“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.
* Que hay una relación entre el movimiento del Sol y las
estaciones.
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.
Las primeras observaciones llevaron a establecer representaciones del Universo
de carácter mítico. Algunas, de forma muy esquemática:
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.
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.
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.
Las teorías heliocéntricas, aquellas que consideran al Sol como centro del
Universo, explican mucho mejor las observaciones realizadas.
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:
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...
El marcar esos estados naturales de los cuerpos fue debido a las experiencias
cotidianas.
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.
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.
Asimismo, los cuerpos pesados al caer lo hacen con velocidades dependientes
de su peso, cayendo más rápidos aquellos que mayor peso tienen.
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.
Por otra parte, estos cuatro elementos
sólo existen en la Tierra. Los objetos
celestes están formados por otra clase
de elemento distinto: el éter.
PRIMER MOTOR
ESTRELLAS FIJAS
SATURNO
JÚPITER
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.
MARTE
SOL
VENUS
MERCURIO
MUNDO
CELESTE
O
SUPRALUNAR
Formado por
éter
LUNA
FUEGO
AIRE
AGUA
TIERRA
MUNDO
TERRESTRE
O
SUBLUNAR
Galileo Galilei (1564-1642) se desmarcó de sus contemporáneos tanto en la
visión de los movimientos celestes como en la de los terrestres.
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.
Las observaciones que realizó con el telescopio apoyaban su idea. Algunas eran:
* 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.
Su diferencia fundamental en la concepción
del movimiento de los cuerpos terrestres
con sus contemporáneos fue en la caída de
los cuerpos.
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.
A partir de este momento, se aceptan dos puntos básicos en el estudio del
movimiento:
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
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