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Fisica I unidad I - Introduccion a la fisica

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  • 1. Introducción a laFísica I.Carrera de Ingeniería Industrial.Este material servirá a los alumnos y alumnas de laCarrera de Ingeniería Industrial de la UniversidadPolitécnica y Artística del Paraguay, a conocer y ainterpretar los principios de la Física Moderna, queserán de utilidad en su vida y actividades profesionalesel día de mañana. Esperando que el presente materialsea de utilidad para ellos, lo preparé con el cariño quese merecen.Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González01/10/2012
  • 2. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Tabla de contenidoFISICA I. .......................................................................................................................................... 4 Objetivo General del Curso: ...................................................................................................... 4 UNIDADES TEMATICAS A DESARROLLAR. ................................................................................. 5 Textos parar consultas: ............................................................................................................. 6CAPITULO I. – INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA. .................................................................................. 7 ¿Qué es la Física? ...................................................................................................................... 7 ¿Qué estudia la física?............................................................................................................... 9 Fenómenos físicos. .................................................................................................................. 10 Antecedentes históricos. ......................................................................................................... 10 Desarrollo de la física. ............................................................................................................. 11 La astronomía. ......................................................................................................................... 12 Grandes hombres de la física. ................................................................................................. 15 Arquímedes. ........................................................................................................................ 15 Galileo. ................................................................................................................................ 21 Képler. ................................................................................................................................. 23 Newton. ............................................................................................................................... 27 Carnot. ................................................................................................................................. 36 Joule. ................................................................................................................................... 37 Faraday. ............................................................................................................................... 39 Einstein. ............................................................................................................................... 41 Otros. ...................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.Ilustraciones del Capítulo I – Introducción a la física. ................................................................. 53Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 3UPAP – Sede Villeta.
  • 3. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAFISICA I.Objetivo General del Curso:Impartir a los estudiantes los conocimientos básicos sobre la física teórica que lespermitan comprender íntegramente los fenómenos físicos, relacionados con otrasciencias en especial aquellas relacionadas con el diseño y adecuación espacial de losedificios.Los alumnos serán capaces de inferir a partir de estos conocimientos otras situacionesde características científicas por medio del conocimiento y practica del métodocientífico. Se buscara destacar además la unidad que existe entre los diversos camposde la física aplicada y las demás disciplinas teóricas y prácticas que involucran la tareadel diseño y la construcción, haciendo notar su importancia y el alto grado deespecialización que puede alcanzarse en cada uno de ellos.Inculcar en los estudiantes el método de análisis cualitativo y cuantitativo en el estudiode los fenómenos físicos, incorporando estos conocimientos a la más correctaapreciación de cómo afectan estos fenómenos a las construcciones, desarrollando enellos esa capacidad investigativa y creativa.Luego de 2 (dos) semestres de estudios se pretende que los alumnos sean capaces dereconocer e, interpretar los fenómenos físicos y sus interacciones de tal forma a aplicarestos conocimientos a la tarea del diseño arquitectónico de un modo coherente conlas situaciones físicas del lugar, aprovechando las situaciones más favorables paradiseñar espacios arquitectónicos adecuados físicamente para la vida del hombreactual.Serán capaces además de poder encarar otros estudios de base científica aplicada a laarquitectura y la construcción, teniendo como base una solida formación en losconocimientos de los fenómenos físicos y el método de análisis cualitativo ycuantitativo de base científica.Página 4 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 4. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.UNIDADES TEMATICAS A DESARROLLAR.Introducción a la física.¿Qué estudia la física? Fenómenos físicos. Antecedentes históricos. Desarrollo de lafísica. La astronomía. Grandes hombres de la física. Arquímedes. Galileo. Kepler.Newton. Carnot. Joule. Faraday. Einstein.Magnitudes.Tipos. Sistemas de unidades. Instrumentos de medición. Sistema métrico decimal.Sistema internacional. Conversión de unidades. Representaciones graficas y analíticasde los fenómenos físicos.Estática.Fundamentos de la estática. Magnitudes vectoriales. Vector. Calculo vectorial. Fuerza.Unidades. Resultante. Fuerzas colineales y concurrentes. Suma y resta de magnitudesvectoriales. Fuerza peso. Centro de gravedad. Principio de transmisibilidad de lasfuerzas. Principio de acción y reacción. Momento de una fuerza. Unidades. Par defuerzas o cupla. Teorema de Varignon. Equilibrio. Concepto. Condiciones generales deequilibrio. Estudio de un cuerpo en equilibrio.Dinámica.Concepto. Rozamiento. Plano inclinado. Unidad de aprendizaje: Dinámica.Fundamentos de la Dinámica. Contenidos de la unidad temática. Principiosfundamentales de la Dinámica. Aportes de Sir Isaac Newton a la dinámica de loscuerpos. Fuerzas. Concepto. Tipos de fuerza. Unidades. Fuerza peso. Equilibrio. Inercia.Concepto. Principio de inercia. 1ª Ley de Newton: Principio fundamental de ladinámica. 2ª Ley de Newton. Principio de acción y reacción. 3ª Ley de Newton.Rozamiento. Tipos. Por deslizamiento y rodadura. Tipos de fuerza de rozamiento.Estática y dinámica. Expresión de la fuerza de rozamiento.Hidrostática.Unidad de aprendizaje: Hidrostática. Conceptos fundamentales. Contenidos de launidad temática. Masa especifica. Peso especifico. Densidad relativa. Presiónhidrostática. Teorema fundamental de la hidrostática (Ley de Stevin). Experiencia deTorricelli para la medición de la presión atmosférica. Presión absoluta y presiónefectiva. Vasos comunicantes. Teorema de Pascal. Prensa hidráulica. Teorema deArquímedes. Cuerpos inmersos y flotantes. Ejercicios de aplicación para cada caso.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 5UPAP – Sede Villeta.
  • 5. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAHidrodinámica.Unidad de aprendizaje: Hidrodinámica. Conceptos fundamentales. Contenidos de launidad temática. Flujos. Tipos de flujos. Caudal. Ecuación. Unidades. Ecuación decontinuidad. Teorema de Bernoulli. Resolución de problemas de flujo.Óptica.Unidad de aprendizaje: Óptica física y geométrica. Conceptos fundamentales.Contenidos de la temática. Óptica geométrica. La luz. Origen. Espectroelectromagnético. Reflexión, refracción y difracción de la luz. Espejos planos. Imágenesformadas en un espejo plano. Espejos curvos. Cóncavo y convexo. Imágenes formadasen un espejo curvo. Lentes. Tipos de lentes. Construcción y posición de la imagen enlentes. Ejercicios de aplicación.Textos parar consultas: Física. Bonjorno – Bonjorno 1 – 2 – 3. Editorial FTD. Física I y II. Maizategui – Sábato. Editorial Kapeluz. Argentina. Física 4to, 5to, 6to. Ing. M. Domínguez. Centro Editorial Paraguayo. Curso de Física. Carlos R. Miguel. Editorial Troquel. Argentina. Física General. Van Der Merwe. Series Schaum. Mac Graw Hill. Física Fundamental I y II. Fernández y Galloni. Editorial Nigar SRL. Buenos Aires. Física. Stoolberg Hill. Fundamentos y fronteras. PCSA. Fundamentos de Física. Frank J. Blatt. Prentice Hall Hispanoamericana. México. Física General. Sears. Szemansky. Versión Española. Aguiar. Física General. Ing. Juan Goñi Galarza. Editorial Ingeniería. EIRL: Lima – Perú. Física. Mecánica y Termodinámica. Alonso Rojo. Fondo Educativo Interamericano.Página 6 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 6. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.CAPITULO I. – INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA.¿Qué estudia la física? Fenómenos físicos. La arquitectura y la física, actualidad yfuturo. Antecedentes históricos. Desarrollo de la física. La astronomía. Grandeshombres de la física. Arquímedes. Galileo. Képler. Newton. Carnot. Joule. Faraday.Einstein. Otros.¿Qué es la Física? La física es una ciencia que estudia sistemáticamente los fenómenos naturales,tratando de encontrar las leyes básicas que los rigen. Utiliza las matemáticas como sulenguaje y combina estudios teóricos con experimentales para obtener las leyescorrectas. Se establece que una ley física es correcta cuando su comprobación daresultados positivos. La palabra física se deriva del vocablo griego physos, que significa naturaleza.Como todas las ciencias, ésta era inicialmente parte de la filosofía, es decir, formabaparte de la investigación dirigida a entender el mundo a través del análisis cuidadoso.La parte de esta disciplina que explora la condición humana se llama aún filosofía, peroaquélla dedicada al estudio de la naturaleza, inicialmente llamada filosofía natural, sebifurcó en varias ramas. Una de ellas es la física. Las leyes físicas establecen relaciones matemáticas entre los elementos de unsistema físico y su carácter de verdad científica tiene rangos de validez que sondeterminados por la experiencia. Por ejemplo, la mecánica de Newton es correcta siempre que los objetos adescribir se muevan con velocidades muy pequeñas comparadas con la de la luz.Mientras que la teoría especial de la relatividad de Einstein es válida para objetosmoviéndose a cualquier velocidad, incluso cercanas a la luz, pero deja de serlo cuandolas dimensiones espaciales involucradas son tan grandes que el carácter curvo delespacio empieza a manifestarse. Como resultado de lo anterior, la física es una ciencia en cambio permanentehacia una búsqueda de leyes con rangos de validez cada vez más amplios. Dentro delrango de validez de un conjunto de leyes físicas, éstas tienen carácter predictivo, esdecir, dadas determinadas condiciones experimentales, sabemos de antemano lo queva ocurrir. Así las teorías físicas tienen repercusiones tecnológicas, por ejemplo, todo eldesarrollo que gira en torno a la industria eléctrica descansa en el conocimiento previode las leyes fundamentales del electromagnetismo, sintetizadas en las ecuaciones deMaxwell. A la inversa, existen desarrollos tecnológicos con repercusiones en la física,como es el caso del mejoramiento de las bombas de vacío a partir de 1.855, lo cual dioFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 7UPAP – Sede Villeta.
