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viernes, 29 de enero de 2016

Entrada nº 33 Tema 6-3 Newton 2ª parte

TEMA 6-Apdº 3 – NEWTON 2ª PARTE – INERCIA - ACCIÓN/REACCIÓN-                   
                                                       FUERZAS  

Entrada nº 33 del blog: ensayocosmologico.blogspot.com

En el tema anterior, llegamos a definir de forma simple, el concepto de “peso” y ciertas maneras de poder medirlo. De momento, podemos aceptar esta explicación como suficiente para continuar con nuestro estudio. También tratamos sobre el concepto “masa”, sin llegar a una explicación convincente. Seguimos pues sin saber con claridad qué es. Pero vimos que está vinculada directamente con el peso (Doble volumen de hierro, pesa doble), por eso le dábamos una unidad de medida igual a la del peso, es decir: 1Kg de masa. El Kg.de peso es una unidad aleatoria, universalmente aceptada y definida como:

1Kg peso, también llamado “kilopondio” es el peso de 1 litro de agua destilada a 20º C (Celsius) de temperatura.
Dicho Kg de peso equivale a 1Kg de la masa de ese peso.                                                  

Atención: Hacíamos la anotación de que ese Kg debía de referirse a peso o a masa. Veremos luego el por qué de esta importante distinción.
                           
También introdujimos el concepto “fuerza”, equiparándola a “esfuerzo” pero sin establecer ningún otro concepto que nos aclarase exactamente “qué es en realidad” y “cómo se mide”

Veamos ahora, qué fenómenos un tanto sorprendentes, ocurren cuando manejamos objetos que, naturalmente, tienen un peso.

Supongamos un peso colgando de una cuerda del techo. La cuerda impide que el peso caiga.            La ley natural es, que todo cuerpo que se deja libre desde una altura determinada, irremediablemente, cae a tierra, con un movimiento acelerado. Este fenómeno y su medida ya quedó explicado en el tema Galileo-2ª parte –Tema 5-2. (Ley de la caída libre de los cuerpos). Pues bien, esto es lo que sucederá si la cuerda se rompe. Pero si ello no ocurre, el peso no caerá. Ni se moverá. Según lo dicho:                                                                                   

Podemos hacernos una pregunta que parece obvia a priori, pero que no lo es.                

Para que no caiga, es necesario que surja una fuerza de dirección contraria al peso y de su misma magnitud. No puede ser de otra manera. El peso tira de la cuerda y ésta tira del techo. Es pues el techo el que sufre el tirón y a su vez, ejerce esta fuerza opuesta que impide la caída. A esta fuerza la llamamos de “reacción”. Al peso le llamamos “acción”. Así pues, en magnitud:                                 

La Acción = a la Reacción

De ello podemos colegir, que un peso, equivale a una fuerza, lo cual nos hace sospechar que peso y fuerza son equivalentes, con la diferencia de que el peso siempre se ejerce vertical y hacia la tierra

Supongamos ahora que el peso anterior está en reposo en el suelo. En este caso, es el suelo el que reacciona con una fuerza hacia arriba, igual al peso, para que este se mantenga en reposo. De ambos sucesos surge una interesante pregunta:                                                                                       

¿De dónde salen estas fuerzas de reacción que mantienen al cuerpo en reposo, si no hay nadie que las provoque?                                                                                     
La respuesta puede ser muy simple. “Parecen salir de la nada” (*)(¿)

(*) Con el posterior desarrollo de la física del átomo, se sabría que esta fuerza aparentemente ficticia, era la reacción elástica, del suelo o techo. Los átomos de éstos están en equilibrio electromagnético y se resisten a ser movidos de su posición. Reaccionan pues como un muelle.

De ello podemos sacar las siguientes conclusiones:

a) Las “fuerzas de reacción” son unas fuerzas fantasmales, que aparecen y desaparecen según las acciones, reales, ejercidas sobre el cuerpo en cuestión. Por esta razón se les llama “ficticias” para distinguirlas del peso del cuerpo, que es real.

b) Su unidad de medida será la misma que la del peso; Es decir el Kg.

c) Su valor en Kg será el mismo que el peso, pero de sentido contrario.                                                  Si el peso del cuerpo es “Q” Kg, la fuerza oponente será = “F”, siendo:        

 “Q=-F”, luego: Q+F=0

d) Peso y fuerza son pues términos equivalentes. Luego la fuerza, la podemos medir en las mismas unidades que el peso. Aplicada sobre un cuerpo cualquiera, en una dirección determinada, la podremos medir, por ejemplo, con el ya mencionado “dinamómetro” al igual que hacíamos con el peso.

f) Las fuerzas (O su resultante si son varias) que actúan en un cuerpo parado (En reposo) “suman 0”, ya que son iguales y contrarias.

