Henry Cavendish es uno de los más ilustres científicos hasta la fecha. Nació el verano de 1731 y ya desde pequeño compartió con su padre el afán científico. Tras el nacimiento de su hermano Frederick, dos años después, su madre murió.

De caracter era más bien introvertido y tremendamente misógino. No fardaba de su inmensa riqueza, que llegó a ser de las más cuantiosas de la época y que le permitió dedicarse a sus experimentos. En lo que ni su padre ni él tenían reparos era en comprar libros para su biblioteca, abierta para cualquier científico interesado, que fue trasladada a Clapham Common porque no querían encontrarse con nadie.

Sus únicas apariciones sociales se podían reducir practicamente a las cenas semanales de la Royal Society. La Royal Society es la academia científica más antigua que existe actualmente. Está compuesta por 1400 de los más inminentes científicos relacionados con la ciencia, ingeniería y medicina. Sus prioridades son apoyar la ciencia y la curiosidad por descubrir. Su objetivo es ayudar a la sociedad por medio de la ciencia. Entre sus miembros han estado Isaac Newton, Charles Darwin, Ernest Rutherford, Albert Einstein, Dorothy Hodgkin, Francis Crick, James Watson y Stephen Hawking. En la actualidad hay 80 noveles en la Royal Society. Su papel es promover las ciencias naturales y aplicadas y una sociedad culta. Concede recursos financieros a los científicos.

Entre sus descubrimientos destacan la composición del aire:

Este gráfico representa la composición del aire en porcentajes, siendo los más abundantes el Nitrógeno con un 78,1%, el oxígeno con un 20,9% y el argón con un 0,9%

Cavendish con sus experimentos logró acercarse increíblemente a estas cifras, diciendo que el aire estaba compuesto por aire flogistizado (nitrógeno y argón) en un 79,1% y en aire desflogistizado (oxígeno principalmente) en un 20, 83%.

Pero... ¿Qué es el flogisto?

El flogisto es, según la teoría de Joha Becher y Georg Stahl, una sustancia hipotética que poseen las sustancias inflamables y que una vez entran en combustión la pierden. Ésta teoría fue duramente criticada por Lavoisier que defendía que en la combustión se juntaba el oxígeno con otras moléculas. Este fue el principio del fin de esta teoría.

Otro descubrimiento relacionado con la química es la composición del agua, la descubrió a sus 52 años tras la muerte de su padre. Acertó con que estaba compuesta por oxígeno e hidrógeno, llamando a éste último "aire inflamable". También dijo que era el elemento más básico y abundante de la naturaleza. Otro acierto más, pues es el más sencillo, tiene solamente un protón y un electrón, siendo su peso atómico poco más de uno. Es el más abundante pues conforma un 84% de la materia visible y el agua esta compuesta por moléculas de dos hidrógenos unidos por un oxígeno H2O. Es inevitable recordar que todo ésto lo descubrió hace más de 200 años, con una tecnología increíblemente básica.

Sus experimentos con el agua le llevaron a medir los calores específicos de muchas sustancias disueltas en ella, viendo resultados distintos si añadía mas o menos soluto (sustancia en menor cantidad en una disolución). El calor específico es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una materia 1 grado Kelvin o Celsius. A continuación os presentamos una tabla con los calores específicos de diversos materiales:

Era increíblemente polifacético, hasta ahora solo hemos mencionado sus descubrimientos químicos pero sus experimentos de las cargas eléctricas, así como las de atracción (ésto está comentado más abajo). Con sus experimentos de la electricidad llegó a formular una teoría parecida a la de Newton de atracción de los elementos: , pero con las cargas eléctricas. Este descubrimiento fu atribuído a Coulomb años después por la reticencia de Cavendish de publicar sus experimentos. La Ley de Coulomb, tal y comoo se conoce hoy en día, es: la atracción recíproca de dos cargas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas: 

Si observamos las dos fórmulas son asombrosamente parecidas:

                                                       

siendo "G" y "k" las constantes, "m" y "q" los agentes que se atraen y "r" la distancia entre los agentes.

Descubrió también el condensador, aunque puede ser que lo inventara Erwald Georg von Kleist, su timidez de nuevo puede haberlo privado de otra invención a su nombre. Un condensador es un instrumento capaz de almacenar energía. Está formado por dos placas de metal conductoras a los extremos y en medio o el vacío o por un material dieléctrico (mal conductor de la electricidad). La cantidad de energía que pueden almacenar depende del material y tamaño de las placas. Es directamente proporcional a su tamaño e inversamente proporcional a la distancia que las separa (en definitiva, cuanto más grande es la placa, almacena más. Se utiliza principalmente para baterías, pilas...