  • 7. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAlugar a los tubos de vacío para albergar dispositivos en los cuales se produjeron losprimeros rayos X y rayos catódicos. Del estudio de estos últimos surgió eldescubrimiento del electrón. En términos sintéticos la física cuenta con cuatro pilares básicos, a saber: lamecánica clásica, cuyo propósito es estudiar las leyes que gobiernan el movimiento delos cuerpos; la electrodinámica clásica, dedicada al estudio de los fenómenos queinvolucran cargas electromagnéticas; la física cuántica, utilizada para describir elmundo macroscópico bajo la hipótesis de que están formados por cuerposmicroscópicos cuyas leyes conocemos; y la termodinámica y física estadística, utilizadapara estudiar a los sistemas formados por muchas partículas, como por ejemplo losfluidos (gases y líquidos). Sobre estos pilares descansan ramas de la física tan importantes como la teoríadel estado sólido, la óptica, la física molecular, la física de altas energías, etc. El edificiode conocimientos es tan amplio que los físicos llegan a entrar en contacto con temastan disímiles como: los organismos vivos o partes de ellos y como la estructura deluniverso. El próximo siglo avizora una ciencia física en contacto con problemasprovenientes de la química, la biología, la astronomía, las ciencias de la salud, etc.La física y otras ciencias. Como la naturaleza es única, la ciencia también lo es. Sin embargo, con el objetode facilitar su estudio, se ha dividido en varias ramas. La frontera entre estas ramas de la ciencia, es difícil de demarcar; el desarrollode cada una está ligado al avance de las otras ramas. Sin embargo, se destaca GalileoGalilei, quien estableció el método deductivo experimental, dando de esta formanacimiento a la ciencia moderna. Es así, como con la Física se estableció el métodocientífico de investigación y actualmente ningún avance puede realizarse sin susprocedimientos y contenidos. La Física: ciencia que estudia las propiedades de la materia y las leyes quetienden a modificar su estado o su movimiento sin cambiar su naturaleza. La Química: ciencia que estudia la naturaleza y las propiedades de los cuerpossimples, la acción molecular de los mismos y las combinaciones debidas a dichasacciones. La Biología: ciencia que estudia las leyes de la vida. La Astronomía: ciencia que trata de la posición, movimiento y constitución delos cuerpos celestes.Página 8 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 8. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. La Geología: ciencia que tiene por objeto el estudio de la materia quecompone el globo terrestre, su naturaleza, su situación y las causas que la handeterminado. La Ingeniería: aplicación de las ciencias físico – matemáticas a la invención,perfeccionamiento y utilización de la técnica industrial.¿Qué estudia la física? La física estudia los cambios experimentados por los cuerpos que no afectan lanaturaleza o composición. Para estudiar los fenómenos físicos, los científicos organizansu trabajo en forma ordenada y sistemática. Este procedimiento recibe el nombre demétodo científico. El Método Científico tiene las siguientes fases: observación, formulación de unahipótesis, experimentación y formulación de una ley científica. La observación consiste en un examen atento de un fenómeno natural. Puedesobservar, por ejemplo, que una pelota aumenta suvelocidad a medida que cae hacia el suelo. Puedes tomarnotas sobre el tiempo que tarda en caer desde diferentesalturas, o sobre otros detalles que tengan interés. Estaobservación puede llevarte a plantear alguna pregunta y aintentar darle una respuesta, entonces estás elaborandouna hipótesis. Para comprobar que una hipótesis es cierta, tendrásque pasar a experimentarla. La experimentación consisteen la repetición del fenómeno observado encircunstancias diferentes, analizando y estudiando losresultados, como hizo Benjamín Franklin con la cometa y Ilustración 1. Experimento deel rayo. Benjamín Franklin con la cometa y el rayo. Si la hipótesis es correcta, se transforma en una teoría, que parece ser ciertasiempre. Cuando una teoría tiene éxito, se convierte en una ley científica. Dicha leyexplica y predice qué pasa siempre que se da cierto fenómeno. Las leyes de newton,por ejemplo, explican la caída de la pelota hacia el suelo. A lo largo de la historia de la ciencia se han revisado, corregido o ampliadoalguna de estas leyes, para explicar mejor un nuevo hecho observado. La teoría de larelatividad de Einstein es más precisa que las leyes de Newton, para explicar elmovimiento de un objeto que viaje a velocidades altas, próximas a la velocidad de laluz.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 9UPAP – Sede Villeta.
  • 9. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA Las leyes científicas pueden representarse, la mayoría de las veces, por lafórmula, que es una ecuación matemática que relaciona numéricamente las variablesque intervienen, y que nos permite calcular resultados sin tener que repetir la fase deexperimentación.Fenómenos físicos. Los procesos o fenómenos físicos son aquellos procesos en los que no cambia lacomposición de una sustancia, es decir, son aquellos cambios reversibles, ya que noocurren cambios de energía y se detectan por observación o por medición, no originannuevas sustancias en su proceso, por ejemplo: doblar o torcer un alambre Son aquellos que se distinguen a simple vista ya que no se modifica lacomposición química de la sustancia y no se forman nuevas sustancias. Por ejemplo elproceso de fusión o el de ebullición. Algunas características de muchos fenómenosfísicos son: Repetitividad. El fenómeno se puede repetir con las mismas sustancias iniciales. Reversibilidad. El cambio que experimenta la sustancia no es permanente.Antecedentes históricos. Desde los tiempos de los antiguos griegos, los filósofos han especulado que laaparente diversidad de apariencias oculta una subyacente unidad, y por lo tanto que lalista de las fuerzas puede ser acortada, de hecho que puede tener una sola entrada. Por ejemplo, la filosofía mecánica del siglo XVII propuso que todas las fuerzaspodrían en últimas reducirse a una fuerza de contacto entre pequeñas partículassólidas. Esto se abandonó después de la aceptación de las fuerzas gravitacionales alarga distancia propuestas por Isaac Newton; pero al mismo tiempo el trabajo deNewton en su Principia proveyeron la primera dramática evidencia empírica de launificación de fuerzas que en ese momento parecían diferentes: el trabajo de Galileoen la gravitación terrestre, las leyes de Kepler del movimiento planetario y losfenómenos de mareas fueron todas cuantitativamente explicadas por una simple ley,llamada de la gravitación universal. En 1820, Hans Christian Oersted descubrió una conexión entre la electricidad y elmagnetismo; muchas décadas de trabajo culminaron en la teoría delelectromagnetismo de James Clerk Maxwell. También durante los siglos XIX y XX,gradualmente fueron apareciendo muchos ejemplos de fuerzas de contacto,elasticidad, viscosidad, fricción, presión- resultados de las interacciones eléctricasentre pequeñísimas partículas de la materia.Página 10 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 10. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. A finales de 1920, la nueva mecánica cuántica mostró que las interaccionesquímicas se trataban de fuerzas eléctricas (cuánticas), justificando lo que Dirac habíadicho sobre que las leyes físicas necesarias para la teoría matemática de una granparte de físicos y químicos eran entonces completamente conocidas. Los intentos de unificar gravedad con magnetismo se remontan a losexperimentos de 1849-50 de Michael Faraday. Después de la teoría gravitatoria (relatividad general) de Einstein publicada en1915, la búsqueda de una teoría del campo unificado que combine gravedad conelectromagnetismo se tornó más seria. Al mismo tiempo, se hizo plausible el decir queno existían más fuerzas fundamentales. Prominentes contribuciones fueron lasotorgadas por Gunnar Nordstrom, Hermann Weyl, Arthur Eddington, Theodor Kaluza,Oskar Klein, y la más notable dada por Einstein y sus colaboradores. Ninguna de estaspropuestas tuvo éxito. La búsqueda fue interrumpida por el descubrimiento de las fuerzas débil yfuerte, que no podían ser agregadas dentro de la gravedad o el electromagnetismo.Otro obstáculo fue la aceptación que la mecánica cuántica tuvo que ser incorporadadesde el inicio, no emergió como una consecuencia de la determinística teoríaunificada, como Einstein esperaba. Gravedad y Electromagnetismo pueden siemprecoexistir pacíficamente como tipos de fuerzas de Newton, pero por muchos años se haobservado que la gravedad no puede ser incorporada en el panorama cuántico,dejándola sola al unificarse con otras fuerzas fundamentales. Por esta razón estetrabajo de unificación en el siglo XX se focalizó en entender las tres fuerzas"cuánticas": electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles y fuertes. Las dosprimeras fueron unificadas en 1967-8 por Sheldon Glashow, Steven Weinberg, y AbdusSalam. Las fuerzas fuerte y la electrodébil coexisten en el modelo estándar departículas, pero se mantienen distintas. Muchas teorías unificadas (o GUT por sus siglasen inglés) han sido propuestas para unificarlas. Aunque la simpleza de las GUTs hansido descartadas en la experiencia, la idea general, especialmente cuando se vinculacon las supersimetrías, continúa firmemente a favor de la comunidad teórica de física.Desarrollo de la física.Física clásica: Se estima que en la fecha de 1880 casi toda la física ya estaba explicadamediante las leyes de Newton, las teorías de Maxwell sobre el electromagnetismo, ylas teorías termodinámicas de Bolzmann. Pero sin embargo, posterioresdescubrimientos abrirían una brecha en esa ficticia seguridad de conocimiento querevolucionaría el final del siglo XIX. En 1895 Conrad Roentgen descubre los rayos X, imperceptibles por la vistahumana, se abre así un mundo invisible al ser humano que continuó con elFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 11UPAP – Sede Villeta.
