3.2-El Origen de la Ciencia Física
¿Estaba Galileo en lo cierto? ¿Era posible que la tierra girase alrededor del sol a una violenta velocidad de 107.000Km/h sin que ninguno de nosotros saliésemos disparados de ella? ¿No era más fácil aceptar modelos como el de Tycho Brahe (personaje del cual hablaremos más adelante) en el que todos los planetas giraban alrededor del sol, el cual éste a su vez giraba alrededor de la tierra?
Galileo supo ver muchísimo más allá que cualquiera de sus contemporáneos. Aplicó el método de la inducción como nunca antes nadie había hecho. ¿Lo recordáis? Consistía en partir siempre de los casos particulares para así ascender paso a paso y con mucha cautela a las verdades más generales.
Cansado de la concepción Aristotélica que dividía el universo en dos partes: el mundo supralunar(ordenado, eterno y perfecto) y el mundo sublunar(caótico y corruptible). Galileo cuando observaba a los planetas veía exactamente lo mismo que cuando miraba al suelo: materia. Materia que vagaba más allá de la tierra y que si queríamos comprender el motivo de su movimiento, como el buen método inductivo propone, hay que empezar a estudiarla desde los casos más simples y particulares. ¿Adivináis como lo hizo? ¿Os acordáis ahora de todos los problemas de masas deslizándose por pendientes que estudiasteis en el colegio? ¿Masas colgando de poleas? ¿Péndulos? ¿Muelles? ¡No se puede tener la pretensión de querer comprender como se mueve un inmenso planeta con una gigantesca masa, sin ni siquiera haberse uno mismo tomado la molestia de comprender el movimiento de una pelotita bajando por una pendiente! Y diréis: Pero ¿y eso que tiene de especial? ¡TODO! Y fue precisamente la actitud de no preguntarse por las cosas más obvias, lo que hizo que durante muchísimos siglos la gente creyera ciegamente la física aristotélica que era muy lógica y muy razonable (como seguro que la habéis encontrado los que me hayáis prestado atención) ¡Pero que a la que se la intentaba someter a prueba fallaba estrepitosamente!
Coged, una pluma en una mano y una pelota de hierro en la otra. Dejadlas caer. ¿Cuál llega antes al suelo? Por experiencia conocida, no hace falta ni hacer el experimento para afirmar que la pelota de hierro llegará antes al suelo. Ahora repetid el experimento, con un individuo saltando desde un edificio, y a la vez junto a él un inmenso elefante. ¿Cuál de los dos llegará antes al suelo? Y respondemos: el elefante. ¿Por qué? ¡Porqué tiene más masa y pesa más! Como pesa más, se siente más atraído por la gravedad de la tierra y cae a mayor velocidad.
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¿Os acordáis que os expliqué como salí del colegio sin haber aprendido nunca porqué la luna tiene fases? No me avergüenza contarlo en realidad, porque estoy realmente convencido de que muchos lo habrán aprendido por primera vez también aquí leyéndome. Pues bien, es hora de sincerarme. Yo también me creí el cuento de que el elefante caería antes al suelo debido a que tenía mayor masa y por lo tanto experimentaría una aceleración mayor, y es mentira.
Me encantaría que probarais de coger una hoja de papel y un libro, y los dejarais caer al suelo. Seréis testigos de cómo el libro llega antes mientras que la hoja de papel planea hasta finalmente llegar al suelo. Ahora quiero que repitáis el experimento, arrugando la hoja de papel y haciendo una pelotita con ella. ¿Qué ocurre?
Llegan al suelo a la vez.
Bueno, matizando diremos que llegan al suelo casi a la vez. Y eso es debido a que el aire se comporta de un modo parecido al agua y bien es cierto que los objetos que pesan más desplazan con más facilidad el agua que se encuentra debajo de ellos y se hunden más rápido, pero en la práctica en el aire en condiciones normales y no dejándolos caer desde mucha altura la diferencia puede ser minúscula. Ya puedes comprimir un mamut entero e introducirlo dentro de la caja, que siempre llegará al suelo en el casi mismo instante y a la casi misma velocidad que la caja vacía.