Para reproducirlo hay que seguir los pasos mostrados en éste vídeo:

Cavendish decidió trasladarse a Clapham Common y allí instaló un laboratorio inmenso, a la vez que un termómetro en el tejado que servía de guía a los interesados en ir a la biblioteca. Éste termómetro no era nada común en el momento, que eran de azogue y mucho menos preciso. Tampoco era de mercurio. No se sabe exactamente cual era la mezcla pero se cree que era de alcohol y que era el primero que registreba las temperatúras máximas y mínimas. El termómetro sería algo así:

La temperatura de este termómetro está medida en grados celsius. Existen tres sistemas de medida de temperatura principales: grados Kelvin (ºK), grados Celsius (ºC) y grados Fahrenheit (ºF). Los grados Kelvin son los que pertenecen al SI/SIM (Sistema Internacional de Medidas), toman como 0º el cero absoluto, la temperatura en la que la materia dejaría de moverse (actualmente se ha conseguido llegar al nanogrado kelvin con láseres. Para más información consultad este link: laser para bajar la temperatura). Los grados Celsius toman como 0º y 100º los puntos de fusión y ebullición del agua respectivamente. La diferencia entre esta unidad y la anterior son 273º, el cero aboluto es 0ºK y -273ºC, la temperatura fusión del agua es 273ºK y 0ºC Entonces la fórmula para pasar de uno a otro sería:                                                          
                                                           
Los grados Fahrenheit tienen su escala dividida entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico y la temperatura corporal de un ser humano, a la que considera 100ºF. Esta medida es utilizada principalmente en EEUU. La fórmula para pasar de Kelvin a Fahrenheit y viceversa es:
                                                        

Los termómetros pueden ser:

 Mercurio

Los Termómetros de mercurio se utilizan con una escala y mercurio que al dilatarse por calor sube por el tubo y marca una temperatura mayor, o en el caso inverso, desciende y marca una inferior. Tradicionalmente se ha utilizado para medir la temperatura corporal.

Fueron prohibidos en 2007 por la Directiva Comunitaria por la toxicidad del mercurio, tanto a las personas como al medio ambiente. A los humanos en pequeñas dosis afecta al sistema nervioso, en altas es mortal. Un gran problema es que no se degrada y los seres vivos lo acumulan. Puede transmitirse por la cadena alimentaria. Por ejemplo, a las embarazadas no se les permite comer mucho pescado azul porque pueden tener dosis de mercurio mayores que otros pescados.(acumuladas de los que se han comido)

Digital

El digital funciona mediante un dispositivo que puede variar su resistencia eléctrica: Termistor, unos circuitos integrados que miden el voltaje y se transforma la información que reciben en un número que aparece en la pantalla.

Gas

El termómetro de gas funciona mediante gases, como su nombre indica. Los gases si aumentan la temperatura aumentan su volumen y hacen que el mercurio ascienda. Su funcionamiento es muy parecido al de los termómetros de mercurio, más complejo y no menos peligroso.







El último descubrimiento suyo que aparece en el libro es el de la constante de gravitación universal. Para ello dipuso dos pesos fijos y otros dos suspendidos desde un brazo, uno a cada lado (los pesos tienen que pesar mucho más que el brazo para ser más precisos en los cálculos). La densidad de los pesos es fundamental para que la masa sea mayor a una menor distancia. La atracción se mayor y las condiciones externas no influyen tanto.  Su diseño es algo así:

Cavendish cronometraba el tiempo que tardaba y el ángulo que había recorrido (se podía apuntar con una luz a un espejo anclado al brazo móvil). Cavendish tuvo que realizar estas medidas desde fuera de la sala porque al ser la gravedad universal y cada objeto ser afectado por todos los demás, su proximidad podía alterar los cálculos.
Hay que tener en cuenta para tomar las medidas el centro de gravedad de los pesos, que es el punto en el que se ejercen todas las fuerzas en ese objeto. Cuanto más alto esté el centro de gravedad con respecto a la base, más inestable será. Si el centro de gravedad está fuera de espacio comprendido por la base, el cuerpo caerá. Un ejemplo de ésto son las torres kio:

Su centro de gravedad está situado (suponiendo que el edificio tenga una densidad de los materiales igual en cada parte) en el cruce de la vertical con la horizontal del medio. Como sigue estando dentro de la base (si lo miras verticalmente) es estable y no se caerá, aunque al no estar centrado es más fácil que se derrumbe por factores externos.

Según el autor, Manuel Lozano Leyva, para el experimento, el material más fácil de conseguir y muy efectivo para el experimento es el plomo. También nos aconseja no utilizar hierro o acero. Pero... ¿Por qué?