  • 11. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAdescubrimiento del electrón por Jhon Thomson y el descubrimiento de los rayoscatódicos de Michelson. Comenzaba una nueva era abierta a todo tipo de teorías ydiscusiones. Un nuevo desafío que marcaría las pautas y los antecedentes a la nuevafísica moderna.Física moderna: A principios del siglo XX aparecen dos nuevas teorías que cambiaron la forma decomprender el mundo de la física. Estas teorías fueron: - La teoría quántica. - La Relatividad.Física nuclear: Allá por los principios de la década de los años 30 se descubre el isótopo delhidrógeno, atribuido a Clayton Urey. Posteriormente los famosos estudios sobre la radiación artificial de manos delmatrimonio Irene y Frederic Curie concluyeron con la formación del primer núcleoradiactivo, año 1933, que revolucionaría el mundo de otras ciencias como la medicina,la química o su empleo en arqueología, etc. Pero no todos estos avances tenían connotaciones positivas para el ser humano.En 1945 se fabricó el primer reactor nuclear cuya finalidad era la de abastecer deenergía eléctrica, pero ese mismo año también se fabricó la primera bomba atómica, ala que le siguió la bomba de fusión o bomba de hidrógeno.Relación de la física con otras ciencias Se relaciona con ciencias naturales como: la biología, la química, geología,astronomía y medicina y también con las ciencias interdisciplinarias como: la biofísica,geofísica, y astrofísica.La astronomía. La astronomía es la ciencia que se compone del estudio de los cuerpos celestesdel Universo, incluidos los planetas y sus satélites, los cometas y meteoroides, lasestrellas y la materia interestelar, los sistemas de estrellas, gas y polvo llamadosgalaxias y los cúmulos de galaxias; por lo que estudia sus movimientos y los fenómenosligados a ellos. Su registro y la investigación de su origen viene a partir de lainformación que llega de ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquierotro medio. La astronomía ha estado ligada al ser humano desde la antigüedad y todasPágina 12 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 12. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.las civilizaciones han tenido contacto con esta ciencia. Personajes como Aristóteles,Tales de Mileto, Anaxágoras, Aristarco de Samos, Hiparco de Nicea, Claudio Ptolomeo,Hipatia de Alejandría, Nicolás Copérnico, Santo Tomás de Aquino, Tycho Brahe,Johannes Kepler, Galileo Galilei, han sido algunos de sus cultivadores. Es una de las pocas ciencias en las que los aficionados aún pueden desempeñarun papel activo, especialmente en el descubrimiento y seguimiento de fenómenoscomo curvas de luz de estrellas variables, descubrimiento de asteroides y cometas, etc. Etimológicamente, la palabra "astronomía" proviene del latín astronomĭa, que asu vez deriva del griego αστρονομία (astronomía compuesto por άςτρον astron«estrella» y seguido de νόμος nomos «regla, norma»). La mayor parte de las cienciasutilizan el sufijo griego λογια (logía «tratado, estudio»), como por ejemplocosmología y biología. De hecho, "astronomía" debía propiamente haberse llamado"astrología", pero esta denominación ha sido usurpada por la pseudociencia que hoyen día es conocida con dicho nombre. Por ello no debe confundirse la astronomía conla astrología. Aunque ambas comparten un origen común, son muy diferentes.Mientras que la astronomía es una ciencia estudiada a través del método científico, laastrología es una pseudociencia que sigue un sistema de creencias no probadas oabiertamente erróneas. En general se encarga de estudiar la supuesta influencia de losastros sobre la vida de los hombres. En casi todas las religiones antiguas existía la cosmogonía, que intentaba explicarel origen del universo, ligando éste a los elementos mitológicos. La historia de laastronomía es tan antigua como la historia del ser humano. Antiguamente se ocupaba,únicamente, de la observación y predicciones de los movimientos de los objetosvisibles a simple vista, quedando separada durante mucho tiempo de la Física. EnSajonia-Anhalt, Alemania, se encuentra el famoso Disco celeste de Nebra, que es larepresentación más antigua conocida de la bóveda celeste. Quizá fueron losastrónomos chinos quienes dividieron, por primera vez, el cielo en constelaciones. EnEuropa, las doce constelaciones que marcan el movimiento anual del Sol fuerondenominadas constelaciones zodiacales. Los antiguos griegos hicieron importantescontribuciones a la astronomía, entre ellas, la definición de magnitud. La astronomíaprecolombina poseía calendarios muy exactos y parece ser que las pirámides de Egiptofueron construidas sobre patrones astronómicos muy precisos. A pesar de la creencia común, los griegos sabían de la redondez y la esfericidadde la Tierra. No pasó desapercibido para ellos el hecho de que la sombra de la Tierraproyectada en la Luna era redonda, ni que su superficie es obviamente esférica puestoque, entre otras razones, no se ven las mismas constelaciones en el norte delMediterráneo que en el sur. En el modelo aristotélico lo celestial pertenecía a laperfección -"cuerpos celestes perfectamente esféricos moviéndose en órbitascirculares perfectas"-, mientras que lo terrestre era imperfecto; estos dos reinos seconsideraban como opuestos. Aristóteles defendía la teoría geocéntrica paradesarrollar sus postulados. Fue probablemente Eratóstenes quien diseñara la esferaFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 13UPAP – Sede Villeta.
