SIR ISAAC NEWTON
En esta entrada hablaremos de Sir Isaac Newton, uno de los científicos más relevantes de la historia, y de sus descubrimientos y aportaciones a la ciencia, sin las cuales, no percibiríamos el Universo de la forma en la que lo hacemos. Para ello, resolveremos una serie de cuestiones propuestas por nuestro profesor de física.
1. Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643?
Esta en la fechaincongrueniano y el gregocia de nacimiento Newton se debe a que durante esa época estaban en vigor dos calendarios diferentes: el calendario julriano. El primero es anterior al segundo, pues se implantó en el año 46 a.C, por el emperador romano Julio César. Éste se basaba en el movimiento aparente del Sol para medir el tiempo, pues así se creía que funcionaba el Sistema Solar en aquella época. Posteriormente, en 1582, el Papa Gregorio XIII introduciría una serie de reformas, entre las que se encontraba la sustitución del calendario juliano por el gregoriano. Éste fue originado en Europa, lleva usándose desde su implantación hasta nuestros días y se impuso en todos los países católicos, que tomaban como máxima autoridad eclesiástica, y por tanto política, al papa, mientras que en los ortodoxos se aguantó con el juliano mucho más tiempo. De hecho, hay ciertas iglesias ortodoxas que siguen usando dicho calendario. Volviendo a Newton, diremos que la primera de las fechas (25 de diciembre de 1642) se relaciona con el calendario juliano, mientra que la segunda (4 de enero de 1642) se corresponde al gregoriano. Y la pregunta a continuación sería, ¿Cuál de las dos fechas es más válida? Y la respuesta sería: Ambas son igual de correctas. En el libro de lectura, por ejemplo, toman la primera, y en otras fuentes encontraremos la segunda. Ambas son igual de válidas.
2. ¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?
Esto fue lo que dijo Isaac Newton citando a Bernardo de Chartres en una carta escrita a Robert Hooke el 15 de febrero de 1676.
Cuando Newton dijo esta frase se refería a que había conseguido todos esos fascinantes descubrimientos porque había empezando apoyándose y leyendo a otros científicos de gran importancia.
Se suele decir que esta frase fue dicha por Newton pero se sabe que anteriormente Bernardo de Chartres dijo algo parecido: “unos pigmeos subidos a hombros de unos gigantes verán más lejos que los gigantes mismos”.
3. Aristóteles es un filósofo clásico cuyas ideas sobre cinemática, dinámica, astronomía y cosmología predominaban en Europa desde la época de la Grecia clásica hasta la revolución copernicana. Desde una perspectiva científica, ¿cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo?
Aristóteles fue y es uno de los referentes del pensamiento humano, debido a su gran aportación a la filosofía. También fue muy importante en el ámbito científico, pues sus teorías prevalecieron durante muchos años por encima de las de otros, independientemente de cual fuera realmente acertada, como vimos en el capítulo de Galileo, y se establecieron como oficiales e irrefutables. A pesar de ello, las teorías relacionadas con el Universo propuestas por este hombre eran erróneas en su mayoría, ya que Aristóteles no trabajaba siguiendo el método científico. Éste, como ya sabemos, se inicia con el planteamiento de un problema y la posterior formulación de una hipotética solución. Una vez hemos planteado dicha hipótesis, pasamos a la parte de la experimentación, la cual determinaría si la hipótesis es o no es correcta. En caso de que no lo fuera, deberíamos plantear otra hipótesis y realizar más experimentos para ver si estamos o no en lo cierto. El caso es que Aristóteles se quedaba en la parte de la hipótesis, y no llevaba a cabo experimentos para corroborar o falsear sus teorías.
Una vez dicho esto, procederemos a estudiar cuáles eran sus teorías acerca del Universo.
Lo primero que debemos concretar es que todas ellas se rigen bajo un principio básico. Éste consistía en que el Universo está dividido en dos regiones: la región Supralunar (aquella que se encuentra más allá de la Luna. Se caracteriza por ser geométricamente perfecta, pues su movimiento es circular y por tanto, más grandioso. En esta región sólo hay éter, elemento por el que se supone que estaban formados los astros) y la región Sublunar (aquella que se encuentra por debajo de la Luna, la cual se caracteriza por ser imperfecta, debido a que el movimiento que se da es rectilíneo. En esta región conviven los cuatro elementos conocidos: el agua, el fuego, la tierra y el aire).