El hierro y el acero tienen propiedades magnéticas y pueden interactuar con el magnetismo terrestre y el experimento acabaría más como una brújula. El magnetismo es un fenómeno por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros. Los materiales como el hierro, níquel y cobalto son especialmente sensibles, pero todos los materiales experimentan estas fuerzas aunque sea levemente.
Las unidades del SI son:
Tesla (T): unidad de campo magnético
Weber (Wb): unidad de flujo magnético
Amper (A): unidad de corriente eléctrica que genera campos magnéticos

Millikan, la unidad de carga eléctrica

 Robert Millikan le llevó a entrar en el "hall of fame" de la Ciencia por su maravilloso experimento de la gota de aceite con el que consiguió medir la carga del electrón. Fue galardonado en 1923 con el premio nobel, "por su trabajo en la carga elemental de la electricidad y en el efecto fotoeléctrico". Se trataba de un fantástico profesor que fue galardonado en más de 25 universidades como catedrático honorario. Su aportación al mundo científico no se limitó al descubrimiento por el que recibió el Nobel, pero sin duda la belleza y el ingenio de este sencillo experimento es capaz de sobrecogernos aún hoy en día. Me imagino a las gotas de aceite, como"pequeños paracaidistas" cayendo, subiendo o levitando en función del resultado de la lucha de las tres fuerzas que intervienen: Fuerza eléctrica (al estar cargada eléctricamente la gota) y rozamiento con el medio (aire) frente a fuerza gravitatoria (peso de la gota).



Para hablar sobre el tema de la unidad de carga eléctrica, vamos a responder a unas cuestiones que nos harán entender este tema de una forma más sencilla.

Empezamos hablando sobre la hipótesis de Symmer. 
Symmer (1707-1763) fue un filósofo y físico escocés que planteó una teoría que se oponía a la formulada por Benjamin Franklin. La teoria de Benjamin Franklin consideraba la electricidad como un fluido que lo impregnaba todo y que se encontraba en equilibrio, explicando las manifestaciones eléctricas como el desequilibrio de ese liquido producido por la fricción.


 En cambio, la teoría de Symmer dice que todos los cuerpos contienen un fluido, este fluido natural no tiene ninguna propiedad eléctrica y es el resultado de una combinación neutra de otros dos fluidos en los cuales reside esta propiedad. Estos dos fluidos se conocen como vítreo, el cual es positivo y resinoso, el negativo.
Esta teoría puede ser comprobada en la vida real. Cuando frotamos un globo, lo que estamos haciendo es cargarlo negativamente de tal forma que el molinillo de papel girara al verse atraído hacia el globo. De esta forma queda demostrado que el globo es el fluido vítreo y el papel el fluido resinoso. Se ven atraídos tan fuertemente porque    están cargados electrónicamente. 

Otro de los grandes científicos que aportó conocimientos fue Joseph John Thomson, quién descubrió el electrón. Para ello realizó varios experimentos utilizando tubos de descarga.

Un tubo de descarga es un tubo de cristal en el cual se introducen un cátodo (carga negativa) y un ánodo (carga positiva) que son placas metálicas, y están conectadas externamente a potentes baterías. En el interior del tubo hay un gas que es el que hace variar  el color de la luz. Cuando la batería se conecta, se produce un flujo de electrones que al chocar con los átomos del gas desprenden fotones que hacen que veamos la luz.

Además si se ponía una cruz en el interior del tubo se veía una sombra en la parte de detrás del ánodo, quedando demostrado que los rayos procedían del cátodo. De ahí el nombre de rayos catódicos. 

La sombra se podía desviar con un imán, lo cual llevó a pensar a Thomson que los rayos catódicos estaban formados de corpúsculos con una carga eléctrica negativa. Sin embargo al aplicar un campo eléctrico el rayo no se desviaba. El investigador inglés llego a la conclusión de que si los rayos eran de naturaleza corpuscular y no ondulatoria ya que no se comportaban como la luz, tenían que ser atraídos magnética y eléctricamente, y que si la segunda no se podía era porque algo lo impedía. Este impedimento lo solventó aislando el interior lo máximo posible realizando el vacío y así consiguió que se desviase mediante un campo eléctrico.

Utilizando las ecuaciones para medir las desviaciones, se dio cuenta de que solo podían reproducirse si la masa de la partícula era mucho menor que la de un átomo de hidrógeno  y su carga mucho mayor. Este descubrimiento le llevó a desarrollar el primer modelo atómico conocido como "modelo de pudin de pasas" en el cual los electrones de cargar negativa se distribuían uniformemente en un átomo de carga positiva. 

