Isaac Newton: Fundamentos de la Física Clásica, Leyes del Movimiento y Gravitación Universal

Isaac Newton: El Arquitecto de la Ciencia Moderna

Isaac Newton es la estrella más brillante de la ciencia moderna y, según varios autores, el personaje más importante de la historia de la ciencia. El principio de relatividad de Galileo, según el cual el movimiento depende siempre del sistema de referencia del observador, impulsa a Newton a escribir los Principia. El propósito que persigue Newton es encontrar un sistema de referencia absoluto que permita distinguir con precisión entre movimiento y reposo, con independencia del sistema de referencia del observador. Así, en esta obra presenta y explica los temas clave de la nueva ciencia: espacio, tiempo, movimiento y gravitación universal.

Espacio

Se trata de un enorme e infinito recipiente vacío que contiene el universo en su interior. Es una realidad absoluta sin referencia a nada externo. Tiene primacía ontológica sobre la materia, porque puede subsistir solo, mientras que la materia necesita del espacio para existir. Es eterno y es anterior a la materia que ha sido creada en un determinado lugar del espacio y un determinado momento del tiempo.

Tiempo

Puede ser relativo y absoluto. El tiempo relativo es una medida de un movimiento tipo, que arbitrariamente se elige como referencia, por ejemplo, el día, la semana... El tiempo absoluto es homogéneo y fluye de forma uniforme, independientemente de sus contenidos, que son todas las cosas creadas. Sus partes sucesivas: pasado, presente y futuro, son iguales y no se diferencian en especial, pues se suceden continuamente unas a otras. Esta concepción admite la posibilidad del eterno retorno.

Movimiento: Las Tres Leyes de Newton

El movimiento se articula en 3 leyes fundamentales:

1. Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia): Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento rectilíneo y uniforme, a no ser que una fuerza exterior lo haga salir de él.
2. Segunda Ley de Newton (Ley de la Fuerza o Principio Fundamental de la Dinámica): F=m·a. Relaciona los conceptos de aceleración, masa y fuerza, además de introducir el concepto de aceleración. Esta segunda ley la define cuantitativamente.
3. Tercera Ley de Newton (Ley de Acción y Reacción): Sostiene que a toda fuerza se opone otra igual de signo contrario. Acción y reacción son siempre iguales.

Gravitación Universal

Según esta ley, todos los cuerpos y planetas se atraen con una fuerza que es directamente proporcional a su masa e inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias. En esta formulación están condensadas las tres leyes de Kepler.

Consideraciones sobre la Ley de la Inercia

En cuanto a la ley de inercia y la ley de gravitación universal, es necesario tener en cuenta que chocaban con el sentido común. Por un lado, la ley de inercia marca la diferencia entre la física aristotélica y la newtoniana. La física aristotélica creía que los cuerpos solo se mueven cuando están sometidos a un motor. Sin embargo, Galileo y Newton consideraron que los cuerpos se mueven al infinito de forma uniformemente rectilínea. La fuerza que se ejerce sobre los cuerpos no los pone en movimiento, solo provoca un cambio en la intensidad o el sentido de la trayectoria de su desplazamiento. Así pues, la fórmula aristotélica fue sustituida por la fórmula: "si no hay fuerza actuando, no hay cambio de movimiento". Para Aristóteles la fuerza era la causa del movimiento, mientras que para Newton era la causa de los cambios de movimiento, y estos podían ser de aceleración, deceleración o cambio de dirección. En definitiva, no es necesaria una fuerza para mantener el movimiento uniforme rectilíneo de los cuerpos.

Consideraciones sobre la Ley de la Gravitación Universal

Por lo que se refiere a esta ley, Aristóteles creía que un cuerpo no podía ejercer ninguna influencia sobre otro si no era por contacto con él. El descubrimiento de los cuerpos magnéticos, que se atraen y repelen sin estar en contacto, fue decisivo para rechazar el prejuicio del sentido común contra la acción a distancia. Newton llega a la conclusión de que la gravitación no solo es un atributo de la Tierra, sino de todo cuerpo material. Así pues, cualquier partícula de materia atrae a todas las demás y podría tener efectos a la distancia que fuera. Newton dio forma matemática a esta idea y supuso que la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. La fórmula de la gravitación universal es F=G (m₁m₂)/d². G es una constante denominada constante de gravitación y es siempre la misma para todos los tipos de materia. La tercera ley de Kepler es una consecuencia geométrica de la constante G en todo el sistema solar.