Veamos todo esto en la Fig. 6-22


De todo lo expuesto en este capítulo surge la:

2ª ley de Newton, que dice:

A toda fuerza (Acción) ejercida sobre un cuerpo en reposo, se le opone otra de igual valor pero de sentido contrario (Reacción). 
Cumpliéndose que:                                                                                                                                       
Acción = Reacción.

Más adelante veremos que la ley es más general y se enuncia así:

A toda fuerza ejercida sobre un cuerpo (Acción), se le opone otra igual y de sentido contrario (Reacción)

Ahora consideremos que empujamos un objeto, como el de la figura 6-22a.
El cuerpo se resiste a ser movido si está en reposo, o a ser modificado su estado si está en movimiento, por dos causas:                                                                                                          

1ª) Según lo ya dicho anteriormente: Surge una  fuerza de reacción que se opone al movimiento. Lo veremos con detalle en la 3ª ley de Newton.

2ª) Hay que vencer el rozamiento sobre el suelo, o medio en que se mueve, que aparece cuando queremos moverlo. Esta fuerza también la podemos considerar ficticia, ya que aparece o desaparece según empujemos el objeto o no.
Pues bien: Si ejercemos una fuerza “F” de empuje, sin llegar a mover el cuerpo, pero justo en el instante de iniciarlo, inmediatamente entrará en juego otra que se opone. Esta es la resistencia del rozamiento “R”.                                                                                                                                      

Si la fuerza “F” es la “justa” para que el cuerpo esté a punto de moverse, pero sin hacerlo, tenemos la ley anterior: 

F=-R   luego F+R=0

Fig.6-22a, parte superior.



A poco que aumentemos esta fuerza “F”, el objeto se pondrá en movimiento, con una fuerza de empuje “F+f” adquiriendo una velocidad  “V” en un tiempo “t”. Si tras el tiempo “t” seguimos empujando, pero de nuevo con la fuerza “F”, el equilibrio de fuerzas será el mismo “F+R” = 0, pero ahora el objeto sigue moviéndose con la velocidad adquirida “V”. Sin pararse. Y así seguirá eternamente si no modificamos las condiciones del sistema. De estas experiencias, sacamos conclusiones  fundamentales:

1) Si el cuerpo está parado y la suma de las fuerzas que actúan sobre él son “0”, El cuerpo seguirá eternamente en reposo.

2) Si el cuerpo está en movimiento uniforme rectilíneo (Velocidad constante=V) y la suma de las fuerzas que actúan sobre él siguen siendo “0”, el cuerpo permanecerá eternamente en movimiento y a la misma velocidad V.                                                              

El impulso o sobreesfuerzo inicial “f”, ha conseguido poner el cuerpo en movimiento hasta la velocidad V. Éste, pues, no se ha perdido, sino que se ha transformado en movimiento, quedando acumulado como energía interna en dicho cuerpo.  

Fig. 6-22ª parte inferior.

                                                            
Deducción a priori:
Los esfuerzos o fuerzas no se pierden, solo se transforman, generalmente en movimiento.                                                                                                                  
NOTA IMPORTANTE:                                                                                                                

Hasta ahora, no hemos tenido en cuenta las fuerzas descentradas, respecto al suelo, apoyos, o centros de gravedad, que tienden a hacer girar el cuerpo.       Este efecto se debe al llamado “Momento de una fuerza”, que es el producto de una fuerza “F” por su distancia “L” a un centro o punto de giro. Por ejemplo:                                                                                                                  
En la figura 6-22a, el cuerpo tenderá a volcarse sobre el punto “P” y el momento de vuelco es 

“Fxd1”. 