  • 13. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAarmilar que es un astrolabio para mostrar el movimiento aparente de las estrellasalrededor de la tierra. La astronomía observacional estuvo casi totalmente estancada en Europadurante la Edad Media, a excepción de algunas aportaciones como la de Alfonso X elSabio con sus tablas alfonsíes, o los tratados de Alcabitius, pero floreció en el mundocon el Imperio persa y la cultura árabe. Al final del siglo X, un gran observatorio fueconstruido cerca de Teherán (Irán), por el astrónomo persa Al-Khujandi, quien observóuna serie de pasos meridianos del Sol, lo que le permitió calcular la oblicuidad de laeclíptica. También en Persia, Omar Khayyam elaboró la reforma del calendario que esmás preciso que el calendario juliano acercándose al Calendario Gregoriano. A finalesdel siglo IX, el astrónomo persa Al-Farghani escribió ampliamente acerca delmovimiento de los cuerpos celestes. Su trabajo fue traducido al latín en el siglo XII.Abraham Zacuto fue el responsable en el siglo XV de adaptar las teorías astronómicasconocidas hasta el momento para aplicarlas a la navegación de la marina portuguesa.Ésta aplicación permitió a Portugal ser la puntera en el mundo de los descubrimientosde nuevas tierras fuera de Europa.Revolución científica Durante siglos, la visión geocéntrica de que el Sol y otros planetas girabanalrededor de la Tierra no se cuestionó. Esta visión era lo que para nuestros sentidos seobservaba. En el Renacimiento, Nicolás Copérnico propuso el modelo heliocéntrico delSistema Solar. Su trabajo De Revolutionibus Orbium Coelestium fue defendido,divulgado y corregido por Galileo Galilei y Johannes Kepler, autor de HarmonicesMundi, en el cual se desarrolla por primera vez la tercera ley del movimientoplanetario. Galileo añadió la novedad del uso del telescopio para mejorar sus observaciones.La disponibilidad de datos observacionales precisos llevó a indagar en teorías queexplicasen el comportamiento observado. Al principio sólo se obtuvieron reglas ad-hoc, cómo las leyes del movimiento planetario de Kepler, descubiertas a principios delsiglo XVII. Fue Isaac Newton quien extendió hacia los cuerpos celestes las teorías de lagravedad terrestre y conformando la Ley de la gravitación universal, inventando así lamecánica celeste, con lo que explicó el movimiento de los planetas y consiguiendo unirel vacío entre las leyes de Kepler y la dinámica de Galileo. Esto también supuso laprimera unificación de la astronomía y la física. Tras la publicación de los Principios Matemáticos de Isaac Newton (que tambiéndesarrolló el telescopio reflector), se transformó la navegación marítima. A partir de1670 aproximadamente, utilizando instrumentos modernos de latitud y los mejoresrelojes disponibles se ubicó cada lugar de la Tierra en un planisferio o mapa,calculando para ello su latitud y su longitud. La determinación de la latitud fue fácilpero la determinación de la longitud fue mucho más delicada. Los requerimientos de lanavegación supusieron un empuje para el desarrollo progresivo de observacionesPágina 14 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 14. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.astronómicas e instrumentos más precisos, constituyendo una base de datos crecientepara los científicos. A finales del siglo XIX se descubrió que, al descomponer la luz del Sol, se podíanobservar multitud de líneas de espectro (regiones en las que había poca o ninguna luz).Experimentos con gases calientes mostraron que las mismas líneas podían serobservadas en el espectro de los gases, líneas específicas correspondientes adiferentes elementos químicos. De esta manera se demostró que los elementosquímicos en el Sol (mayoritariamente hidrógeno) podían encontrarse igualmente en laTierra. De hecho, el helio fue descubierto primero en el espectro del Sol y sólo mástarde se encontró en la Tierra, de ahí su nombre. Se descubrió que las estrellas eran objetos muy lejanos y con el espectroscopiose demostró que eran similares al Sol, pero con una amplia gama de temperaturas,masas y tamaños. La existencia de la Vía Láctea como un grupo separado de estrellasno se demostró sino hasta el siglo XX, junto con la existencia de galaxias externas y,poco después, la expansión del universo, observada en el efecto del corrimiento alrojo. La astronomía moderna también ha descubierto una variedad de objetos exóticoscomo los quásares, púlsares, radiogalaxias, agujeros negros, estrellas de neutrones, yha utilizado estas observaciones para desarrollar teorías físicas que describen estosobjetos. La cosmología hizo grandes avances durante el siglo XX, con el modelo del BigBang fuertemente apoyado por la evidencia proporcionada por la astronomía y lafísica, como la radiación de fondo de microondas, la Ley de Hubble y la abundanciacosmológica de los elementos químicos. Durante el siglo XX, la espectrometría avanzó, en particular como resultado delnacimiento de la física cuántica, necesaria para comprender las observacionesastronómicas y experimentales.Grandes hombres de la física.Arquímedes. Arquímedes de Siracusa (en griego antiguoἈρχιμήδησ) (Siracusa (Sicilia), ca. 287 a. C. – ibídem,ca. 212 a. C.) fue un matemático griego, físico,ingeniero, inventor y astrónomo. Aunque se conocenpocos detalles de su vida, es considerado uno de loscientíficos más importantes de la antigüedad clásica. Ilustración 2. Arquímedes en la tinaja.Entre sus avances en física se encuentran sus fundamentos en hidrostática, estática yla explicación del principio de la palanca. Es reconocido por haber diseñadoinnovadoras máquinas, incluyendo armas de asedio y el tornillo de Arquímedes, quelleva su nombre. Experimentos modernos han probado las afirmaciones de queFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 15UPAP – Sede Villeta.
  • 15. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAArquímedes llegó a diseñar máquinas capaces de sacar barcos enemigos del agua oprenderles fuego utilizando una serie de espejos. Se considera que Arquímedes fue uno de los matemáticos más grandes de laantigüedad y, en general, de toda la historia. Usó el método exhaustivo para calcular elárea bajo el arco de una parábola con el sumatorio de una serie infinita, y dio unaaproximación extremadamente precisa del número Pi. También definió la espiral quelleva su nombre, fórmulas para los volúmenes de las superficies de revolución y uningenioso sistema para expresar números muy largos. Arquímedes murió durante el sitio de Siracusa (214–212 a. C.), cuando fueasesinado por un soldado romano, a pesar de que existían órdenes de que no se lehiciese ningún daño. A diferencia de sus inventos, los escritos matemáticos de Arquímedes no fueronmuy conocidos en la antigüedad. Los matemáticos de Alejandría lo leyeron y lo citaron,pero la primera compilación integral de su obra no fue realizada hasta c. 530 d. C. porIsidoro de Mileto. Los comentarios de las obras de Arquímedes escritas por Eutocio enel siglo VI las abrieron por primera vez a un público más amplio. Las relativamentepocas copias de trabajos escritos de Arquímedes que sobrevivieron a través de la EdadMedia fueron una importante fuente de ideas durante el Renacimiento, mientras queel descubrimiento en 1906 de trabajos desconocidos de Arquímedes en el Palimpsestode Arquímedes ha ayudado a comprender cómo obtuvo sus resultados matemáticos. Hay pocos datos fiables sobre la vida de Arquímedes. Sin embargo, todas lasfuentes coinciden en que era natural de Siracusa y que murió durante el desenlace delsitio de Siracusa. Arquímedes nació c. 287 a. C. en el puerto marítimo de Siracusa(Sicilia, Italia), ciudad que en aquel tiempo era una colonia de la Magna Grecia.Conociendo la fecha de su muerte, la aproximada fecha de nacimiento está basada enuna afirmación del historiador bizantino Juan Tzetzes, que afirmó que Arquímedesvivió hasta la edad de 75 años. Según una hipótesis de lectura basada en un pasajecorrupto de El contador de arena -cuyo título en griego es ψαμμίτησ (Psammites)-,Arquímedes menciona el nombre de su padre, Fidias, un astrónomo. Plutarco escribió en su obra Vidas paralelas (Vida de Marcelo, 14, 7) queArquímedes estaba emparentado con el tirano Hierón II de Siracusa. Se sabe que unamigo de Arquímedes, Heráclides, escribió una biografía sobre él pero este libro no seconserva, perdiéndose así los detalles de su vida. Se desconoce, por ejemplo, si algunavez se casó o tuvo hijos. Entre los pocos datos ciertos, sobre su vida, Diodoro Sículo nos aporta uno segúnla cual es posible que Arquímedes, durante su juventud, estudiase en Alejandría, enEgipto. El hecho de que Arquímedes se refiera en sus obras a científicos cuya actividadse desarrollaba en esa ciudad, abona la hipótesis: de hecho, Arquímedes se refiere aConon de Samos como su amigo en Sobre la esfera y el cilindro, y dos de sus trabajosPágina 16 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 16. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.(El Método de los Teoremas Mecánicos y el Problema del Ganado) están dedicados aEratóstenes de Cirene. Arquímedes murió c. 212 a. C. durante la Segunda Guerra Púnica, cuando lasfuerzas romanas al mando del general Marco Claudio Marcelo capturaron la ciudad deSiracusa después de un asedio de dos años de duración. Arquímedes se distinguióespecialmente durante el sitio de Siracusa, en el que desarrolló armas para la defensade la ciudad. Polibio, Plutarco, y Tito Livio describen, precisamente, su labor en ladefensa de la ciudad como ingeniero, desarrollando piezas de artillería y otrosartefactos capaces de mantener a raya al enemigo. Plutarco, en sus relatos, llega adecir que los romanos se encontraban tan nerviosos con los inventos de Arquímedesque la aparición de cualquier viga o polea en las murallas de la ciudad era suficientecomo para provocar el pánico entre los sitiadores. Arquímedes fue asesinado al final del asedio por un soldado romano,contraviniendo las órdenes del general romano, Marcelo, de respetar la vida del granmatemático griego. Existen diversas versiones de la muerte de Arquímedes: Plutarco,en su relato, nos da hasta tres versiones diferentes. De acuerdo con su relato máspopular, Arquímedes estaba contemplando un diagrama matemático cuando la ciudadfue tomada. Un soldado romano le ordenó ir a encontrarse con el General, peroArquímedes hizo caso omiso a esto, diciendo que tenía que resolver antes el problema.El soldado, enfurecido ante la respuesta, mató a Arquímedes con su espada. Sinembargo, Plutarco también brinda otros dos relatos menos conocidos de la muerte deArquímedes, el primero de los cuales sugiere que podría haber sido asesinadomientras intentaba rendirse ante un soldado romano, y mientras le pedía más tiempopara poder resolver un problema en el que estaba trabajando. De acuerdo con latercera historia, Arquímedes portaba instrumentos matemáticos, y fue asesinadoporque el soldado pensó que eran objetos valiosos. Tito Livio, por su parte, se limita adecir que Arquímedes estaba inclinado sobre unos dibujos que había trazado en elsuelo cuando un soldado que desconocía quién era, le mató. En cualquier caso, segúntodos los relatos, el general Marcelo se mostró furioso ante la muerte de Arquímedes,debido a que lo consideraba un valioso activo científico, y había ordenado previamenteque no fuera herido. Las últimas palabras atribuidas a Arquímedes fueron "No molestes mis círculos",en referencia a los círculos en el dibujo matemático que supuestamente estabaestudiando cuando lo interrumpió el soldado romano. La frase es a menudo citada enlatín como "Noli turbare circulos meos", pero no hay evidencia de que Arquímedespronunciara esas palabras y no aparecen en los relatos de Plutarco. Cicerón describe la tumba de Arquímedes, que habría visitado, e indica quesobre ella se había colocado una esfera inscrita dentro de un cilindro. Arquímedeshabía probado que el volumen y el área de la esfera son dos tercios de los del cilindro,incluyendo sus bases, lo cual consideró el más grande de sus descubrimientosmatemáticos. En el año 75 a. C., 137 años después de su muerte, el orador romanoFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 17UPAP – Sede Villeta.
  • 17. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETACicerón estaba sirviendo como cuestor en Sicilia y escuchó historias acerca de la tumbade Arquímedes, pero ninguno de los locales fue capaz de decirle dónde se encontrabaexactamente. Finalmente, encontró la tumba cerca de la puerta de Agrigento enSiracusa, en una condición descuidada y poblada de arbustos. Cicerón limpió la tumba,y así fue capaz de ver la talla y leer algunos de los versos que se habían escrito en ella. Los relatos sobre Arquímedes fueron escritos por los historiadores de la antiguaRoma mucho tiempo después de su muerte. El relato de Polibio sobre el asedio aSiracusa en su obra Historias (libro VIII) fue escrito alrededor de setenta años despuésde la muerte de Arquímedes, y fue usado como fuente de información por Plutarco yTito Livio. Este relato ofrece poca información sobre Arquímedes como persona, y seenfoca en las máquinas de guerra que se decía que había construido para defender laciudadLa corona dorada Una de las anécdotas más conocidas sobre Arquímedes cuenta cómo inventó unmétodo para determinar el volumen de un objeto con una forma irregular. De acuerdocon Vitruvio, Hierón II ordenó la fabricación de una nueva corona con forma de coronatriunfal, y le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha sólo de oro o si,por el contrario, un orfebre deshonesto le había agregado plata en su realización.Arquímedes tenía que resolver el problema sin dañar la corona, así que no podíafundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su masa y volumen, a partir deahí, su densidad. Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en labañera cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría ser usado paradeterminar el volumen de la corona. Debido a que el agua no se puede comprimir, lacorona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen.Al dividir el peso de la corona por el volumen de agua desplazada se podría obtener ladensidad de la corona. La densidad de la corona sería menor que la densidad del oro siotros metales menos densos le hubieran sido añadidos. Cuando Arquímedes, duranteel baño, se dio cuenta del descubrimiento, se dice que salió corriendo desnudo por lascalles, y que estaba tan emocionado por su hallazgo que olvidó vestirse. Según elrelato, en la calle gritaba "¡Eureka!" (en griego antiguo: "εὕρηκα" que significa "¡Lo heencontrado!") Sin embargo, la historia de la corona dorada no aparece en los trabajosconocidos de Arquímedes. Además, se ha dudado que el método que describe lahistoria fuera factible, debido a que habría requerido un nivel de exactitud extremopara medir el volumen de agua desplazada. En lugar de esto, Arquímedes podría haber buscado una solución en la queaplicaba el principio de la hidrostática conocido como el principio de Arquímedes,descrito en su tratado Sobre los cuerpos flotantes. Este principio plantea que todocuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual alpeso del líquido desalojado. Usando este principio, habría sido posible comparar laPágina 18 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 18. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.densidad de la corona dorada con la de oro puro al usar una balanza. Situando en unlado de la balanza la corona objeto de la investigación y en el otro una muestra de oropuro del mismo peso, se procedería a sumergir la balanza en el agua; si la coronatuviese menos densidad que el oro, desplazaría más agua debido a su mayor volumeny experimentaría un mayor empuje que la muestra de oro. Esta diferencia deflotabilidad inclinaría la balanza como corresponde. Galileo creía que este método era"probablemente el mismo que usó Arquímedes, debido a que, además de ser muyexacto, se basa en demostraciones descubiertas por el propio Arquímedes". Alrededordel año 1586, Galileo Galilei inventó una balanza hidrostática para pesar metales enaire y agua que aparentemente estaría inspirada en la obra de Arquímedes.El Siracusia y el tornillo de Arquímedes Una gran parte del trabajo de Arquímedes en el campo de la ingeniería surgiópara satisfacer las necesidades de su ciudad natal, Siracusa. El escritor griego Ateneode Náucratis cuenta que Hierón II le encargó a Arquímedes el diseño de un enormebarco, el Siracusia, que construyó Arquias de Corinto bajo su supervisión. El barcopodía ser usado para viajes lujosos, cargar suministros y como barco de guerra.Finalmente su nombre fue cambiado por el de Alejandría, cuando fue enviado comoregalo, junto a un cargamento de grano, al rey Ptolomeo III de Egipto. Se dice que el Siracusia fue el barco más grande de la antigüedad clásica. SegúnAteneo, era capaz de cargar 600 personas e incluía entre sus instalaciones jardinesdecorativos, un gimnasio y un templo dedicado a la diosa Afrodita. Debido a que unbarco de esta envergadura dejaría pasar grandes cantidades de agua a través delcasco, el tornillo de Arquímedes supuestamente fue inventado a fin de extraer el aguade la sentina. La máquina de Arquímedes era un mecanismo con una hoja con formade tornillo dentro de un cilindro. Se hacía girar a mano, y también podía utilizarse paratransferir agua desde masas de aguas bajas a canales de irrigación. De hecho, eltornillo de Arquímedes sigue usándose hoy en día para bombear líquidos y sólidossemifluidos, como carbón, hielo y cereales. El tornillo de Arquímedes, tal como lodescribió Marco Vitruvio en los tiempos de Roma, puede haber sido una mejora deltornillo de bombeo que fue usado para irrigar los jardines colgantes de Babilonia.Otros descubrimientos e invenciones Si bien Arquímedes no inventó la palanca, sí escribió la primera explicaciónrigurosa conocida del principio que entra en juego al accionarla. Según Pappus deAlejandría, debido a su trabajo sobre palancas comentó: "Denme un punto de apoyo ymoveré el mundo". (en griego: δῶ μοι πᾶ ςτῶ καὶ τὰν γᾶν κινάςω) Plutarco describe σcómo Arquímedes diseñó el sistema de polipasto, permitiendo a los marineros usar elprincipio de palanca para levantar objetos que, de otro modo, hubieran sidodemasiado pesados como para moverlos.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 19UPAP – Sede Villeta.
