen en el esfuerzo, sensación muscular que se manifiesta al empujar, arrastrar o arrojar. Pero su generalización va más allá de estos sencillos ejemplos. Hablamos de la fuerza de atracción entre la Tierra y el Sol, entre la Tierra y la Luna. Se habla de la fuerza con que la Tierra nos obliga (como a todos los objetos que nos rodean), a permanecer dentro de su esfera de influencia, y de la fuerza con que el viento produce las olas del mar o mueve las ramas de los árboles.
Donde quiera que observemos un cambio de velocidad, debemos hacer responsable de ello a una fuerza externa. Al respecto Newton escribió en sus Principio: “Una fuerza exterior es una acción que se ejerce sobre un cuerpo, con el objeto de modificar su estado, ya sea de reposo, ya sea de movimiento rectilíneo, y uniforme. La fuerza consiste únicamente en su acción y no permanece en el cuerpo cuando deja de actuar aquella, pues un cuerpo se mantiene en cualquier nuevo estado que adquiera, gracias a su <vis inertiae> únicamente. Las fuerzas pueden ser de origen muy distinto, tales como percusión, presión o fuerza centrífuga”.
Sé parte de la Unidad Académica de Ciencia y Tecnología de la Luz y la Materia (LUMAT). Informes: http://lumat.uaz.edu.mx/; https://www.facebook.com/LUMAT.UAZ; https://twitter.com/LumatUaz.
*Docente Investigador de la Unidad Académica
de Ciencia y Tecnología de la Luz y la Materia. LUMAT.
*Docente Investigadora de la Unidad Académica Preparatoria.
