Relata cómo el científico británico se inspiró para formular sus teorías físicas
El manuscrito que relató originalmente la historia de cómo el científico británico Isaac Newton inspiró sus teorías físicas a partir de la caída de una manzana ha salido a la luz por primera vez de los archivos de la Royal Society de Londres. Los detalles del “eureka” de Newton (1643-1727) cuando dio con la clave para formular su famosa teoría de la gravedad forman parte de una biografía del científico, escrita por William Stukeley en 1752.
Hasta ahora había permanecido escondida en los fondos de la Royal Society, que celebra en 2010 su 350 aniversario y que quiere hacer coincidir la efemérides con la publicación del manuscrito a través de una página web.
Martin Rees, presidente de esta organización científica -que en su día también presidió Newton-, explicó que “la biografía de Stukeley es un instrumento precioso para los historiadores de ciencia” y aseguró que acceder por internet al documento “permite a cualquier persona verlo como si lo tuviera en sus manos”.
Según explico Rees, el biógrafo Stukeley era amigo de Newton y fue testigo de sus las reflexiones en torno a la teoría de la gravedad cuando ambos estaban sentados bajo la sombra de los manzanos que el científico tenía en el jardín de su casa.
En un extracto de su libro “La vida de sir Isaac Newton”, Stukeley escribió: “me dijo que había estado en esta misma situación cuando la noción de la gravedad le asaltó la mente. Fue algo ocasionado por la caída de una manzana mientras estaba sentado en actitud contemplativa. ¿Por qué esa manzana siempre desciende perpendicularmente hasta el suelo?, se pregunto a si mismo”.
Newton fue el primer científico que demostró que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. Es calificado como el científico más grande de todos los tiempos, y se habla de su obra como la culminación de la revolución científica que se produjo en el siglo XVIII.
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue establecida por el matemático y físico inglés Isaac Newton en el s. XVII, quien, además, desarrolló para su formulación el llamado cálculo de fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral).
Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642, en Woolsthorpe, Lincolnshire. Cuando tenía tres años, su madre viuda se volvió a casar y lo dejó al cuidado de su abuela. Al enviudar por segunda vez, decidió enviarlo a una escuela primaria en Grantham. En el verano de 1661 ingresó en el Trinity College de la Universidad de Cambridge, donde recibió su título de profesor.
Durante esa época se dedicó al estudio e investigación de los últimos avances en matemáticas y a la filosofía natural. Casi inmediatamente realizó descubrimientos fundamentales que le fueron de gran utilidad en su carrera científica. También resolvió cuestiones relativas a la luz y la óptica, formuló las leyes del movimiento y dedujo a partir de ellas la ley de la gravitación universal.
La ley formulada por Newton y que recibe el nombre de ley de la gravitación universal, afirma que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (ley de la inversa del cuadrado de la distancia). La ley incluye una constante de proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación universal y cuyo valor, determinado mediante experimentos muy precisos, es de:
6,670. 10-11 Nm²/kg².
Para determinar la intensidad del campo gravitatorio asociado a un cuerpo con un radio y una masa determinados, se establece la aceleración con la que cae un cuerpo de prueba (de radio y masa unidad) en el seno de dicho campo. Mediante la aplicación de la segunda ley de Newton tomando los valores de la fuerza de la gravedad y una masa conocida, se puede obtener la aceleración de la gravedad.
Dicha aceleración tiene valores diferentes dependiendo del cuerpo sobre el que se mida; así, para la Tierra se considera un valor de 9,8 m/s² (que equivalen a 9,8 N/kg), mientras que el valor que se obtiene para la superficie de la Luna es de tan sólo 1,6 m/s², es decir, unas seis veces menor que el correspondiente a nuestro planeta, y en uno de los planetas gigantes del sistema solar, Júpiter, este valor sería de unos 24,9 m/s².