  • 19. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA También se le ha acreditado a Arquímedes haber aumentado el poder y laprecisión de la catapulta, así como haber inventado el odómetro durante la PrimeraGuerra Púnica. El odómetro fue descrito como un carro con un mecanismo deengranaje que tiraba una bola en un contenedor después de cada milla recorrida.Además, en el intento de medir la dimensión aparente del sol, utilizando una reglagraduada, Arquímedes, para tratar de reducir la imprecisión de la medida, probó amedir el diámetro de la pupila del ojo humano. Utilizando ese dato en sus cálculoslogró una estimación mejor del diámetro solar. Cicerón (106 a. C.–43 a. C.) menciona a Arquímedes brevemente en su diálogoDe re publica, en el cual describe una conversación ficticia en el año 129 a. C.. Se diceque, después de la captura de Siracusa c. 212 a. C., el General Marco Claudio Marcelollevó de vuelta a Roma dos mecanismos que se usaban como herramientas paraestudios astronómicos, que mostraban los movimientos del Sol, la Luna y cincoplanetas. Cicerón menciona mecanismos similares diseñados por Tales de Mileto yEudoxo de Cnidos. El diálogo dice que Marcelo guardó uno de los mecanismos como subotín personal de Siracusa y donó el otro al Templo de la Virtud en Roma. De acuerdoa Cicerón, Cayo Sulpicio Galo hizo una demostración del mecanismo de Marcelo, y lodescribió así:Hanc sphaeram Gallus cum moveret, fiebat Cuando Galo movió el globo, ocurrió que laut soli luna totidem conversionibus in aere Luna siguió al Sol tantas vueltas en ese inventoillo quot diebus in ipso caelo succederet, ex de bronce como en el cielo mismo, por lo quequo et in caelo sphaera solis fieret eadem también en el cielo el globo solar llegó a tenerilla defectio, et incideret luna tum in eam ese mismo alejamiento, y la Luna llegó a esametam quae esset umbra terrae, cum sol e posición en la cual estaba su sombra sobre laregione. Tierra, cuando el Sol estaba en línea. Esta descripción corresponde a la de un planetario. Pappus de Alejandría dijo queArquímedes había escrito un manuscrito (ahora perdido) acerca de la construcción deestos mecanismos que se titulaba "Sobre hacer esferas". Investigaciones modernas enesta área se han enfocado en el mecanismo de Antiquitera, otro mecanismo de laantigüedad clásica probablemente diseñado con el mismo propósito. Construirmecanismos de este tipo debería haber requerido un sofisticado conocimiento deengranajes diferenciales y se solía pensar que esto iba más allá del alcance de latecnología disponible en esos tiempos, pero el descubrimiento del mecanismo deAntiquitera en 1902 vino a confirmar que esta clase de artefactos eran conocidos porlos antiguos griegos.Página 20 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 20. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Galileo. Galileo Galilei (Pisa, 15 de febrero de 1564 -Florencia, 8 de enero de 1642), fue un astrónomo,filósofo, matemático y físico italiano que estuvorelacionado estrechamente con la revolucióncientífica. Eminente hombre del Renacimiento,mostró interés por casi todas las ciencias y artes(música, literatura, pintura). Sus logros incluyen lamejora del telescopio, gran variedad deobservaciones astronómicas, la primera ley delmovimiento y un apoyo determinante para elcopernicanismo. Ha sido considerado como el Ilustración 3. Galileo enseñando al dux de«padre de la astronomía moderna», el «padre de la Venecia el uso del telescopio.física moderna» y el «padre de la ciencia». Fresco de Giuseppe Bertini (1825-1898). Su trabajo experimental es considerado complementario a los escritos de FrancisBacon en el establecimiento del moderno método científico y su carrera científica escomplementaria a la de Johannes Kepler. Su trabajo se considera una ruptura de lasteorías asentadas de la física aristotélica y su enfrentamiento con la Inquisiciónromana de la Iglesia Católica Romana suele presentarse como el mejor ejemplo deconflicto entre religión y ciencia en la sociedad occidental. En 1583 Galileo se inicia en la matemática por medio de Ostilio Ricci, un amigode la familia, alumno de Tartaglia. Ricci tenía la costumbre, rara en esa época, de unirla teoría a la práctica experimental. Atraído por la obra de Euclides, sin ningún interés por la medicina y todavíamenos por las disputas escolásticas y la filosofía aristotélica, Galileo reorienta susestudios hacia las matemáticas. Desde entonces, se siente seguidor de Pitágoras, dePlatón y de Arquímedes y opuesto al aristotelismo. Todavía estudiante, descubre la leyde la isocronía de los péndulos, primera etapa de lo que será el descubrimiento de unanueva ciencia: la mecánica. Dentro de la corriente humanista, redacta también unpanfleto feroz contra el profesorado de su tiempo. Toda su vida, Galileo rechazará elser comparado a los profesores de su época, lo que le supondrá numerosos enemigos. Dos años más tarde, retorna a Florencia sin diploma, pero con grandesconocimientos y una gran curiosidad científica.Invención del telescopio En mayo de 1609, Galileo recibe de París una carta del francés Jacques Badovere,uno de sus antiguos alumnos, quien le confirma un rumor insistente: la existencia deun telescopio que permite ver los objetos lejanos. Fabricado en Holanda, estetelescopio habría permitido ya ver estrellas invisibles a simple vista. Con esta únicaFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 21UPAP – Sede Villeta.
  • 21. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAdescripción, Galileo, que ya no da cursos a Cosme II de Médicis, construye su primertelescopio. Al contrario que el telescopio holandés, éste no deforma los objetos y losaumenta 6 veces, o sea el doble que su oponente. También es el único de la época queconsigue obtener una imagen derecha gracias a la utilización de una lente divergenteen el ocular. Este invento marca un giro en la vida de Galileo. El 21 de agosto, apenas terminado su segundo telescopio (aumenta ocho onueve veces), lo presenta al Senado de Venecia. La demostración tiene lugar en la cimadel Campanile de la plaza de San Marco. Los espectadores quedan entusiasmados:ante sus ojos, Murano, situado a 2 km y medio, parece estar a 300 m solamente. Galileo ofrece su instrumento y lega los derechos a la República de Venecia, muyinteresada por las aplicaciones militares del objeto. En recompensa, es confirmado depor vida en su puesto de Padua y sus emolumentos se duplican. Se libera por fin de lasdificultades financieras. Sin embargo, contrario a sus alegaciones, no dominaba la teoría óptica y losinstrumentos fabricados por él son de calidad muy variable. Algunos telescopios sonprácticamente inutilizables (al menos en observación astronómica). En abril de 1610,en Bolonia, por ejemplo, la demostración del telescopio es desastrosa, como así loinforma Martin Horky en una carta a Kepler. Galileo reconoció en marzo de 1610 que, entre más de 60 telescopios que habíaconstruido, solamente algunos eran adecuados. Numerosos testimonios, incluido el deKepler, confirman la mediocridad de los primeros instrumentos.La observación de la Luna Durante el otoño, Galileo continuó desarrollando su telescopio. En noviembre,fabrica un instrumento que aumenta veinte veces. Emplea tiempo para volver sutelescopio hacia el cielo. Rápidamente, observando las fases de la Luna, descubre queeste astro no es perfecto como lo quería la teoría aristotélica. La física aristotélica, queposeía autoridad en esa época, distinguía dos mundos: El mundo «sublunar», que comprende la Tierra y todo lo que se encuentra entre la Tierra y la Luna; en este mundo todo es imperfecto y cambiante; El mundo «supralunar», que comienza en la Luna y se extiende más allá. En esta zona, no existen más que formas geométricas perfectas (esferas) y movimientos regulares inmutables (circulares). Galileo, por su parte, observó una zona transitoria entre la sombra y la luz, elterminador, que no era para nada regular, lo que por consiguiente invalidaba la teoríaaristotélica y afirma la existencia de montañas en la Luna. Galileo incluso estima sualtura en 7000 metros, más que la montaña más alta conocida en la época. Hay quedecir que los medios técnicos de la época no permitían conocer la altitud de lasPágina 22 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 22. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.montañas terrestres sin fantasías. Cuando Galileo publica su Sidereus Nuncius piensaque las montañas lunares son más elevadas que las de la Tierra, si bien en realidad sonequivalentes. Galileo permanece confinado en su residencia en su casa de Florencia desdediciembre de 1633 a 1638. Allí recibe algunas visitas, lo que le permitió que alguna desus obras en curso de redacción pudiera cruzar la frontera. Estos libros aparecieron enEstrasburgo y en París en traducción latina. En 1636, Luis Elzevier recibe un boceto de los Discursos sobre dos nuevasciencias de la parte del maestro florentino. Éste es el último libro que escribirá Galileo;en él establece los fundamentos de la mecánica en tanto que ciencia y que marca así elfin de la física aristotélica. Intenta también establecer las bases de la resistencia de losmateriales, con menos éxito. Terminará este libro a lo justo, puesto que el 4 de julio de1637 pierde el uso de su ojo derecho. El 2 de enero de 1638, Galileo pierde definitivamente la vista. Por suerte, DinoPeri ha recibido la autorización para vivir en casa de Galileo para asistirlo junto con elpadre Ambrogetti que tomará nota de la sexta y última parte de los Discursos. Estaparte no aparecerá hasta 1718. La obra completa aparecerá en julio de 1638 en Leiden(Países Bajos) y en París. Será leída por las más grandes personalidades de la época.Descartes por ejemplo enviará sus observaciones a Mersenne, el editor parisino. Galileo, entre tanto, ha recibido la autorización de instalarse cerca del mar, en sucasa de San Giorgio. Permanecerá allí hasta su muerte, rodeado de sus discípulos(Viviani, Torricelli, Peri, etc.), trabajando en la astronomía y otras ciencias. A fines de1641, Galileo trata de aplicar la oscilación del péndulo a los mecanismos del reloj. Unos días más tarde, el 8 de enero de 1642, Galileo muere en Arcetri a la edadde 77 años. Su cuerpo es inhumado en Florencia el 9 de enero. Un mausoleo seráerigido en su honor el 13 de marzo de 1736 en la iglesia de la Santa Cruz de Florencia.Képler. Johannes Kepler (Weil der Stadt,Alemania, 27 de diciembre de 1571 -Ratisbona, Alemania, 15 de noviembrede 1630), figura clave en la revolucióncientífica, astrónomo y matemáticoalemán; fundamentalmente conocidopor sus leyes sobre el movimiento de los Ilustración 4. Johannes Kepler, astrónomo y matemático alemán del siglo XVI.planetas en su órbita alrededor del Sol.Fue colaborador de Tycho Brahe, a quien sustituyó como matemático imperial deRodolfo II.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 23UPAP – Sede Villeta.
