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Algunas aclaraciones


newton

I deduced that the forces which keep the Planets in their Orbs must be reciprocally as the squares of their distances from the centres about which they revolve.

Deduje que las fuerzas que mantienen los planetas en sus órbitas deben ser inversamente proporcionales a los cuadrados de las distancias de los centros alrededor de los que giran.

— Isaac Newton

En el segundo post de la serie “Cayendo bajo su propio peso” habíamos visto como Newton, partiendo del trabajo realizado por Galileo y las leyes formuladas por Kepler había deducido su Ley de la Gravitación Universal. Sin embargo, en la explicación que en su momento proporcioné no me parece completa. ¿Cómo llega a deducir Newton que la fuerza de la gravitación es universal, ¿cómo determina que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia?

Todos conocemos la leyenda de que Newton determinó la ley de la gravitación universal observando la caída de una manzana pero eso no deja de ser, como dije, una leyenda urbana. Sin embargo, al observar la caída de la manzana (y de otros objetos) Newton no se queda en el hecho puntual de la caída. Para Newton está claro que la manzana antes de caer se mantiene a una altura del suelo porque está sujeta a la rama y, en cuanto esta sujeción desaparece, la manzana cae.

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Cayendo por su propio peso (IV)


251825_407484095954689_627690832_n-940x705Me encontraba sentado en una silla en la oficina de patentes de Berna cuando de repente se me ocurrió una idea: “Cuando una persona cae no siente su propio peso”. Me quedé anonadado. Este pensamiento tan simple me causó una profunda impresión. Me impulsó hacia una teoría de la gravitación.

— Albert Einstein

En el primer post de esta serie repasamos la teoría de la gravedad de Galileo, con toda probabilidad la primera teoría científica capaz de realizar predicciones de determinados fenómenos, en el segundo post vimos como Newton combina la teoría de la gravedad de Galileo, aplicable a la caída de objetos en la superficie de la Tierra con la dinámica de los astros del sistema solar en una única teoría unificada de la gravitación. En el tercer post vimos como Cavendish, partiendo de la teoría de la gravitación de Newton y, a través de un diseño experimental era capaz de, como él decía, “pesar la Tierra”. El objetivo de este cuarto post en la serie es proporcionar una visión general de la teoría de la gravitación de Einstein que es parte de su Teoría de la Relatividad General.

Como vimos, la teoría de Newton es uno de los mayores logros en la historia de la ciencia. La verificación de las predicciones realizadas por la teoría fueron, durante mucho tiempo, uno de los puntos de soporte del modelo newtoniano. De esta forma, las observaciones de la órbita de Urano permitieron a  Le Verrier y Adams la predicción de la existencia de Neptuno hacia la mitad del siglo XIX. Sin embargo, como ocurre con todos los modelos y, en particular, con las teorías científicas, éstas funcionan en un determinado rango de valores. Fuera de ese rango, sus predicciones ya no son tan buenas. Un efecto que llamó la atención a Le Verrier fue la anómala precesión de la órbita de Mercurio (que estimó en 38 segundos de arco por siglo). Le Verrier concluyó, de forma errónea, que era debida a la existencia de un número de objetos o quizás otro planeta en el interior de la órbita de Mercurio.

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Cayendo por su propio peso (III)


Henry_Cavendish01[Henry Cavendish] determinó el peso de la tierra, estableció las proporciones de los constituyentes del aire, se ocupó con el estudio cuantitativo de las leyes del calor y, por último,  demostró la naturaleza del agua y determinó su composición volumétrica. Tierra, aire, fuego y agua, todos y cada uno de ellos formaron parte del rango de sus observaciones.

— Sir Thomas Edward Thorpe

En la primera parte de este post tratamos las observaciones realizadas por Galileo y Kepler en relación con la caída de los cuerpos el primero y la dinámica de los objetos celestes el segundo. En la entrada que continuaba ese primer post vimos como Isaac Newton combinó la caída de los cuerpos con la dinámica de los objetos celestes en una única ley de gravitación universal que afirmaba que entre dos masas cualquiera se establece una fuerza de atracción que es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Newton no determinó el valor de la constante de proporcionalidad que regía su ley de gravitación. Esta constante se conoce como constante de gravitación universal y lo que si llegó a afirmar Newton sobre ella era que su valor debería ser muy bajo. El objeto de este post es contar cómo se descubrió ese valor y algunas peculiaridades que tiene dicha constante.

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Cayendo por su propio peso (II)


494px-Sir_Isaac_Newton_by_Sir_Godfrey_Kneller,_BtPlatón es mi amigo, Aristóteles es mi amigo pero mi mejor amigo es la verdad.

— Isaac Newton

En el post anterior de la serie nos quedábamos a comienzos del siglo XVII, Galileo había afirmado y demostrado que la caída de los objetos seguía un movimiento uniformemente acelerado y que la velocidad de caída de los objetos no depende de la masa de éstos. Asimismo, habíamos visto que, partiendo de las observaciones realizadas por Tycho Brahe, Johannes Kepler formula sus famosas tres leyes que están relacionadas con el movimiento de los objetos celestes.

Tenemos, por lo tanto, dos tipos de fenómenos distintos. Por una parte, la dinámica de la caída de objetos en la Tierra que fue estudiada por Galileo y, por otra parte, los movimientos de los planetas que fueron estudiados por Brahe y Kepler. ¿Se trata de fenómenos distintos o están relacionados? Quien establece esta correlación, quien postula que la caída de objetos sobre la superficie de la Tierra y el movimiento de los planetas alrededor del sol están causados por la misma interacción no es otro que Isaac Newton.

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