Cayendo por su propio peso (I)


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Creo que en la discusión de los problemas naturales, deberíamos comenzar no con las escrituras, sino con experimentos y demostraciones.

— Galileo Galilei

Como tuvo a bien indicarme New Zealander en este comentario, Narayana es una mina, por eso se me ha ocurrido la idea de ir aprovechando el filón que representa para mostrar cómo avanza la ciencia y la realidad del conocimiento científico frente a las idioteces del ignorante con apellido de ser supremo hindú. No es, por lo tanto el objetivo de este post y, de otros que probablemente le sigan el darle caña a Nano sino, más bien, usar la producción literaria de Nano como referente para ver cómo ha ido avanzando el conocimiento científico, de forma incremental, a lo largo de la historia.

Este primer post que, dividiré en varias partes por razones de longitud, tiene que ver con el avance en la teoría de la gravitación y en él iremos siguiendo elavance en el  conocimiento científico que se ha tenido de la misma a lo largo de los siglos. Nano nos ayudará contribuyendo con la sabiduría que demuestra en el aspecto y que está recogida en un post que publicó a lo largo de 2012 (sus posts son interminables ya que los va actualizando continuamente) y que tiene como título “Los agujeros negros están verdes” (Nano escribe “están” sin tilde).

Por ir introduciendo un poco el tema, Nano, cuya formación en ciencia tiene evidentes lagunas (casi, en lugar de hablar de lagunas podríamos decir que contiene algunas islas de conocimiento en medio de un mar de ignorancia) parte de una preconcepción: la ciencia es dogmática y es un instrumento del sistema que nos oprime. Nano se martiriza leyendo libros de ciencia y como carece de la mínima base no es capaz de entender lo que está escrito y, entonces, utilizando sus preconcepciones y un mucho de cherry picking interpreta, de lo leído, lo que le sale del apéndice nasal. El post que criticamos está, aparentemente, dedicado a “demostrar” que la ley de la gravitación universal es falsa y lo escribe en tercera persona.

Advertirles a mis lectores que Nano pretende hacer creer que la sarta de tonterías que escribe provienen de un misterioso D.F. al que no identifica pero, como el estilo de D.F. se parece al de Nano, voy a considerar que las citas son del idiota y no de un inidentificado tercero.

Nano casi al comienzo de su post hace la siguiente declaración de intenciones:

Dado que a mi interesan mucho estos temas me puse a estudiarlo por mi mismo en base al método científico, del cual continuamente dicen maravillas los científicos, a fin de dar los pasos adecuados que nos lleve al conocimiento de la verdad del problema a analizar.

Lo más curioso de todo es cómo nuestro amigo Nano va a aplicar el método científico algo que me sorprende puesto que ni es científico ni tiene puñetera idea de lo que es el método científico, ni un post en un blog es un lugar para aplicarlo. Veremos, por lo tanto, el particular método científico de Narayana.

A caballo entre los siglos XVI y XVII, un espíritu inconformista, Galileo Galilei cuestiona la física aristotélica que había estado vigente durante más de un milenio y medio  y que, a través de Tomás de Aquino había sido considerada, por la iglesia católica, como la filosofía natural “oficial” de la Iglesia. Aristóteles fue el primero en intentar proporcionar una descripción cuantitativa de la dinámica de los cuerpos que caen y escribió que los cuerpos caen a una velocidad constante que se alcanza al poco de liberarlos y que los cuerpos pesados caen más rápido que los ligeros en proporción a su masa.

Desde la perspectiva de hoy en día, esto carece de sentido pero, rompiendo una lanza en favor de Aristóteles hay que decir que la medición de la dinámica de los objetos es difícil y más si consideramos los instrumentos de medida existentes en la época de Aristóteles.

Si bien hubo ciertos avances sobre las teorías aristotélicas, éstas se mantuvieron prácticamente invariables hasta finales del siglo XVI. Galileo fue el primero que lanzó una hipótesis acertada sobre la dinámica de los objetos en caída libre al afirmar que los objetos que caían adquieren velocidad de forma constante y con independencia de su masa. Galileo utilizó el término italiano “accelerazione” para identificar este cambio de velocidad.