  • 23. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA En 1935 la UAI decidió en su honor llamarle «Kepler» a un astroblema lunar. Kepler nació en el seno de una familia de religión protestante luterana, instaladaen la ciudad de Weil der Stadt en Baden-Wurtemberg, Alemania. Su abuelo había sidoel alcalde de la ciudad, pero cuando nació Kepler, la familia se encontraba endecadencia. Su padre, Heinrich Kepler, era mercenario en el ejército del Duque deWürttemberg y, siempre en campaña, raramente estaba presente en su domicilio. Sumadre, Katherina Gulden mann, que llevaba una casa de huéspedes, era unacurandera y herborista, la cual más tarde fue acusada de brujería. Kepler, nacidoprematuramente a los siete meses de embarazo, e hipocondríaco de naturalezaendeble, sufrió toda su vida una salud frágil. A la edad de tres años, contrae la viruela,lo que, entre otras secuelas, debilitará su vista severamente. A pesar de su salud, fueun niño brillante que gustaba impresionar a los viajeros en el hospedaje de su madrecon sus fenomenales facultades matemáticas. Heinrich Kepler tuvo además otros tres hijos: Margarette, de la que Kepler sesentía muy próximo, Christopher, que le fue siempre antipático, y Heinrich. De 1574 a1576, vivió con Heinrich –un epiléptico– en casa de sus abuelos mientras que su padreestaba en una campaña y su madre se había ido en su búsqueda. Al regresar sus padres, Kepler se trasladó a Leonberg y entra en la escuela latinaen 1577. Sus padres le hicieron despertar el interés por la astronomía. Con cinco años,observó el cometa de 1577, comentando que su madre lo llevó a un lugar alto paraverlo. Su padre le mostró a la edad de nueve años el eclipse de luna del 31 de enero de1580, recordando que la Luna aparecía bastante roja. Kepler estudió más tarde elfenómeno y lo explicó en una de sus obras de óptica. Su padre partió de nuevo para laguerra en 1589, desapareciendo para siempre. Kepler terminó su primer ciclo de tres años en 1583, retardado debido a suempleo como jornalero agrícola, entre nueve y once años. En 1584, entró en elSeminario protestante de Adelberg y dos años más tarde, al Seminario superior deMaulbronn. Obtuvo allí su diploma de fin de estudios e ingresó en 1589 a la universidad deTubinga. Allí, comenzó primeramente por estudiar la ética, la dialéctica, la retórica,griego, el hebreo, la astronomía y la física, y luego más tarde la teología y las cienciashumanas. Continuó allí con sus estudios después de obtener una maestría en 1591. Suprofesor de matemáticas, el astrónomo Michael Maestlin, le enseñó el sistemaheliocéntrico de Copérnico que se reservaba a los mejores estudiantes. Los otrosestudiantes tomaban como cierto el sistema geocéntrico de Ptolomeo, que afirmabaque la Tierra estaba inmóvil y ocupaba el centro del Universo, y que el Sol, la Luna, losplanetas y las estrellas, giraban a su alrededor. Kepler se hizo así un copernicanoconvencido y mantuvo una relación muy estrecha con su profesor; no vaciló en pedirleayuda o consejo para sus trabajos.Página 24 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 24. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. Mientras que Kepler planeaba hacerse ministro luterano, la escuela protestantede Graz buscaba a un profesor de matemáticas. Abandonó entonces sus estudios enteología para tomar el puesto y dejó Tubinga en 1594. En Graz, publicó almanaquescon predicciones astrológicas –que los realizaba– aunque él negaba algunos de suspreceptos. En la época, la distinción entre ciencia y creencia no estaba establecidatodavía claramente y el movimiento de los astros, todavía bastante desconocido, seconsideraba gobernado por leyes divinas. Kepler estuvo casado dos veces. El primer matrimonio, de conveniencia, el 27 deabril de 1597 con Barbara Müller. En el año 1600, fue obligado a abandonar Austriacuando el archiduque Fernando promulgó un edicto contra los protestantes. Enoctubre de ese mismo año se trasladó a Praga, donde fue invitado por Tycho Brahe,quien había leído algunos trabajos de Kepler. Al año siguiente, Tycho Brahe falleció yKepler lo sustituyó en el cargo de matemático imperial de Rodolfo II y trabajófrecuentemente como consejero astrológico. En 1612 falleció su esposa Barbara Müller, al igual que dos de los cinco niños –deedades de apenas uno y dos meses– que habían tenido juntos. Este matrimonio,organizado por sus allegados, lo unió a una mujer "grasa y simple de espíritu", concarácter execrable. Otro de sus hijos murió a la edad de siete años. Sólo su hijaSusanne y su hijo Ludwig sobrevivieron. Al año siguiente, en Linz, se casó con SusanneReuttinger con la que tuvo siete niños, de los que tres fallecerán muy temprano. En 1615, su madre, entonces a la edad de 68 años, fue acusada de brujería.Kepler, persuadido de su inocencia, fue a pasar seis años asegurando su defensa antelos tribunales y escribiendo numerosos alegatos. Debió, dos veces, regresar aWurtemberg. Ella pasó un año encerrada en la torre de Güglingen a expensas deKepler habiendo escapado por poco de la tortura. Finalmente, fue liberada el 28 deseptiembre de 1621. Debilitada por los duros años de proceso y de encarcelamiento,murió seis meses más tarde. En 1628 Kepler pasó al servicio de A. von Wallenstein, enSilesia, quien le prometió, en vano, resarcirle de la deuda contraída con él por laCorona a lo largo de los años. Un mes antes de morir, víctima de la fiebre, Keplerabandonó Silesia en busca de un nuevo empleo. Kepler murió en 1630 en Ratisbona, en Baviera, Alemania, a la edad de 59 años. En 1632, durante la Guerra de los Treinta Años, el ejército sueco destruyó sutumba y se perdieron sus trabajos hasta el año 1773. Recuperados por Catalina II deRusia, se encuentran actualmente en el Observatorio de Pulkovo en San Petersburgo,Rusia.Las tres leyes de Kepler Durante su estancia con Tycho le fue imposible acceder a los datos de losmovimientos aparentes de los planetas ya que Tycho se negaba a dar esa información.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 25UPAP – Sede Villeta.
  • 25. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAYa en el lecho de muerte de Tycho y después a través de su familia, Kepler accedió alos datos de las órbitas de los planetas que durante años se habían ido recolectando.Gracias a esos datos, los más precisos y abundantes de la época, Kepler pudo irdeduciendo las órbitas reales planetarias. Afortunadamente, Tycho se centró enMarte, con una elíptica muy acusada, de otra manera le hubiera sido imposible aKepler darse cuenta de que las órbitas de los planetas eran elípticas. InicialmenteKepler intentó el círculo, por ser la más perfecta de las trayectorias, pero los datosobservados impedían un correcto ajuste, lo que entristeció a Kepler ya que no podíasaltarse un pertinaz error de ocho minutos de arco. Kepler comprendió que debíaabandonar el círculo, lo que implicaba abandonar la idea de un "mundo perfecto". Deprofundas creencias religiosas, le costó llegar a la conclusión de que la tierra era unplaneta imperfecto, asolado por las guerras, en esa misma misiva incluyó la cita clave:"Si los planetas son lugares imperfectos, ¿por qué no deben de serlo las órbitas de lasmismas?". Finalmente utilizó la fórmula de la elipse, una rara figura descrita porApolonio de Pérgamo una de las obras salvadas de la destrucción de la biblioteca deAlejandría. Descubrió que encajaba perfectamente en las mediciones de Tycho. Había descubierto la primera ley de Kepler: Los planetas tienen movimientos elípticos alrededor del Sol, estando éste situado en uno de los 2 focos que contiene la elipse. Después de ese importante salto, en donde por primera vez los hechos seanteponían a los deseos y los prejuicios sobre la naturaleza del mundo. Kepler sededicó simplemente a observar los datos y sacar conclusiones ya sin ninguna ideapreconcebida. Pasó a comprobar la velocidad del planeta a través de las órbitasllegando a la segunda ley: Las áreas barridas por los radios de los planetas, son proporcionales al tiempo empleado por estos en recorrer el perímetro de dichas áreas. Durante mucho tiempo, Kepler solo pudo confirmar estas dos leyes en el restode planetas. Aun así fue un logro espectacular, pero faltaba relacionar las trayectoriasde los planetas entre sí. Tras varios años, descubrió la tercera e importantísima ley delmovimiento planetario: El cuadrado de los períodos de la órbita de los planetas es proporcional al cubo de la distancia promedio al Sol. Esta ley, llamada también ley armónica, junto con las otras leyes permitía yaunificar, predecir y comprender todos los movimientos de los astros. Marcando un hitoen la historia de la ciencia, Kepler fue el último astrólogo y se convirtió en el primerastrónomo, desechando la fe y las creencias y explicando los fenómenos por la meraobservación.Página 26 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 26. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Newton. Sir Isaac Newton (25 de diciembrede 1642 JU – 20 de marzo de 1727 JU; 4 deenero de 1643 GR – 31 de marzo de 1727GR) fue un físico, filósofo, teólogo,inventor, alquimista y matemático inglés,autor de los Philosophiae naturalisprincipia mathematica, más conocidoscomo los Principia, donde describió la ley Ilustración 5. Sir Isaac Newton, físico, filósofo, teólogo,de la gravitación universal y estableció las inventor, alquimista y matemático inglés.bases de la mecánica clásica mediante lasleyes que llevan su nombre. Entre sus otros descubrimientos científicos destacan lostrabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica (que se presentan principalmente ensu obra Opticks) y el desarrollo del cálculo matemático. Newton comparte con Leibniz el crédito por el desarrollo del cálculo integral ydiferencial, que utilizó para formular sus leyes de la física. También contribuyó en otrasáreas de la matemática, desarrollando el teorema del binomio y las fórmulas deNewton-Cotes. Entre sus hallazgos científicos se encuentran el descubrimiento de que elespectro de color que se observa cuando la luz blanca pasa por un prisma es inherentea esa luz, en lugar de provenir del prisma (como había sido postulado por Roger Baconen el siglo XIII); su argumentación sobre la posibilidad de que la luz estuvieracompuesta por partículas; su desarrollo de una ley de convección térmica, quedescribe la tasa de enfriamiento de los objetos expuestos al aire; sus estudios sobre lavelocidad del sonido en el aire; y su propuesta de una teoría sobre el origen de lasestrellas. Fue también un pionero de la mecánica de fluidos, estableciendo una leysobre la viscosidad. Newton fue el primero en demostrar que las leyes naturales que gobiernan elmovimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes sonlas mismas. Es, a menudo, calificado como el científico más grande de todos lostiempos, y su obra como la culminación de la revolución científica. El matemático yfísico matemático Joseph Louis Lagrange (1736–1813), dijo que "Newton fue el másgrande genio que ha existido y también el más afortunado dado que sólo se puedeencontrar una vez un sistema que rija el mundo." Nació el 4 de enero de 1643 en Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. En esafecha el calendario usado era el juliano y correspondía al 25 de diciembre de 1642, díade la Navidad. El parto fue prematuro aparentemente y nació tan pequeño que nadiepensó que lograría vivir mucho tiempo. Su vida corrió peligro por lo menos unasemana, fue bautizado recién el 1 de enero de 1643, 12 de enero en el calendariogregoriano.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 27UPAP – Sede Villeta.