Una vez establecidos estos dos principios básicos, Aristóteles afirmaba que la Tierra se mantenía inmóvil en el centro del Universo, que existe una órbita circular final que contiene a todas las estrellas y que cada esfera o cuerpo celeste mueve al anterior, y el movimiento de la última esfera se mueve gracias a algo llamado El Primer Motor.
4. En el capítulo se menciona a varios científicos muy importantes en el desarrollo de la Física. Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.
5. ¿Qué ventaja supuso el telescopio de Newton frente al de Galileo? ¿Qué es la reflexión? ¿Y la refracción?
La ventaja principal y de mayor relevancia del telescopio de Newton con respecto al de Galileo es que el primero utilizó espejos en su fabricación, mientras que el segundo optó por el uso de lentes. De esta manera, Newton evitó el problema de la aberración cromática, que se define como la imposibilidad de una lente de concentrar todos los colores en un mismo punto de convergencia, y Galileo no, por lo que la calidad del telescopio de Newton era mayor. Otro factor a tener en cuenta es que el telescopio de Galileo tenía una lente objetivo convexa y una ocular cóncava. Por el contrario, Newton colocó un espejo esférico situada en la parte baja del tubo y recogió los rayos en un espejo secundario, el cual reflejaba la luz a una lente convexa situada en un tubo exterior que hacía de ocular.
Por otro lado, el telescopio de Galileo posee un visor, el cual está situado en un pequeño tubo que puede ajustarse para enfocar. Éste tenía una ampliación de unos quince o veinte aumentos, mientras que el de Newton doblaba esta cantidad y además era más pequeño, pues medía alrededor de quince centímetros mientras que el de Galileo medía metro y medio. Siendo justos, deberíamos destacar también que el telescopio de Newton es más frágil y su manutención de mayor coste, pues había que cambiar los espejos cada cierto tiempo, mientras que en el de Galileo las lentes aguantaban más.
La reflexión de la luz se define como el cambio de dirección de los rayos solares cuando inciden sobre un cuerpo opaco. Es por ello por lo que podemos apreciar los objetos, pues un cuerpo, mientras no sea un foco luminoso, no se ve hasta que no incide luz en él.
El segundo fenómeno que nos encontramos es la refracción, que se define como el cambio de dirección que experimenta una onda luminosa al pasar de un material a otro, siempre que ambos tengan índices de refracción distintos. Este fenómenos sólo se da si los rayos luminosos inciden oblicuamente, y se origina con el cambio de velocidad de propagación que sufre la onda.
6. Realiza el experimento de descomposición (dispersión) de la luz mediante un prisma óptico y descríbelo incluyendo tu propia imagen.
Para descomponer la luz blanca lo que realizamos fue llenar un recipiente transparente de agua y colocar en el fondo de este un espejo, de esta manera enfocamos al espejo con la luz blanca y vimos que en el reflejo salía la descomposición de la luz, a continuación pueden ver una foto y un vídeo del proceso seguido:
El arco iris se define como un fenómeno meteorológico formado por la aparición del espectro de frecuencias de luz en el cielo. Para que seamos capaces de ver el arco iris debe haber una combinación meteorológica entre sol y lluvia.
Este curioso fenómeno fue explicado por primera vez por René Descartes, en 1637. Para ello se basó fundamentalmente en los fenómenos de reflexión y refracción de la luz. La explicación es la siguiente:
En el preciso instante en el que un rayo de luz solar entra en contacto con una gota de agua, éste se descompone en distintos colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul añil y violeta. Una vez dicho rayo entra en la gota, intenta salir, pero hay una parte de éste que no puede y se ve reflejada hacia atrás, con un ángulo de 138º, debido a la curvatura de la pared de la gota de agua. Es precisamente gracias a este ángulo por lo que existe el arco iris. Otro dato a tener en cuenta es que no hay dos arco iris iguales. Con esto me refiero a que si cambiamos nuestra posición inicial con respecto a la del arco iris, veremos otro diferente al primero. Por ello, cuando dos personas dicen que están viendo el arco iris, están viendo dos distintos.