Este modelo se descubrió inviable posteriormente gracias al descubrimiento del núcleo por el científico Rutherford que chocando átomos alfa de helio contra una fina plancha de oro, observó que algunas partículas salían rebotadas hacia atrás, llegando a la conclusión de que eso sólo podía producirse si chocaba con una partícula de carga positiva de diámetro aproximadamente diez mil veces menor que el del átomo. Acababa de descubrir el núcleo. El modelo de Thomson es inviable porque al no tener núcleo los átomos serían muy inestables y perderían electrones continuamente ya que al no estar atraídos por el núcleo podrían ir libremente.

Dejando de lado al descubrimiento del electrón vamos a centrarnos en el por qué del éxito de Millikan. Millikan trabajó en la Universidad de Chicago a las órdenes de Albert Michelson y vamos a describir el experimento  por el que es famoso este investigador. 

Antiguamente se creía que la luz al ser una onda, debía de propagarse por algún medio. Ese medio era el éter. Según algunas teorías todas ellas obsoletas, el éter era el quinto elemento que ocupaba todos los espacios vacíos y que formaba los planetas.
El experimento llevado a cabo en 1887, trataba de probar la existencia del éter y la velocidad de la traslación de la Tierra con respecto a éste. Las ondas se caracterizan porque su velocidad depende sólo del medio y no del emisor o receptor. Así por ejemplo una onda sonora viajará  con respecto al medio, el aire  por ejemplo, siempre a la misma velocidad. Si embargo si el medio se mueve, por ejemplo viento, la velocidad de la onda variará. Si sustituimos onda sonora por luz y aire por éter, tenemos que luz debería realizar variaciones si el éter estuviese en movimiento. 
Para ello se construyó un aparato llamado interferómetro con el cual medirían la variación de la luz. Se dispararía un haz de luz que pasaría por un semiespejo que haría que divergese en dos direcciones perpendiculares hacia dos espejos que harían que rebotasen y volviesen a pasar por el semi-espejo que los haría llegar al detector de interferencias donde se vería la variación. 
En un sistema con el éter y el observador en reposo, el interferómetro funcionaría así:   

Y en un sistema en el que el éter estuviese en movimiento así:

Midieron los resultados durante varios días y meses, pero concluyeron que la velocidad de la luz era constante en todas las mediciones ya que no se encontraba ninguna variación. Ésto correspondería con el primer sistema en el que el éter está en reposo. Sin embargo el éter no podía estar en reposo debido al movimiento de los planetas y demás cuerpos celestes. Ésto llevó a la conclusión de que el éter no podía existir, y más tarde el resultado de este experimento constituiría la base experimental de la teoría de la relatividad de Einstein.

Según el modelo de Bohr los átomos tienen diferentes órbitas en las que se sitúan los átomos. Tienden a situarse lo más cercanamente posible al núcleo y forman órbitas. Sin embargo los electrones no pueden formar las órbitas que quieran, están limitados a órbitas con un cierto nivel energético. Cuando los electrones pierden o ganan energía varían su posición en las órbitas encontrando una que se adapte a su nuevo valor energético. En el primer nivel caben hasta 2 electrones, en el segundo hasta 8, en el tercero hasta 18 y en el cuarto hasta 32 electrones.

Izquierda: Átomo de litio
Derecha: Catión litio

Cuando irradiamos las gotas de aceite con los rayos X, los electrones se cargan de energía y buscan órbitas con un mayor nivel energético. Las órbitas pueden soportar una determinada energía. Si el electrón tiene más energía que la que puede soportar la órbita pasará a otra órbita con más capacidad. Si ninguna de las capas del electrón tiene capacidad como para aguantar la energía del electrón, éste se escapara, debido a que el exceso de energía que tiene se convierte en energía cinética. 

Millikan diseñó un aparato dividido en dos cámaras, además éste constaba de un par de placas horizontales paralelas, la superior tenía carga positiva y la inferior negativa, las cuales separaban las cámaras. En la cámara inferior había un microscopio y se podía modificar el voltaje en el interior de las cámaras.

Procedimiento:
Unas pocas gotas de aceite se dejan caer en la cámara superior, para ello se utiliza un pulverizador. Alguna de estas gotas, que caían por su peso debido a la gravedad, conseguía pasar a la cámara inferior debido a que la placa superior tenía un pequeño agujero; gracias a esto Millikan podía determinar la masa de una gota sabiendo su velocidad terminal debido a la fricción del aire en la cámara inferior. A continuación Millikan usó una fuente de rayos-x que permitía ionizar las moléculas de gas en la cámara inferior, los electrones de esta ionización se adhieren a las gotas de aceite, por lo que pasan a llevar una carga negativa.

Pero se podía ajustar el voltaje entre las dos placas, de manera que sí aumentaban un poco el voltaje las gotas de aceite comenzaban a descender más lento; y sí lo aumentaban aun más, algunas gotas llegaban incluso a subir de nuevo a la placa superior, o también conseguían que algunas se quedaran ''flotando'' o suspendidas. Millikan por lo tanto comprobó que el valor de la carga de cada gota era múltiplo de 1,6·10^-19 C. Propusieron que esta era la carga de un electrón.

Ahora, vamos a hablar del efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico es la proyección de electrones por un metal normalmente, debido a la incisión sobre ella de una radiación electromagnética (Rayos gamma, rayos X, rayos UV, radiación visible, rayos IR, microondas y ondas de radio) 

Pero, por qué pasa ésto?

Estas ondas están formadas por unas partículas llamadas fotones que tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un electrón que ha absorbido la energía del fotón supera la función trabajo (energía mínima para que un electrón sea arrancado del material) éste podrá escapar del metal. La energía de los fotones depende de la longitud de onda no de la intensidad de la luz. 

La energía de los electrones depende de la frecuencia no de la intensidad. 

Una de las aplicaciones más importantes de este efecto son las células fotovoltaicas que son la base para la energía solar. Las células fotovoltaicas combinadas con relés forman parte numerosos mecanismos automáticos. Se usa también por ejemplo, en los detectores en las puertas de los ascensores que hacen que se paren si alguien pasa por delante mientras se cierran. 

Ahora, nos vamos a hacer unas series de  preguntas que no están relacionadas con un tema en concreto, simplemente expresaremos nuestra opinión.

¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?

Si un científico estuviera sólo en su propio laboratorio y no saliera de ahí a la hora de hacer experimentos y de sacar conclusiones, no sería todo lo bueno que pudiera. Un científico necesita pasar tiempo en centros distintos para que pueda contrastar opiniones y conclusiones. En cada país la enseñanza es distinta y los métodos que se imparten son muy variados entre los muchos centros educativos que existen. Si se viaja a otro lugar, se puede aprender aunque no sea el método de enseñanza la forma de pensar razonar y experimentar de otra gente. También se puede conocer a científicos que se parezcan a ti y estudiar cosas que a ti también te interesen. La mayoría de los grandes científicos pasaron tiempo en otros centros educativos como por ejemplo, sin ir más lejos,Millikan estudió en Maquoketa (Iowa), California y Nueva York, lo que demuestra que encontró la satisfacción del saber al haber recorrido más de un lugar. 

¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica? 

Primero deberíamos empezar sabiendo lo que es un libro de divulgación científica, porque podemos estar hablando sobre él sin siquiera conocerlo. Un libro de divulgación científica es aquel que pretende contar cosas sobre ciencia y cosas relacionadas con este campo a un lector que a priori no sepa nada del tema, es decir, acercarle al tema mediante un texto fácil de comprender. Es altamente recomendable leer libros o textos de este tipo ya que nos transmiten información que aunque pareciera sencilla y simple, se convierte de repente en interesante y algo más compleja. Los seres humanos nos creemos los reyes de todo y es de esta manera como uno se da cuenta de que el saber no tiene límites. El nivel de enriquecimiento cultural y social que adquirimos al leer nos hará rellenar esa parte del cerebro que tenemos tan atrofiada de no hacer el esfuerzo de leer estos libros.

Para terminar, realizaremos con materiales  reutilizados nuestro propio modelo atómico (Thomson, Rutherford o Bohr) 

Thomson: Presentaba un modelo en el cual  el átomo estaba compuesto de electrones de carga negativa incrustados en en un átomo positivo.

La Inercia

La inercia es la primera ley de Newton, dice que todo cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que una o más fuerzas se apliquen sobre el.


¿Por qué sigue sonando el piano? Al levantar el dedo de la tecla, el martillo ya no golpea la cuerda, pero esta sigue vibrando y emitiendo sonido por la inercia, pero por el rozamiento acabará parándose (en una vaca esférica seguiría vibrando siempre).

NEWTON - Reconocido como el genio más importante de la historia

En esta entrada vamos a centrarnos en los experimentos de un personaje muy conocido, Isaac Newton. La mayoría de la gente le suele reconocer por esta imagen:

Pero, ¿qué es lo que expresa esa imagen? ¿Qué experimento es tan conocido, que la gente al referirse a Newton menciona la ''manzana''?La manzana lo que representa es una anécdota creada por el propio Newton que define la ley de la gravitación universal. Newton no solo elaboró esta ley, Newton elaboró muchas más leyes que fueron claves para el avance de la física. Se encargó de desarrollar el cálculo, demostró que la luz blanca estaba formada por una banda de colores, creó las leyes de la dinámica y creó un telescopio.

La vida de Newton es muy interesante y tiene muchos enigmas. Newton tuvo una infancia complicada, nació prematuro y los médicos no tenían muchas esperanzas, y no llegó a conocer a su padre ya que había fallecido tres meses antes de su nacimiento. Se dan dos fechas de su nacimiento, pero ¿por qué? Newton nació el 4 de enero de 1643 pero justamente en esa fecha el calendario utilizado era el juliano y correspondía al 25 de diciembre de 1642.

Newton para llegar a donde había llegado y crear todos esos avances en la física se basó en leyes que ya habían sido publicadas. Lo único que hizo Newton es perfeccionarlas y darles sentido. Una frase muy conocida es ''Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes''. lLo que quiere decir Newton con esta frase es que gracias a Arquímedes, a Galileo y a Kepler, ha sido capaz de elaborar todas las leyes ya que sus leyes se han basado en los avances creados posteriormente. 

Dejemos a un lado a Newton y vamos a centrarnos en Aristóteles , un filósofo clásico cuyas ideas ideas sobre cinemática , dinámica , astronomía y cosmología predominaban en Europa desde la época de la Grecia clásica hasta la revolución copernicana.

¿Por qué Aristóteles es tan conocido?

Aristóteles sostuvo un sistema geocéntrico, en el cual la Tierra se encontraba inmóvil en el centro mientras a su alrededor giraba el Sol con otros planetas. Aristóteles habló del mundo sublunar, dodne existía la generación y la corrupción; y el mundo supralunar, perfecto. Esta teoría de la Tierra como centro del universo duró varios siglos hasta que Copérnico en el siglo XVI cambio este concepto e introdujo una serie de paradigmas, concebiendo el Sol como centro del universo.


¿En qué se basaba Aristóteles?

La física aristotélica es cualitativa y no cuantitativa. Lo que sucede en el mundo no puede ser matematizado porque es absolutamente heterogéneo: el mundo de los cambios, del movimiento, de la diversidad, de los fines. Sin embargo hay una región del cosmos que presenta tal armonía que no puede ser explicada de manera similar a como se hizo con la naturaleza: el cielo.
La cosmología Aristotélica va a diferenciar el cosmos entre dos regiones: el mundo sublunar y el mundo supralunar.

El mundo sublunar es la región que abarca la parte situada debajo de la luna, es decir, nuestro mundo.  Este mundo es un mundo heterogéneo donde no hay quietud. Los movimientos son movimientos rectlíneos que tienen principio y fin, si el movimiento NO es rectilíneo significa que son violentos o forzados por algo del exterior que se mueve asi.
 Los cuerpos que componen esta región están compuestos por 4 elementos:
-La Tierra
-El agua
-El aire
-El fuego

El mundo supralunar es la región que abarca la luna y todo lo que se halla más allá de ella: cinco planetas (mercurio, venus, marte, júpiter y saturno) , el sol y las estrellas. Este mundo es un mundo basado en el orden, la armonía y la regularidad  Esto es así porque los cuerpos celestes no se componen de los cuatro elementos terrestres sino de éter. El éter otorga al cielo una homogeneidad y perfección que no poseen los cuerpos terrestres. Los movimientos son movimientos circulares uniformes eternos. 

En el desarrollo de la física ha habido varios físicos muy importantes, que cada uno de ellos aportó algo para llegar a la física de hoy en día:

Después de haber creado la línea del tiempo, volvamos a centrarnos en Newton y en uno de sus miles de experimentos y descubrimientos, el telescopio reflector.

Newton diseñó el telescopio reflector ayudándose del experimento ya creado por Galileo. Galileo ya había creado un telescopio, pero el telescopio tenía algunos fallos y Newton decidió mejorarlo. ¿Qué  diferencias hay entre los dos telescopios?

Galileo diseñó el primer telescopio refractor a mediados de 1609. Éste sólo ofrecía 3 aumentos. El siguiente alcanzó 8 y el tercero, ya a finales de 1609 llegó a los 20 aumentos. El telescopio estaba hecho de madera, cuero y dos lentes de cristal. 

El objetivo era una lente plano-convexa de 37 mm de diámetro  tenía un campo visual de sólo de 15' de arco que para que os hagáis una idea lo único que le permitía ver era el 25% de la Luna.

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         Newton construyó el primer telescopio relfector en 1668. Se basó en las ideas de Galileo para construirlo e intentó mejorarlo. Newton lo que hizo fue utilizar en vez de lentes, espejos para que así a imagen se pudiera ver con mucha más nitidez y claridad.

   

 Telescopio refractor funcionamiento:

Telescopio reflector funcionamiento:

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. 

         Newton se dio cuenta que la pobreza de las imágenes de los telescopios del tipo de los de Galileo era debida a que los bordes de las lentes actuaban como prismas y que por eso aparecían círculos y franjas coloreadas que distorsionaban los objetos. Por esto Newton diseño un nuevo telescopio utilizando espejos. Lo que hacían los espejos era simplemente reflejar la luz de un objeto alejado.

