Los descubrimientos de Kepler y Galileo: Newton “a hombros de gigantes”

Los descubrimientos de Kepler y Galileo:

Newton “a hombros de gigantes”

Isaac Newton , cuyos importantes descubrimientos fueron el fundamento principal de la física actual, dijo que si había podido ver más que otros hombres en su estudio de las leyes de la naturaleza, es porque se había apoyado en hombros de gigantes, aludiendo a los estudiosos que descubrieron las claves que condujeron a la gran síntesis que él realizó.

En la entrada anterior hemos hablado de “las leyes de Kepler del movimiento planetario”, descubrimientos que fueron fundamentales para Newton.

En esta consideraremos los descubrimientos de Galileo, y en la próxima veremos como Newton unificó los de ambos, mostrando que eran consecuencia de las mismas leyes.

Antecedentes

El filósofo griego Parménides había enseñado que las cosas verdaderamente “reales” deberían ser inmutables, de modo que solo hay apariencia de cambio. Probablemente para explicar y reconciliar la permanencia y el cambio,  Leucipo  y su discípulo Demócrito, propusieron y enseñaron que todo está compuesto por átomos indivisibles e inmutables. Si cambia la ordenación de los átomos cambia la apariencia exterior, pero la “realidad” subyacente es inmutable.

Aristóteles por su parte, propuso que todo lo constituyen cuatro elementos (aire, agua, tierra y fuego). En contraste con las cosas terrenales los cielos eran inmutables y eternos, y estaban compuestos por un quinto elemento o “quintaesencia” llamada éter.

Los estudios de Galileo sobre el movimiento

Pero cuando Galileo enfocó el telescopio (recientemente inventado) al cielo, descubrió muchas cosas interesantes:

 Descubrió que en la Luna había montañas, cráteres y valles como en la Tierra.

Descubrió también que había varios satélites girando en torno a Júpiter, lo que demostraba que no todo gira en torno a la Tierra, como suponía el sistema geocéntrico.

También observó que Venus presentaba fases como la Luna, lo que se podía explicar suponiendo que Venus giraba en torno al Sol en una órbita más interna que la de la Tierra (ver figura). Éstas fases son solo compatibles con el hecho de que Venus girase alrededor del Sol.

Cuando enfocó el telescopio a la Vía Láctea vio que lo que parecía gas, era en realidad un conglomerado inmenso de estrellas. Todo parecía indicar que, como sostenía el sistema heliocéntrico, la Tierra era un planeta más en el Sistema Solar.

Pero una Tierra en movimiento tenía sus implicaciones: ¿por qué no sentimos el movimiento de la Tierra?. Hoy día esto es más fácil de aceptar que en la época de Galileo. Por ejemplo, si viajamos en avión, a veces nos parece que está casi parado. Solo sentimos el movimiento en ascensos, descensos, tal vez en virajes, o si hay turbulencias. Pero en la época de Galileo, cuando una de las formas más corriente de viajar era en carruajes tirados por caballos a través de caminos pedregosos, el movimiento sin duda se sentía. No obstante, sin dejarse llevar por las apariencias, Galileo estudió cuidadosamente el asunto.

El “movimiento y el reposo” en la antigüedad

¿Qué hace distinguir el movimiento del reposo?. Según Aristóteles, se sabía que los cuerpos tenían una tendencia natural a permanecer en reposo, pues se requiere fuerza para moverlos. Esta tendencia a permanecer inertes fue llamada inercia. Los elementos tenían gravedad y levedad. La tierra y el agua caían, el aire y el fuego ascendían. Según Aristóteles un cuerpo caería con mayor o menor rapidez según su composición, o sea la cantidad de elementos graves o leves que lo constituyesen. Parecía lógico, pero Galileo hizo experimentos para comprobar si era así. Una forma de hacerlo, era dejar caer diferentes objetos y cronometrar cuánto tardan en llegar al suelo. Pero en la época de Galileo no era tan fácil medir el tiempo, puesto que no existían los relojes y cronómetros de hoy. De modo que Galileo “diluyó” la fuerza de gravedad, dejando rodar objetos por planos inclinados. Comprobó que, a diferencia de lo que se creía, todos los cuerpos caen a la Tierra con la misma aceleración.

El valor de la aceleración que la Tierra imprime a los cuerpos es siempre 9,8 metros por segundo al cuadrado (el cuerpo se acelera o incrementa su velocidad en 9,8 metros por segundo en cada segundo). A veces una hoja de papel tarda más en caer, que un papel arrugado en forma de bolita, pero esto se debe solo a la resistencia del aire. Si arrugamos los dos comprobaremos que tardan el mismo tiempo en llegar.

Conclusiones de Galileo

    Ese descubrimiento era una clave importante, y estaba basado en un experimento real. Pero Galileo hizo también “experimentos mentales”, imaginando situaciones ideales. Por ejemplo pensó: ¿qué experimentaría alguien que estuviese dentro del camarote de un barco sin ventanas? si el movimiento del barco fuese muy suave, completamente uniforme, rectilíneo, el ocupante no podría distinguir el movimiento del reposo; no sabría si el barco está quieto o se mueve. Son solo los cambios de velocidad o dirección los que sentimos, por tanto dedujo que el movimiento rectilíneo uniforme es indistinguible del reposo (ver dibujo).

Veremos en la próxima entrada la relación que descubrió Newton entre los hallazgos de Kepler y de Galileo,  y la sorprendente unificación a la que condujo esto.

Si quieres saber más…

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