Según la física aristotélica una caja llena de tierra, llegaría al suelo antes que la caja vacía, puesto que tenía más cantidad del elemento tierra, por lo tanto tenía ‘más prisa’ por volver al que era su lugar de reposo. Galileo, comprobó cómo acabamos de hacerlo nosotros que en realidad el causante de que objetos llegaran al suelo antes que otro era la fricción con el aire, y que en el vacío, todos los objetos llegarían al suelo a la vez independientemente de su peso. Pese a ello así se lo creyeron durante siglos y siglos miles y miles de intelectuales, yo, y probablemente muchos de los que me leéis. Y por eso es tan importante experimentar y no dejar de preguntarse cosas para dejar de andar en pañales por la vida. Si Galileo resucitara e intercambiara dos palabras con cualquier individuo de la calle, comprobaría decepcionado como pese a todos sus esfuerzos, Aristóteles aún domina el pensamiento físico de la gente de a pie.
Video explicativo:
https://www.youtube.com/watch?v=s5QcJfMH-es
¿Interesante experimento eh? Puede dar que pensar, pasemos a otro. Ahora imaginaos un péndulo. Al principio, cuando soltáis el péndulo recorre este una determinada distancia y vuelve en un determinado período de tiempo ¿verdad? Hace lo que se llama un ciclo, ir y volver. Y a medida que va cumpliendo ciclos va frenando disminuyendo así el recorrido de su distancia y el tiempo que tarda en ir de un extremo a otro. ¿Cierto?
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Sin ninguna duda, el péndulo va frenándose hasta quedar finalmente quieto, con lo que es cierto que la distancia que recorre cada vez es menor. ¿Por lo tanto el error está en…? ¡El tiempo! ¡El tiempo que tarda un péndulo en ir de un lado a otro en unas condiciones ambientales normales -como por ejemplo sin viento- suele ser exactamente el mismo! ¿Incluso cuando lo ves que ya no puede más, que se desplaza ahí un poquitín de nada hacía un lado y otro poquitín hacía al otro? ¡Sí! Tarda de forma aproximada casi exactamente lo mismo que cuando le haces recorrer la mayor distancia que puedas dejándolo caer desde la misma altura de la que está colgado. A ese tiempo lo llamamos período de oscilación y Galileo dijo que tan solo dependía de la longitud de la cuerda (en realidad también de la gravedad pero aún no se había descubierto en aquella época).
Ahora es una buena oportunidad para aprender si se ha comprendido la ley de caída de los cuerpos. Si el período de oscilación tan solo depende de la longitud de la cuerda como hemos afirmado antes… ¿Significa eso que no importa que pongamos una masa de 1000Kg o una de 1kg?¿Que seguirá tardando exactamente el mismo tiempo en realizar un ciclo de ida y vuelta independientemente de su masa? ¡Afirmativo! Tan solo si colgamos material tipo una pluma o una hoja de papel sin arrugar puesto que acentuaremos la fricción con el aire. De hecho, la fricción con el aire y la resistencia de la unión del péndulo, son los causantes de que el péndulo no oscile de forma eterna. A esta clase de movimiento se le llamó: Movimiento armónico simple. Y de hecho, es el mismo movimiento que comparten los muelles por ejemplo cuando los estiras y los dejas ir, tengan una masa enganchada en una de sus puntas o no.
Este descubrimiento por tonto que pueda parecer -como todos de los que hemos hablado hasta ahora, pero ¿a que a pocos de vosotros se os había ocurrido pensar en ellos antes eh?-, significó una revolución mucho más grande de lo que puede parecer a primera vista… ¿Y eso? ¡Por primera vez en la humanidad el hombre había encontrado un modo estable y fiable para medir el tiempo de la forma más precisa jamás imaginada! Sí, existían los relojes de arena, de sol, de agua pero creo que no hay punto de comparación práctica comparándolo con lo que significó la aparición de los relojes de péndulo.
Pero no se quedan ahí por supuesto las aportaciones que comprender el movimiento armónico nos ha dado. Quiero que le des un golpe a tu mesa o a cualquier objeto que tengas cerca. ¡YA! ¿Lo oyes? ¿Te acercas a comprender el detalle de todo lo que ha tenido que pasar para poder oír ese sonido? Todas las moléculas de ese objeto ¡Se comportan como si fueran un montón de masas unidas entre ellas por muelles! Empiezan a vibrar y a oscilar todas ellas transmitiendo esa vibración al aire, el cual de forma aproximada también tiene un comportamiento parecido. Se da en las moléculas de aire una reacción dominó, hasta que finalmente las moléculas que se encontraban cerca de tu oído ejercen presión sobre la membrana timpánica haciendo que tu cerebro lo traduzca en aquello que conoces como, sonido.
Todo esto, fue el inicio de la ciencia de la acústica, la música y la ingeniería de audio que es precisamente lo que estudia y ama aquí un servidor, quien no descarta la posibilidad de entrar en ello con más profundidad… en otra serie.
A modo de zanjar el tema sobre si la tierra se mueve o no, es curioso comprobar como su demostración está íntimamente ligada a una característica relacionada con los péndulos. Galileo estaría tirándose de los pelos con una rabia tremenda por no haberse percatado de algo tan simple habiendo estudiado el péndulo tanto como él hizo. Si probáis de hacer oscilar un péndulo, os daréis cuenta que por mucho que vuestra mano gire circularmente ¡el plano en el que oscila el péndulo no varia! ¿Qué significa eso? Si en una casa del Polo Norte, colgaras un gran péndulo del techo y lo dejaras oscilar, puesto que el plano en el que oscila el péndulo no varia, pero la casa sí gira en la dirección y sentido de la rotación de la tierra, veríamos como si el péndulo se moviera y cambiara con el tiempo su dirección de oscilación. ¡No es el péndulo quién se está moviendo! ¡Es la casa! Por supuesto, el experimento no funcionaría para alguien que vive en el Ecuador. Si pusieras el péndulo a oscilar en el mismo plano en el que rota la tierra, el efecto sería imposible de ser observado, y sus habitantes bien podrían pensar que efectivamente la tierra no está en movimiento.
Si algún día queréis hacer el experimento, necesitaréis un péndulo lo más largo posible y con ello un techo muy alto para conseguir ver el efecto antes de que se os frene. Pintad o marcad en el suelo o un papel una línea apuntando la oscilación inicial del péndulo y comprobaréis como en unos minutos si continúa oscilando se habrá desviado de ella. Si eres de Barcelona de todos modos estoy convencido de que alguna vez habrás estado en el CosmoCaixa y quizás sabes de lo que hablo. Justo en la entrada hay lo que se conoce como el Péndulo de Foucalt, un inmenso péndulo que puede oscilar durante horas y es utilizado como reloj puesto que va tirando unas barras metálicas colocadas en circulo cada diez minutos aproximadamente.
Así que ya sabéis que sí que es cierto que la tierra se mueve, y además que puede ser comprobado por medios convencionales al alcance de todo el mundo. Aunque aún existe mucha gente que todavía no lo cree como este divertidísimo usuario de youtube, al que tengo que reconocer tener cariño. ¡Porqué realmente se hace preguntas muy inteligentes! Se hace las preguntas que se debería hacer cualquier estudiante de física en el instituto durante su aprendizaje, puesto que son las mismas que se hicieron todos los astrónomos en el momento en que Copernico sembró la duda . Si tuviera que dar clases de física en el instituto tengo clarísimo que enseñaria sus videos sin dudarlo el primer día de clase; haciendo ver a los alumnos que lo que sus papás les dijeron que la tierra giraba alrededor del sol bien podría no ser verdad y lo importante que es el cuestionarse todas nuestras ideas. Ese es el único modo que tenemos de aprender
Vamos ahora a hablar del que sin duda fue el descubrimiento más polémico y revolucionario que jamás nadie habría imaginado y que aún a día de hoy a muchos les cuesta alcanzar a comprender su alcance: El principio de inercia.