¿Qué es la teoría de la descomposición de la luz del sol?

Desde siempre uno de los fenómenos más interesantes de la naturaleza es el arco iris, el cual es una consecuencia de la descomposición de la luz.

Desde siempre el arco iris ha sido un misterio, así que Newton decidió investigar.

En 1666, Isaac Newton realizó sus primeros experimentos sobre los colores al producirlos haciendo pasar por un prisa un rayo estrecho de luz.

Newton llamó espectro al conjunto de colores desde el violeta hasta el rojo. Los colores se deben a la mezcla de luces de diferentes longitudes de ondas. Al hacer pasar la luz por un prisma de cristal, las distintas longitudes de onda que componen el haz de luz viajan dentro de él a distintas velocidades y se curvan de manera diferente al entrar y al salir, dando como resultado un haz desviado de la dirección inciial y con sus componentes separados. Estos componentes son los colores que se separan de la luz solar.

Después de haber hecho el experimento vamos a explicar un fenómeno natural que se basa en la teoría de la descomposición de la luz del sol. 

El arco iris, está formado por dos arcos, el primario y el secundario. No nos solemos dar cuenta así a simple vista, pero se han realizado estudios que explican la diferencia entre estos dos fenómenos.

El arco iris único y brillante que se ve después de un chubasco o en una cascada es el arco iris primario. Su característica principal son las bandas de colores, desde el violeta en el interior, pasando por el azul, verde, amarillo, naranja, hasta el rojo en el exterior.

Por encima del arco primario se encuentra el arco secundario, en el que los colores aparecen en orden inverso, el rojo en el interior y el violeta en el exterior.  En medio de los dos arcos hay una región bastante más oscura que el cielo circundante denominada banda de Alejandro, en honor al filósofo griego Alejandro de Afrodisias, quien la describió por primera vez hacia el año 200 A. C.

¿Por qué ocurre esto?

Descartes demostró que el arco iris primario está formado por los rayos que penetran en una gota refractándose, se reflejan una vez en su superficie interna y salen de la gota refractándose de nuevo. El arco iris secundario está formado por los rayos que penetran en la gota y se reflejan dos veces en su superficie interna. 

      

Después de haber explicado la descomposición de la luz solar, nos vamos a centrar en las leyes de Newton.

Newton publicó por primera vez estas leyes en 1687 en un obra llamada ''Principios Matemáticos de Filosofía natural. 

         Primera ley de Newton - La inercia

         Cuando lanzas una pelota, esa pelota sigue la velocidad (fuerza que has aplicado tú) hasta frenarse. Esa pelota, si no hubiese sido movida por alguien, no se habría movido. Y, ¿qué pasa al frenarse? ¿Por qué se frena? En la Tierra hay otra fuerza, llamada el rozamiento. El rozamiento hace que los cuerpos se paren. Por ejemplo, el suelo es rozamiento, el aire, o los obstáculos que te encuentres por el camino.

         

         Esto significa que todo cuerpo se mueve o se para cuando hay una fuerza que actúa sobre él.  

         Si nosotros lanzamos esa pelota por el espacio, nunca se pararía y seguiría con velocidad constante (la fuerza que le hayamos aplicado), ya que en el espacio NO hay aire por lo tanto no hay rozamiento.

         De este hecho y otras situaciones que seguramente conozcáis por experiencia, se deduce la siguiente conclusión: ''Todo cuerpo que se mueve tiende a seguir con la misma velocidad y si queremos modificarla o frenarla es preciso aplicar una fuerza. Si un cuerpo está en reposo, tiende a seguir en reposo. Esta tendencia es debida a una propiedad de la materia que conocemos con el nombre de inercia (resistencia al cambio).''

         Si en vez de intentar mover una pelota, intentamos mover una piedra muy grande, nos costará mucho más ya que la masa de un cuerpo es la medida de la inercia. Cuanto mayor sea la masa, mayor tendrá que ser la fuerza para cambiar su estado de reposo o MRU (movimiento rectilíneo uniforme) 

         Si un cuerpo no cambia de velocidad es que no tiene aceleración. Esto ocurre cuando está parado o con MRU. Por esto, Newton enunció su Primera Ley del Movimiento: 

         ''Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de MRU a menos que esté obligado a cambiar ese estado por efecto de fuerzas que se apliquen sobre él.''

         Segunda ley de Newton - Relación entre fuerzas y aceleraciones

         A partir de la Ley de la inercia podemos sacar una conclusión, en ausencia de fuerzas la aceleración de un cuerpo es cero. A partir de aqui, llegamos a la conclusión de que una fuerza produce sobre un cuerpo de masa una aceleración, pero, ¿cuál es la relación entre estas magnitudes? 