Pero ¿cómo llega Galileo a esta conclusión y cómo verifica que es correcta? Recordemos que Galileo plantea dos hipótesis que tiene que probar: una que la velocidad en la caída de los cuerpos es independiente de su masa (contrariamente al precepto aristotélico) y dos, que se trata de un movimiento uniformemente acelerado y no de un movimiento uniforme.

Cuenta la leyenda que ,para probar que la velocidad de caída de los cuerpos no depende de la masa, Galileo mandó construir objetos de la misma forma y tamaño pero de distintos materiales y, por lo tanto, de distinta densidad y masa y que, dejando caer los objetos desde la torre de Pisa, verificó que, con independencia de la masa, los objetos llegaban al suelo al mismo tiempo.

La realidad es que, probablemente, Galileo llegó a esta conclusión a través de sus experimentos con el plano inclinado o a partir de sus estudios del péndulo simple. Recordemos que es Galileo el que determina que el período del péndulo simple no depende de la masa colgada sino que depende de la longitud del péndulo. Christian Huygens, partiendo de los estudios de Galileo, establecería la fórmula en la que se relaciona el período del péndulo simple con la longitud del péndulo y la aceleración de la gravedad.

Galileo, además,  afirma que si no existieran los efectos de resistencia del aire y flotabilidad, todos los objetos, con independencia de su masa, alcanzarían el suelo a la vez.

Naturalmente, esto Nano no se lo cree, ya que en un comentario a su entrada afirma (como siempre, la ortografía es la suya).

Respecto a la caída de los cuerpos te ruego me indiques donde se ha hecho una experiencia en vacio que se demuestre clara y fehacientemente eso que se dice

Me parece bien que nano sea escéptico pero lo que no debería ser es ignorante. Desde hace siglos existen unos objetos que responden al nombre de “tubos de Newton” que consisten en tubos de vidrio cerrados conteniendo objetos de distinta forma (plumas, papeles, elementos metálicos) y a los que se les ha practicado el vacío y que permiten verificar la afirmación de Galileo. Aquí hay un ejemplo de un tubo de Newton perteneciente a una colección de instrumentos científicos.

Más recientemente, la misión Apolo XV, en 1971 realizó el experimento en la Luna delante de las cámaras de televisión:

Claro que para Nano, la NASA forma parte de la conspiración mundial y este video debe ser un fake. Eso sí, a cambio, Nano se cree todas las tonterías conspiranoicas publicadas en YouTube. Por último, aquí podéis encontrar otra prueba gráfica de la caída de cuerpos en el vacío.

¿Cómo supo Galileo que los cuerpos caen con un movimiento uniformemente acelerado y no con un movimiento uniforme? En la época de Galileo no existían los instrumentos de precisión que permiten observar y medir la dinámica de la caída de los cuerpos. Incluso la medida de tiempos estaba muy limitada.  Galileo, aparentemente lo determinó a partir de sus estudios sobre el péndulo simple y sus estudios sobre el plano inclinado. Sin embargo,  con buen oído y un sencillo dispositivo como el que aparece en la siguiente figura se puede determinar que la caída de objetos responde a un movimiento uniformemente acelerado.

glexprmt

El dispositivo consiste en un hilo resistente al que se le atan pesos. Inicialmente atamos los pesos a intervalos constantes. Si la caída fuera un movimiento uniforme (los objetos caen con velocidad constante) el golpeteo de los pesos en el suelo seguiría un ritmo constante. Sin embargo, al ser la caída un movimiento uniformemente acelerado, el ritmo del golpeteo de los pesos en el suelo se va acelerando. Si vamos atando los pesos a distancias cada vez mayores hasta que oigamos un golpeteo regular al dejar caer los pesos podemos comprobar que la distancia que separaba los pesos se ajusta a la razón siguiente.

1, 4, 9, 16

De esta forma podemos deducir que la distancia recorrida por los pesos estaba en razón al cuadrado del tiempo o, lo que es lo mismo, deducir, de forma empírica la fórmula del movimiento uniformemente acelerado que no es otra que la que sigue (simplificada para el caso especial en que la velocidad inicial sea cero y el primer peso esté tocando el suelo).

Picture22

Sin embargo, como ya he dicho anteriormente, lo más probable es que Galileo dedujera que la caída libre seguía una dinámica de movimiento uniformemente acelerado a partir de sus experimentos con péndulos y planos inclinados y también del estudio matemático de los movimientos parabólicos de caída (cataratas, lanzamiento de objetos, etc.). En el movimiento parabólico, el movimiento horizontal es un movimiento uniforme mientras que en el movimiento en el eje vertical se trata de un movimiento uniformemente acelerado.

galileosarcs

Otra figura importante, de cara a la determinación de las leyes que rigen la gravitación y prácticamente coetáneo con Galileo es Johannes Kepler. Kepler, que era un grandísimo matemático, a partir de la multitud de datos obtenidos en observaciones de los planetas realizadas por Tycho Brahe y de su propia habilidad matemática enuncia sus tres famosas leyes:

  1. Todos los planetas se desplazan alrededor del sol describiendo órbitas elípticas. El sol ocupa uno de los focos de esa elipse.

  2. El radio vector de un planeta (la recta imaginaria que une el sol con el planeta) barre áreas iguales en tiempos iguales. Este enunciado es  equivalente a afirmar que el momento angular es constante y, desde el punto de vista práctico significa que la velocidad de traslación de un planeta está en relación inversa a su distancia al sol.

  3. Para cualquier planeta, el cuadrado de su período (año) es proporcional al cubo de su distancia media al sol. Matemáticamente esto se representa como (T período, r distancia media al sol):

Picture29Las dos primeras leyes son publicadas en 1609 y la tercera diez años después. Resaltar que, en cualquier caso, estas tres leyes son leyes empíricas. Kepler las deduce a partir de los datos afanosamente recolectados por Brahe.

Éste es el momento de dejar la primera parte de este post. Para hacer una pequeña recopilación de lo expuesto hasta ahora me gustaría recalar que nos encontramos a principios del siglo XVII, casi tres cuartos de siglo antes de que Isaac Newton enuncie su famosa teoría de la gravitación universal y, en relación con la gravitación, el conocimiento que se tiene es:

  • La velocidad de caída de los cuerpos no depende de su masa.
  • La caída de los cuerpos sigue un movimiento uniformemente acelerado.
  • Existe una formulación empírica para la dinámica de los cuerpos celestes formulada por Kepler.

Nano, para cerrar el post  te voy a nombrar a la bestia. La primera de estas afirmaciones no es del todo cierta. Albert Einstein demostraría tres siglos después de Galileo que, bajo el marco de la teoría de la relatividad, la velocidad de caída de los cuerpos si depende de la masa. Pero esto es otra historia y, en los ámbitos que nos movemos (dejando caer pesos desde la torre de Pisa) esto es despreciable e inapreciable.

12 comentarios

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12 Respuestas a “Cayendo por su propio peso (I)

  1. Muy buen post, grato recordar todas esas cosas que algunas personas estudiamos.
    Por cierto no le des pie (más bien no le hagas la picha un lio) a Nano y le metas de sopentón la ley de la relatividad, que al final saldrá con que la atracción entre cuerpos es orientitiva, tal vez opcional y por supuesto que jamás de obligado cumplimiento.

  2. Muchas gracias NZ. Nano intenta liar a los demás, si se lía con esto peor para él. A ver si conseguimos que alguno de sus seguidores deja de estar engañado.

  3. Albert

    Buen post Dotorqantico. He quedado asombrado-maravillado con el tema de la cuerda con pesos a 1-4-9-16, pues no lo había leído ni oido nunca. ¿Puedes proporcionar algún enlace o referencia donde lo explique?
    Gracias y ánimos para continuar

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