LA HERENCIA DE NEWTON

 

Aunque hoy pueda parecernos un concepto elemental, y hasta nos cause asombro que nadie lo intuyera hasta el siglo XVII, Isaac Newton fue el primero que entendió que el movimiento de los objetos puede explicarse en base a dos tipos de magnitudes: su masa, que depende del peso, aunque no son exactamente lo mismo, y los impulsos a que se ven sometidos. Ambas suman la fuerza con que se desplazan los cuerpos. La idea nos permite entender por qué una pequeña bala disparada a gran velocidad podrá adquirir la energía suficiente para matarnos, mientras que un objeto mayor, por ejemplo una piedra, lanzada con poca fuerza, nos causará una lesión mucho menor. La fuerza depende de la masa del objeto multiplicada por su impulso, o lo que es lo mismo, su aceleración, lo que nos lleva a una de esas ecuaciones diferenciales fundamentales:

 

F = m.a

 

Es la ecuación fundamental del movimiento, y explica una gran cantidad de fenómenos físicos. Según ella, y aunque lo mejor sería que no sucediera ninguna de las dos cosas, todos preferiremos la piedra a la bala. La aceleración es una magnitud decisiva, ya que, a diferencia del peso, hace crecer exponencialmente la energía. La aceleración es la velocidad al cuadrado. Acelerar supone incrementar la velocidad por unidad de tiempo. El tiempo influye decisivamente en el resultado de la aceleración, la bala se desplaza a 100 Km por segundo, si hacemos que se desplace a 200 Km por segundo, no nos impactará con el doble de fuerza, sino con el cuádruple. La bala va muy rápida y tiene mucha energía, por eso mata. Por lo tanto, la a de la ecuación, equivale a v². La energía de un cuerpo que se desplaza se define siempre en relación a su velocidad al cuadrado. La unidad en que se mide la fuerza de un objeto en movimiento es el newton en honor a Sir Isaac.

Hacemos aquí una pequeña trampa conceptual, equiparando fuerza y energía. En realidad no son exactamente lo mismo: la energía de un sistema dado corresponde a la capacidad del sistema para realizar un trabajo, y el trabajo es el producto de la fuerza por el desplazamiento que provoca. Por eso se miden en unidades distintas. La unidad de fuerza es el newton y la de energía es el julio. Un julio es un newton por metro.

Así, según F = m.a, si una bala pesa 20 gramos y va a una velocidad de 30 metros por segundo, reduciendo los gramos a kilos, nos da 0,02 kilos por 30², es decir, 18 newtons. Si duplicamos la velocidad a 60 metros por segundo, tendremos 0,02 x 60², es decir, 72 newtons. Duplicando la velocidad hemos cuadruplicado la fuerza de la bala. Si en vez de eso, optamos por doblar el peso de la bala: 0,04 x 30² = 36 newtons, sólo la mitad de fuerza. El newton se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de un metro por segundo a un objeto de un kilo de masa.

Isaac Newton definió dos tipos de energías: potencial y cinética. La primera es la que posee todo cuerpo en reposo y en función de su masa, aunque no se manifieste. Un pisapapeles colocado en una estantería posee una energía potencial idéntica al esfuerzo que hemos realizado para ponerlo allí, elevando su masa que será de los kilos que sean. Si resbala y cae de la estantería, la energía potencial se transformará en cinética. La fórmula de Newton para la energía cinética es la siguiente:

 

E_c = ½ m.v²

 

La fórmula establece la energía cinética como la masa multiplicada por la velocidad al cuadrado. Es necesario incluir el factor ½  para conservar las paridades de las velocidades y tiempos implicados. Después de este hallazgo, Newton se devanó durante un tiempo los sesos buscando la causa de la aceleración de un objeto al caer. Y, naturalmente, terminó dando con la respuesta: la fuerza de la gravedad. Bueno, pues eso de la manzana y todo aquello…

Lo dejamos por ahora, pero la manzana y todo aquello cambió radicalmente el curso de la historia de la ciencia.

Lo que sabemos es una gota de agua. Lo que ignoramos es el océano. Sir Isaac Newton.