         Si ejercemos la misma fuerza a una piedra pequeña y a una piedra grande, la piedra pequeña se moverá con más aceleración, por lo tanto a mayor masa menor aceleración. 

         De estas experiencias se deduce que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa.

         La segunda ley de Newton:

         ''Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, y que no esté equilibrada, produce una aceleración que es proporcional a dicha fuerza. La constante de proporcionalidad es la masa inerte del cuerpo''

         

         Tercera ley de Newton - Acción y Reacción

         Si golpeamos una mesa, en la mano también notamos un ''dolor''. Este dolor es la fuerza que la mesa nos devuelve. Es decir, cuando nosotros aplicamos cualquier fuerza sobre un cuerpo, el cuerpo nos devuelve la misma fuerza que hayamos aplicado.

         Tras esta experiencia, podemos deducir la tercera ley de Newton:

         ''Cuando un cuerpo ejerce una fuerza (acción) sobre otro, éste ejerce otra fuerza (reacción) igual y de sentido contrario sobre el primero. Ambas fuerzas son simultáneas y se aplican sobre cuerpos diferentes''

         Ya terminando, hablaremos sobre la ley de la gravitación universal. 

Seguramente, todos conozcáis la anécdota de la manzana de Newton. Newton al ver que las manzanas se caían pensó que por qué las manzanas se caen a la Tierra y la Luna no. Basándose en las teorías de Copérnico, Galileo y Kepler, Newton consiguió saber el por qué a esta cuestión.

         La ley de la gravitación universal dice que la fuerza con la que se atraen dos cuerpos de diferente masa solamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. Es decir, la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masa m1 y m2 separados a una distancia r es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:

         Esto lo que significa es, cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se encuentren con mayor fuerza se atraerán. 

         Lo único que explica este planteamiento es la ley de la gravedad y la fuerza con la que los objetos caen, pero no explica por qué la Luna no se cae y la manzana si. Para poder plantear otro problema hay que entender más allá de la Tierra, es decir, hay que entender que los planetas giran con una órbita, y que nunca dejan de ''caer''.

         Si tenemos que disparar una bola de cañón, el proyectil se caerá al suelo. Si se dispara a 30 m/s la bola tardará un segundo en caerse y recorrerá 30 metros. Si ahora disparamos el proyectil a 40 m/s el proyectil recorrerá más espacio pero en el mismo tiempo. Entonces, lo que pensó Newton es si este proyectil es lanzado con una velocidad determinada,tardará más de un segundo en caer porque la superficie de la Tierra va curvándose bajo la bala del cañón y antes de caer el proyectil no tocará el suelo y entrará en órbita. 

         Por lo tanto, la manzana y la luna están cayendo, la diferencia es que la luna tiene un movimiento de caída permanente, mientras que la manzana cae de manera rectilínea y choca sobre la superficie de la Tierra.

 Esta misma causa es lo que produce el movimiento de los cuerpos celestes y terrestres
         

         

                 

 Después de haber explicado la ley de la gravitación universal, vamos a hacer algunas aclaraciones sobre dos tipos de fuerzas que son mencionadas habitualmente, la fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta. 

 Todos los cuerpos del universo siguen una trayectoria que puede ser rectilínea o circular. En los movimientos rectilíneos la aceleración puede cambiar (MRUA) pero la dirección del movimiento no. Para que un cuerpo se mueva de manera circular necesita que se ejerza una fuerza dirigida hacia el centro. 

 La fuerza centrifuga es la fuerza que tiende a que los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje. Si tienes una botella en la mano y la giras en el aire haciendo círculos con ella, verás que el agua de su interior forma un remolino.

 Esto se debe a que cuando un cuerpo es sometido a un movimiento circular, parece que ese objeto esté intentando escapar y alejarse del centro del movimiento.

La fuerza centrípeta es contraria a la centrífuga. Es la atracción de un objeto que gira circularmente entorno a un eje o un centro hacia ese centro. Esta fuerza, siempre actúa de manera perpendicular a la dirección del movimiento. 

         
          Esta fuerza es la que obedece a la segunda ley de Newton.

         ¿Qué tienen que ver estas fuerzas con la Luna y la manzana?

  A pesar de la atracción de la gravedad de la Tierra, la fuerza centrífuga tiende constantemente a empujar a la Luna hacia fuera. En este caso, las dos fuerzas están equilibradas. La fuerza de la gravedad entre la Luna y la Tierra actúan como fuerza centrípeta, que tiende a atraer a la Luna, que gira en su órbita hacia la Tierra.

 La velocidad orbital es la velocidad que recorre la luna en un segundo o más bien la velocidad con la que ''cae'' el planeta sobre la Luna y sobre la Tierra en un segundo.

 ¡Gracias Física ahora TODO tiene sentido!