También se cumple la 2ª ley de Newton: 

A todo momento de una fuerza, se le opone otro igual y contrario, que evita que el cuerpo gire o vuelque. En este caso, el momento oponente es el peso Q por su distancia a P, d1. O sea: Momento opositor al vuelco = Qxd1
Todo esto, no invalida lo dicho hasta ahora.                                                  

El cómo afectan estos “momentos de giro o vuelco”, en estas 2 leyes de Newton: “Ley de Acción-reacción” – y “Ley de inercia”, lo trataremos en próximos capítulos, completando así su desarrollo físico-matemático.

1) y 2) conforman la 1ª ley de Newton, o ley de inercia:

1ª ley de Newton. Ley de inercia

a) Todo cuerpo en reposo seguirá así eternamente, mientras no actúe una causa externa que modifique su estado.

b) Todo cuerpo en movimiento uniforme constante, seguirá eternamente así, mientras no actúe una causa externa que modifique su estado.

Reflexión sobre esta ley en nuestra experiencia habitual.

a) Esta 1ª parte de la ley parece obvia. Todos sabemos que un cuerpo parado, no se pone en movimiento por sí solo.

b) Esta 2ª parte de la ley. ya no nos parece tan obvia o evidente. En la tierra, un cuerpo en movimiento, por sí solo, acaba parándose. Esto se debe a las resistencias del aire, o suelo (rozamientos) que son causas “externas” que frenan al cuerpo. Pero supongamos que el cuerpo es muy pulido y se mueve en una pista de hielo. Dicho cuerpo mantendrá el movimiento durante mucho más tiempo. Aún así, por pequeño que sea el rozamiento, éste tendrá un valor que acabará parando al cuerpo. Cuanto menor sea el rozamiento, más tiempo estará el cuerpo en movimiento hasta pararlo. Siguiendo este razonamiento, si el rozamiento fuera 0, el cuerpo no se pararía nunca. Se cumpliría la ley.

En la tierra siempre hay rozamientos, pero en “el espacio vacío”, no los hay, por tanto, un objeto en el espacio, se moverá eternamente con su velocidad. La ley de Newton es pues universal. Solo la entrada del cuerpo en campos gravitatorios, podrá modificar esta situación.

Pequeña introducción al concepto de ”Momento de una fuerza”

Entendiendo este concepto, completaremos las leyes anteriores 1º y 2ª

-Primero diremos, que una fuerza aplicada a un cuerpo, tiene un punto o recta de aplicación; Un  valor o magnitud (Fuerza, velocidad, aceleración etc.) y un sentido. Tiene pues las propiedades de un vector, como ya dijimos en capítulos anteriores. Lo representaremos pues con una flecha que nos define  dichos parámetros.

-Segundo punto a saber: Todos cuerpos tienen, “un centro de masas llamado centro de gravedad “c.d.g”. Es como si toda la masa del cuerpo estuviera centrada en ese punto. Cualquier recta que pase por este punto divide al cuerpo en dos mitades que se equilibran mutuamente.
-Tercer punto: Toda fuerza cuya dirección no pase por el c.d.g, es una fuerza “descentrada” que tiende a hacer girar al cuerpo, debido al momento de la fuerza, que tal como ya hemos dicho es el producto de la fuerza por una distancia a, c.d.g o a un punto de apoyo o vuelco.
Lo resumimos en la Fig. 6-23




Con estos nuevos planteamientos, completamos las Leyes 1ª y 2ª de Newton.                                       

Dijimos que, para mantenerse eternamente un cuerpo en estado de reposo o  movimiento uniforme, era necesario que “la suma de las fuerzas que actuaban sobre él debían de ser “0” y lo expresábamos diciendo que “Acción = Reacción” No consideramos entonces los momentos de giro o vuelco que se producen cuando las fuerzas actúan descentradas respecto a un punto de apoyo o centro de masas(Centro de gravedad:c.d.g) Completaremos las dos  leyes en términos generales diciendo que:                                                                                                   

Ambas leyes se cumplirán cuando:                                                                                  

Tanto la suma de fuerzas, como la suma de los momentos también sea “0”

Con esto quedan cuadradas y explicadas sucintamente estas 2 leyes fundamentales y universales de la física.

Hasta ahora, hemos intentado aclarar, con más o menos éxito, una serie de conceptos que podemos dar por buenos, para seguir con nuestro ensayo. Tales han sido: Velocidad, aceleración, distancias y peso. Pero hemos aludido a otros que no han quedado clarificados ni cuantificados. Los más importantes son:

-¿Qué es en realidad la Masa de un cuerpo y que significado físico tiene? Hemos establecido una unidad de medida de la misma (El Kg masa) pero sin saber lo que medimos.