En un sistema aislado formado por dos cuerpos, uno de los cuales gira alrededor del otro, teniendo el primero una masa mucho menor que el segundo y describiendo una órbita estable y circular en torno al cuerpo que ocupa el centro, la fuerza centrífuga tiene un valor igual al de la centrípeta debido a la existencia de la gravitación universal.
A partir de consideraciones como ésta es posible deducir una de las leyes de Kepler (la tercera), que relaciona el radio de la órbita que describe un cuerpo alrededor de otro central, con el tiempo que tarda en barrer el área que dicha órbita encierra, y que afirma que el tiempo es proporcional a 3/2 del radio. Este resultado es de aplicación universal y se cumple asimismo para las órbitas elípticas, de las cuales la órbita circular es un caso particular en el que los semiejes mayor y menor son iguales.
The Standard Model of Particle Physics
El modelo estándar de la física de partículas es una teoría que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia. Es una teoría cuántica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecánica cuántica y la relatividad especial. Hasta la fecha, casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo, el modelo estándar no alcanza a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad, la cuarta interacción fundamental conocida, y debido también al número elevado de parámetros numéricos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoría (en vez de derivarse a partir de primeros principios).
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Las fuerzas fundamentales de la naturaleza El Universo mecanico
Todos los fenómenos físicos de la Naturaleza se explican mediante cuatro fuerzas de interacción: dos fuerzas nucleares-fuerte y débil- que actúan a nivel del núcleo atómico. La fuerza de gravitación fundamental está presente en todo el Universo. Como también lo está la cuarta fuerza fundamental, la electromagnética, que une los átomos de toda materia. Objetivos pedagógicos: Identificar qué fuerzas fundamentales son responsables de una resultante. Describir el experimento de Cavendish para determinar la constante gravitacional universal G. Comparar y contrastar las fuerzas electromagnéticas y las gravitacionales. Conocer que todas las fuerzas de contacto proceden de fuerzas electromagnéticas que actúan de diferentes y complejos modos. Aplicar las “Leyes de Newton” para resolver problemas de planos inclinados y poleas. Reconocer que la fuerza de rozamiento estático, máxima, y la fuerza de rozamiento cinético son proporcionales a las componentes normales de las fuerzas, a la superficie en cuestión. Aplicar las “Leyes de Newton” a problemas de movimiento circular
La Manzana Y La Luna El Universo Mecanico
Los primeros pasos consolidados hacia el espacio exterior. Al buscar una aplicación a las leyes de Kepler, Newton descubrió que la gravedad describe la fuerza entre dos partículas cualesquiera del universo. Desde un huerto inglés a Cabo Cañaveral y aún más allá, la “Ley de la gravitación universal” enunciada por Newton revela porqué una manzana cae al suelo pero la Luna no. Objetivos pedagógicos: Reconocer que entre dos objetos existe una fuerza gravitacional que es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa. Entender la dependencia funcional de la fuerza gravitacional con la masa y la distancia. Usar algunas fórmulas para resolver problemas. Reconocer que, para velocidades suficientemente pequeñas, el tiempo que tarda un proyectil en caer a la Tierra es independiente de su velocidad horizontal, pero para altas velocidades horizontales, hay que tener en cuenta el efecto de curvatura terrestre. Describir el movimiento orbital en términos de la “Ley de la inercia” y de la “Ley de la gravitación universal
El problema de Kepler El Universo mecanico
La combinación de la “Ley de la Gravedad de Newton” y de “F=ma”. La tarea de deducir las tres “Leyes de Kepler” a partir de la “Ley de la gravitación universal de Newton”, se conoce como el “Problema de Kepler”. Su solución es uno de los grandes logros del pensamiento occidental. Objetivos pedagógicos: describir el valor de la velocidad en coordenadas polares; enunciar la fórmula del momento angular en coordenadas polares; verbalizar el “problema de Kepler”; interpretar de qué manera las “leyes de Newton” dan una solución al “problema de Kepler”.