En ocasiones nos encontramos arco iris dobles, o incluso triples, ya que la luz sufre una mayor reflexión en el interior de las gotas. Por otro lado, los arco iris secundarios son más tenues y tienen una mayor amplitud que los primarios, pues su reflexión hacia atrás es de 130º.
8. Infórmate acerca del concepto de momento lineal. Trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.
El momento lineal es el producto de su masa por su velocidad instantánea. Se representa con la letra “P” y su ecuación es P= m · v.
Leyes de newton en función del momento lineal
Primera ley de Newton o ley de la inercia: Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que esté obligado a cambiar ese estado por efecto de fuerzas que se apliquen a él.
En función del momento lineal: Nos quiere decir que un cuerpo no modificará su movimiento lineal a no ser que haya una fuerza que lo obligue a cambiar.
m · vt=m · v0
Segunda ley de Newton. Relación entre fuerzas y aceleraciones: Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, y que no esté equilibrada, produce una aceleración que es proporcional a dicha fuerza. La constante de proporcionalidad es la masa inerte del cuerpo.
Según al momento lineal,: Dice que si se aplica una fuerza al movimiento lineal cambiará pero si no lo hacemos el movimiento lineal será cero, pero cuanto mayor sea la masa mayor será la fuerza que hay que aplicar es decir, a mayor masa menor aceleración.
m · vtm · v0
Tercera ley de Newton. acción y reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, éste ejerce otra fuerza (reacción) igual y de sentido contrario sobre el primero. Ambas fuerzas son simultáneas y se aplican sobre cuerpos diferentes.
En función del momento lineal dice que se ejercerán fuerzas opuestas en los movimientos lineales.
F1 2= -F2 1 (vectores)
-(m · vt)=(m · v0)
9 .Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal.
La Ley de Gravitación Universal, creada por Newton en 1684 cuando aplicó los principios de la dinámica al movimiento de los planetas, dice que dos cuerpos cualesquiera se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de su masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia comprendido entre ambos cuerpos.Vale pero,¿De dónde surge esta ley? A continuación una explicación detallada de su origen:
Esta ley supone que las órbitas de los planetas alrededor del Sol son circulares, lo cual significa que los planetas se mueven de manera uniforme. La fuerza ejercida por el Sol (de masa M) sobre cualquier planeta (de masa m) es directamente proporcional a su masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
10. En la página 112 del libro "De Arquímedes a Einstein" se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. Después de ver el vídeo anterior, ¿estás de acuerdo con esa explicación? ¿Es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital? Experimenta con el cañón de Newton para resolver esta cuestión.
En el vídeo la explicación que dan a este fenómeno es que “la luna también se mueve lateralmente, así que a poco que caiga también se aleja en esa dirección. Gracias a la suma de todas estas fuerzas obtenemos una órbita alrededor de la Tierra”
En el libro dicen que la luna no cae sobre la Tierra porque a la fuerza centrípeta que atrae a la luna sobre la Tierra se le opone una centrífuga que aleja la luna hacia fuera y que al igualarse las dos, la luna se mantiene en órbita.
Si pensamos en la tercera ley de Newton:
Según la tercera ley de Newton deducimos que la fuerza que ejerce la luna sobre la Tierra es igual a la que ejerce la Tierra sobre la luna (gravedad de la tierra) pero en sentido opuesto. Con lo cual diríamos que la luna se mantiene en órbita porque la fuerza que ejerce esta sobre la tierra contrarresta a la gravedad. Es decir la fuerza de reacción a la centrípeta no es la centrífuga que ejerce la Tierra si no la que ejerce la luna sobre la tierra, gracias a esta fuerza se mantiene la órbita, se dan las mareas y corrientes… No tiene más efectos debido a que la masa de la Tierra es mucho mayor que la de la luna. Con lo cual la explicación del libro no es compatible con la tercera ley de Newton pero la del vídeo sí.
La velocidad orbital es la velocidad que tiene un planeta o satélite durante el recorrido que realiza al hacer su órbita alrededor de otro cuerpo.
Si la órbita que recorre es circular la velocidad será constante durante todo el recorrido y estará determinada por esta fórmula:
Como ya sabemos la órbita de la Tierra no es circular, es por esto por lo que los cuerpos que tienen una órbit alrededor de ella cambiarán su velocidad a lo largo del recorrido, a continuación podemos ver como un objeto con la misma velocidad inicial ha cambiado su velocidad:
