Aportes de Isaac Newton

Isaac Newton nació el día 4 de Enero de 1643, en el pueblo de Woolthorpe, curiosamente el mismo día en el que murió Galileo. Newton fue un niño prematuro, además fue de temperamento neurótico. Cuando tenía 3 años, su madre se casó por segunda vez y Newton quedó al cuidado de su abuela. Ya de pequeño mostraba interés por los juguetes mecánicos.

Al no poder ocuparse de la hacienda de la granja donde vivía, Newton ingresó en Cambridge donde estudió física y matemáticas, aunque no fue un alumno muy destacado. Durante su estancia en Cambridge, llegó la peste y se retiró a su granja; Fue en esta época de descanso forzoso donde sentó las bases de sus principales aportaciones científicas concibiendo, entre otros, la gravitación universal; Redactó el esbozo del futuro cálculo de fluxiones, acometió el estudio experimental de la descomposición de la luz blanca mediante un prisma... Ha de destacarse que Newton siempre fue un hombre discreto y retraído, y siempre guardó para sí sus monumentales y geniales descubrimientos.

De regreso a Cambridge fue elegido miembro del Trinity College, y su talento era tan grande que su profesor dimitió a favor de él, así que Newton se estableció en Cambridge durante los 27 años siguientes. Después de presentar su tratado de Óptica, Newton redactó las primeras exposiciones sistemáticas de su cálculo infinitesimal y usó su conocida fórmula para el desarrollo de una potencia de un binomio de potencia cualquiera. Más tarde Newton publicó la que es sin duda, la obra científica más influyente de su época, los Principia, que contiene entre otros, las tres famosas leyes newtonianas.

Después de haber sido profesor durante cerca de 30 años, Newton abandonó su puesto para aceptar la responsabilidad de Director de la Casa de la Moneda. En esos años, dejó un poco apartadas las investigaciones científicas y se dedicó a los estudios religiosos. Además fue elegido presidente de la Royal Society y recibió el título de Sir por la reina Ana.

Finalmente, después de una larga y agónica enfermedad, Newton murió la noche del 20 de marzo de 1727, y fue enterrado en la abadía de Westminster en medio de los grandes hombres de Inglaterra.

Los “PRINCIPIA”

Manteniendo correspondencia con el científico Robert Hooke, éste propuso a Newton que si se suelta una partícula, ésta describirá una espiral hasta el centro de la Tierra; Newton mantenía la idea de que el camino seguido no sería una espiral, sino que sería una elipse. Newton, que siempre quería tener la razón empezó a estudiar a fondo las órbitas y los fenómenos de atracción entre el Sol y los planetas, pero como siempre, no publicó sus hallazgos. 

MECÁNICA

En el prefacio de los “Principia” de Newton, encontramos la interpretación mecanicista de los fenómenos físicos. Newton da forma matemática y completa a la teoría del movimiento que había ido perfilando. La teoría del movimiento describe una interpretación de la materia, tanto terrestre como celeste, del universo en movimiento.

3.1 LAS TRES LEYES DE NEWTON

1º LEY

La primera ley responde a la pregunta: ¿cómo se comporta un cuerpo cuando no le ejercemos ninguna fuerza?

Si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre un objeto es cero, el objeto permanecerá en reposo o seguirá moviéndose a velocidad constante. El que la fuerza ejercida sobre un objeto sea cero no significa necesariamente que su velocidad sea cero porque, por ejemplo, una vez que un objeto está en movimiento y no está sometido a ninguna fuerza, no se detendrá, acelerará o girará a no ser por la actuación de otra fuerza y se mantendrá a velocidad constante.

2º LEYLa segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto

F = ma

3º LEY

La tercera ley responde a la pregunta: ¿cómo se comportan dos cuerpos cuando uno de ellos ejerce una fuerza sobre el otro?

El enunciado dice: Para cualquier acción hay siempre una reacción opuesta e igual. Las acciones recíprocas de dos cuerpos entre ellos son siempre iguales y dirigidas hacia sentidos contrarios.

En el ejemplo observamos que en el choque de las bolas, cada una transmite a la otra la fuerza recibida en la colisión.

De la tercera ley puede derivarse el principio de que la suma total de movimiento en el universo es un número finito y constante. En el segundo ejemplo, de acción a distancia, dos cuerpos se aplican recíprocamente la misma fuerza, la cual cosa quiere decir que cuando una piedra cae, atrae a la Tierra hacia arriba de la misma manera que la Tierra atrae a la piedra hacia abajo. (La diferencia de masas no permite que la reacción sea observable, pero sí que lo son los efectos de atracción de la Tierra sobre la luna: ej. las mareas).

4º La Ley de la Gravitación Universal

Siempre que oímos el nombre de Newton, pensamos con la famosa historia en la que formuló la ley de la gravitación a partir de ver caer una manzana de un árbol. Vamos a ver qué paso realmente.

Peso y Masa

En la fórmula de la gravitación, podemos observar que las masas de los cuerpos son cruciales para obtener el resultado final. Popularmente se atribuyen los mismos significados a los términos masa y peso, pero en realidad son términos un poco distintos. La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, pero el peso es la cantidad de fuerza gravitacional ejercida sobre el éste dentro del campo gravitacional; masa y peso son proporcionales, con la fuerza de la gravedad como constante de proporcionalidad. Además, la masa siempre es constante en un cuerpo, mientras que el peso depende de la posición del objeto. Mediante el dibujo vamos a ver cómo se calcula el peso:

MATEMÁTICAS

Newton obtuvo en matemáticas sus mayores logros. Realizó contribuciones en todas las ramas de las matemáticas, pero sobretodo es famoso por las resoluciones de problemas de geometría analítica de dibujar tangentes a curvas (derivación) y de definir áreas limitadas por curvas (integración).

ÓPTICA

En su época de estudiante Newton ya se empezó a interesar por este tema. Leyó un trabajo sobre óptica y luz por los físicos Robert Boyle y Robert Hooke. En las investigaciones de Newton cabe destacar la refracción de la luz sobre un prisma y la descomposición de la luz.

Reflexión y Refracción

La primera cosa que había de experimentarse sobre óptica eran las diversas formas de la trayectoria de la luz. Cualquier objeto situado delante de una fuente de luz puede hacer dos cosas: Dejarla pasar o no dejarla pasar. Así que se quiso saber por qué los cuerpos opacos (ej. un espejo) no dejan pasar la luz.

Entre los dos rayos (el que se dirige al cuerpo y el que rebota en éste) podemos trazar una línea perpendicular al plano desde los vértices de los dos rayos. Con este experimento se observa que el rayo de incidencia es igual al rayo de reflexión.

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