-¿Cómo se relaciona las fuerzas con los movimientos que provocan?                           

Hemos dicho que una fuerza es una acción que se ejerce sobre un cuerpo, modificando el estado de reposo o movimiento del mismo. O  sea, modifica su estado inercial. Pero:

-¿Cómo lo modifica? ¿Qué relaciones matemáticas los ligan?

-¿Qué es el tiempo y como interviene en todo ello?

-¿Cuáles son las medidas fundamentales de la física, de las que derivan todas las demás?
Tendremos que dar respuesta a ello, y lo intentaremos en los próximos capítulos de este ensayo.


Mis reflexiones sobre estas leyes

NOTA:
Estas reflexiones son exclusivas de mi imaginación y están basadas en mis experiencias personales y mis observaciones de la conducta humana.

La doctrina o filosofía Gnóstica, establece un paralelismo entre las leyes de la física y las de la conducta humana. Afirma que actúan de igual manera en ambos ámbitos; Físico-Cósmico y Espiritual-Psicológico.                                                                        

Por extraño que parezca, ya que el mundo de la materia es radicalmente distinto al mundo del espíritu, creo que, salvadas las diferencias y con las debidas matizaciones, este planteamiento tiene su gran parte de lógica y está avalado por la experiencia.
Hasta ahora hemos tratado la “Ley del péndulo” (Galileo)

El péndulo:
Va de una posición máxima a otra opuesta. “Sube-baja y sube” de extremo a extremo. El comportamiento humano es con mucha frecuencia idéntico. Es muy habitual que del estado de ánimo de la mayoría de las personas oscile de triste a alegre. De eufórico a depresivo. De la salud a la enfermedad. A la alegría del encuentro, le sigue la tristeza de la despedida. Se gana y gozamos y se pierde y sufrimos. Se nos da y se nos quita. Siempre oscilando de un extremo a otro. Nada es permanente. Los momentos buenos y menos buenos se alternan. Vemos pues un claro paralelismo con esta ley.
El cuerpo parado. Ley de la pereza

Podemos decir que “La pereza” tiene un gran paralelismo con estas leyes. La tendencia a la pasividad y a la no acción, es muy normal en el ser humano. Vencer la pereza supone normalmente un gran esfuerzo. No es fácil salir de ella, sobre todo cuando ya está arraigada en nosotros. Se requiere un gran esfuerzo para ello. A todos nos cuesta ir al trabajo y deseamos que se acabe cuanto antes. La obligación de tener que hacer un esfuerzo, nos cuesta.         

El movimiento, la acción y la ley de la rutina”, La acción, necesaria y propia de la vida, también tiene  mucho que ver con esta ley, aunque pasa más desapercibida en nuestro consciente. Pero no en nuestro subconsciente. Es normal que nuestra vida sea repetitiva, convirtiéndose en rutinaria. Podemos salir de ella temporalmente (Vacaciones, viajes, eventos etc.), pero irremediablemente volvemos a ella. Hasta una vida aparentemente  aventurera y cambiante, acaba cayendo en la ley de la rutina y/o el hastío. Este sentimiento de rutina, enmascarado con los quehaceres diarios, genera en nuestro interior un sentimiento de insatisfacción y deseo de cambio. Votamos cada 4 años a nuestros políticos para que todo cambie y esto se repite una y otra vez. En realidad, en el fondo, no cambia nada. Parche sobre parche. Nos pasamos la vida buscando el cambio, pero las leyes citadas anteriormente “No cambian”. Somos esclavos de ellas. Enseguida nos acostumbramos a los cambios que tanto deseamos, para volver pronto a la misma monotonía. La costumbre se convierte en ley.                                                                                 
Quizá esta afirmación  es desesperanzadora, pero “cierta”.                                                              Solo personas privilegiadas espiritualmente (Místicos o santos de fe inquebrantable), si las hay, pueden vivir este presente continuo, esperando una recompensa  en  “el más allá. Y aún ellos, pasan por serios estados de duda, rutina y crisis de fe.

Entrada nº 33 – Tema 6-3 Newton 2ª parte.


Del blog: ensayocosmologico.blogspot.com – bayodjos@gmail.com

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