La explicación científica en el campo de la física

Para entender la analogía propuesta e, inclusive, obtener nuevas conclusiones del caso análogo, a continuación se mencionan las leyes de la física que explican científicamente los movimientos descritos con anterioridad.

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De acuerdo con la primera Ley de Newton o la Ley de la Inercia79_{, todo cuerpo} permanece en su estado actual de movimiento con velocidad uniforme o de reposo a menos que sobre él actúe una fuerza externa neta o no equilibrada, donde la fuerza neta de la que hablamos antes sería la suma vectorial de todas las fuerzas que puedan actuar separadamente sobre el cuerpo.

El movimiento será relativo, es decir, dependerá de cuál sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento.80

Un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.81

En la segunda Ley de Newton o principio fundamental de la dinámica, se denota la relación existente entre fuerza y aceleración. 82

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Se podría decir que la aceleración que toma un cuerpo, es proporcional a la fuerza externa que se le aplica y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.

Básicamente, nos dice que el resultado que producen una serie de fuerzas sobre un cuerpo, es que dicho cuerpo se acelere en la misma dirección y sentido que la suma de las fuerzas que le son aplicadas y con una intensidad o módulo que será la misma que la resultante de las fuerzas dividida entre la masa del cuerpo.

Así pues, un cuerpo experimenta una aceleración mientras está siendo sometido a una fuerza resultante no nula. Si dicha fuerza cesa, el cuerpo entonces va a adquirir un movimiento rectilíneo uniforme o se quedará quieto, según el caso.

En la tercera Ley de Newton, con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, es decir, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

79 _{Martín Bragado, Ignacio, “Física General”, pp. 35-37, febrero de 2003, http://www.ele.uva.es/˜imartin/libro/index.html} 80 _{https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/fisica-2/las-leyes-de-newton/}

81 _Ídem.

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Esta Ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido.83

Si se trata de un cuerpo que rota atado a una cuerda que lo sujeta al centro de giro, la cuerda le proporcionaría al cuerpo la fuerza centrípeta necesaria para describir su trayectoria cerrada, mientras que el cuerpo le proporcionaría a la cuerda la fuerza centrífuga que requiere para ser tensionada.84

A este respecto Newton señala:

“Una piedra que da vueltas en una honda se esfuerza por alejarse de la mano que la hace girar, y por ese esfuerzo distiende la honda tanto más cuando que con mayor velocidad gira, y sale volando tan pronto es liberada. Llamo fuerza centrípeta a aquella que se opone a ese esfuerzo, y mediante la cual la honda atrae continuamente la piedra hacia la mano y la retiene en su órbita, porque se dirige hacia la mano como hacia el centro de la órbita.”85

Pero, a la sagacidad de Newton no debió escapar el hecho que: si la honda se distiende debe ser jalada por ambos extremos con fuerzas iguales y opuestas, ya que es imposible tensionar una cuerda jalándola desde un solo extremo, en cuyo caso sólo sería arrastrada en la dirección de la fuerza.86

La mano ejerce una fuerza por uno de sus extremos, y es hacia el centro de giro: centrípeta; mientras que, por el otro extremo debe jalarla la piedra en sentido contrario: es la fuerza centrífuga identificada por Huygens. Pero a su vez, la mano siente la tensión de la cuerda, que la jala hacia afuera del centro, y es centrífuga, mientras que la piedra experimenta una fuerza que apunta hacia la mano, y es centrípeta.87

Ambas fuerzas, tanto la centrífuga como la centrípeta, están presentes en el fenómeno, y entre ambas participan en la tensión de la honda, pero la mano sólo experimenta la centrífuga mientras que la piedra sólo está sometida a la centrípeta. Entonces, mientras la mano ejerce sobre la cuerda una fuerza centrípeta, ella misma experimenta una fuerza centrífuga. Por otra parte, la piedra, que tensiona a la honda con una fuerza centrífuga, experimenta una fuerza centrípeta.88

La gran lucidez de Newton le permitió separar el punto de acción de cada una

83 _{https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/fisica-2/las-leyes-de-newton/ Op. cit.}

84 _{Karles Gómez, Jaime, “El papel de la fuerza centrípeta en la síntesis newtoniana”, pp.257-258, Departamento de Física, Facultad de Ciencias,}

Universidad Nacional de Colombia. (Extracto obtenido de la Revista Mexicana de Física, tomo número 34, 1988). 85 _Ídem.

86 _Ídem. 87 _Ídem. 88 _Ídem.

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de las dos fuerzas que se presentaban simultáneamente en el fenómeno, pero simultáneamente debió haber observado que sólo influyen en el movimiento de un cuerpo las fuerzas que él experimenta, no las que ejerce; pues, si así no fuera, el cuerpo rotante no experimentaría la aceleración centrípeta necesaria para describir la trayectoria circular.

Para solventar esta dificultad, provocada por el hecho que un cuerpo pudiera influir sobre el movimiento de otros sin verse afectado, y apoyado en el análisis ya mostrado del movimiento circular uniforme, Newton debió haber vislumbrado la tercera ley del movimiento. Esto es: la acción de un cuerpo A sobre otro B implica la reacción de B sobre A. Al presentarse la primera ocurre simultáneamente la segunda. Esto es, el verdadero sentido físico de una acción es la interacción: un fenómeno de carácter dual.89