  • 27. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA La casa donde nació y vivió su juventud se ubica en el lado oeste del valle del ríoWitham, más abajo de la meseta de Kesteven, en dirección a la ciudad de Grantham.Es de piedra caliza gris, el mismo material que se encuentra en la meseta. Tiene formade una letra T gruesa en cuyo trazo más largo se encuentra la cocina y el vestíbulo y lasala se encuentra en la unión de los dos trazos. Su entrada es descentrada y se ubicaentre el vestíbulo y la sala y se orienta hacia las escaleras que conducen a dosdormitorios del piso superior. Sus padres fueron Isaac Newton y Hannah Ayscough, dos campesinos puritanos.No llegó a conocer a su padre, pues había muerto en octubre de 1642. Cuando sumadre volvió a casarse con Barnabas Smith que no tenía intención de cargar a un niñode tres años, lo dejó a cargo de su abuela, con quien vivió hasta la muerte de supadrastro en 1653. Este fue posiblemente un hecho traumático para Isaac, constituíala perdida de la madre no habiendo conocido al padre. A su abuela nunca le dedicó unrecuerdo cariñoso y hasta su muerte paso desapercibida. Lo mismo ocurrió con elabuelo que pareció no existir hasta que se descubrió que también estaba presente enla casa y correspondió al afecto de Newton de la misma forma, lo desheredó. Escribió una lista de sus pecados e incluyó uno particular: "Amenazar a mi padrey a mi madre Smith con quemarlos a ellos y a su casa". Lo hizo nueve años después delfallecimiento del padrastro lo que comprueba que la escena quedó grabada en elrecuerdo de Newton. Las acciones del padrastro, que se negó a llevarlo a vivir con élhasta que cumplió diez años podrían motivar este odio. Cuando Barnabas Smith falleció, su madre regresó al hogar familiar acompañadapor dos hijos que tuvo con este señor, pero la unión familiar duro solamente menos dedos años, Isaac fue enviado a estudiar al colegio The Kings School en Grantham a laedad de doce años. Lo que se sabe de esta etapa es que estudió latín, algo de griego ylo básico de geometría y aritmética. Era el programa habitual de estudio de unaescuela primaria en ese entonces. Su maestro fue Mr. Stokes, que tenía buen prestigiocomo educador. En 1659 compró un cuaderno, libro de bolsillo llamado en ese entonces, endonde en la primer página escribió en latín "Martij 19, 1659" (19 de marzo 1659),representaba el período entre 1659-1660 el cual coincidia con el período de su regresoa su ciudad natal y la mayor parte de sus escritos están dedicados a "Utilissimumprosodiae supplementum", años después en la colección Keynes del Kings College seencuentra una edición de Pindaro con la firma de Newton y fechado en 1659. En lacolección Babson aparece una copia de las metamorfosis de Ovidio fechadas esemismo año. Los estudios primarios fueron de gran utilidad para Newton, los trabajos sobrematemáticas estaban escritos en latín, al igual que los escritos sobre filosofía natural.Los conocimientos de latín le permitieron entrar en contacto con los científicoseuropeos. La aritmética básica difícilmente hubiese compensado un nivel deficiente dePágina 28 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 28. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.latín. En esa época otra materia importante era el estudio de la Biblia y se leía enlenguas clásicas apoyando el programa clásico de estudios y ampliando la feprotestante de Inglaterra. En el caso de Isaac el estudio de este tema unido a labiblioteca que lego de su padrastro le pudo haber hecho iniciar un viaje imaginario aextraños mares de la Teología. En su estadía en Grantham se hospedó en la casa de Mr. Clark en la calle HighStreet junto a la George Inn. Tenía que compartir el hogar junto a otros tres niños,Edward, Arthur y una niña, hijos del primer esposo de la mujer de Mr. Clark. Por lainfancia que tuvo, Isaac parecía no congeniar con otras personas de su edad. El habercrecido en un ambiente de aislamiento con sus abuelos y la posible envidia que lecausaba a sus pares su superioridad intelectual le provocaban dificultades y lo llevabaa realizar travesuras varias que después negaba haber hecho. Uno de sus amigos,William Stukeley se dedicó a reunir información sobre Newton en su estancia enGrantham y concluyó que los niños lo encontraban demasiado astuto y pensaban quese aprovechaba de ellos debido a su rapidez mental muy superior a la de ellos. Además estas anécdotas demostraron que prefería la compañía femenina. Parauna amiga, Miss Storer varios años más joven que él construyó muebles de muñecasutilizando las herramientas con mucha habilidad. Además pudo haber un romanceentre los jóvenes cuando fueron mayores. Según los registros conocidos, pudo habersido la primera y posiblemente la última experiencia romántica con una mujer en suvida. Más adelante Miss Storer se casó con un hombre apellidado Vincent y paso aconocerse como Mrs Vincent y recordaba a Newton como un joven silencioso ypensativo. Tuvo un incidente con un compañero que posiblemente fuese Arthur Storer. Leaplicó una patada en el estómago, supuestamente como represalia a alguna broma deNewton. Este no pudo olvidar nunca este hecho, en este tiempo no había podidoafirmar su poder intelectual, a causa de la deficiente formación escolar o porquenuevamente estaba solo y asustado, estaba relegado al último banco. Según el relatode Conduitt ni bien finalizó la clase, Newton reto a una pelea al otro niño en el patio dela iglesia para devolverle el golpe. El hijo del maestro se acercó a ellos y azuzo la peleapalmeandole la espalda a uno y guiñándole el ojo al otro. Aunque Newton no era tanfuerte como su rival tenía mayor decisión y golpeó al otro hasta que se rindió y declaroque no pelearía más. El hijo del maestro le pidió a Isaac que lo tratara como a uncobarde y le restregara la nariz contra la pared. Entonces Isaac lo agarro de las orejas ygolpeó su cara contra uno de los lados de la iglesia. Además de ganarle en la pelea, Isaac se esmeró en derrotarlo académicamente yse convirtió en el primer alumno de la escuela. Y además fue grabando su nombre entodos los bancos que ocupó. Aún se conserva un alféizar de piedra con su nombre. En las anécdotas de Stukeley ya se reconocía el genio de Newton y la genterecordaba sus raros inventos y su gran capacidad para los trabajos mecánicos. Lleno suFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 29UPAP – Sede Villeta.
  • 29. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAhabitación de herramientas que adquiría con el dinero que su madre le daba. Fabricóobjetos de madera, muebles de muñecas y de forma especial maquetas. Además logroreproducir un molino de viento construido en esa época al norte de Grantham. Elmodelo replicado por Newton mejoró al original y funcionó cuando la colocó sobre eltejado. Su modelo estaba equipado con una noria impulsada por un ratón al queespoleaba. Newton llamaba al ratón el molinero. Otras construcciones de Newton fueron un carro de cuatro ruedas impulsado poruna manivela que el accionaba desde su interior. Otra fue una linterna de papelarrugado para llegar a la escuela en los oscuros días invernales y que además la usabaatada a la cola de un cometa para asustar a los vecinos durante la noche. Para poderrealizar estas invenciones debía desatender sus tareas escolares lo cual le valiaretroceder en los puestos, y cuando esto ocurría volvía a estudiar y recuperaba lasposiciones perdidas. Mucho de los aparatos que fabricó los sacó del libro TheMysteries of Nature and Art de John Bate del cual tomo nota en otro cuaderno enGrantham que adquirió por el precio de 2,5 peniques en 1659. Allí tomo notas de eselibro sobre la técnica del dibujo, la captura de pájaros, la fabricación de tintas dediferentes colores entre otros temas. El molino de viento también está incluido en estelibro. Estudiaba las propiedades de los cometas, calculaba las proporciones ideales ylos puntos más adecuados para ajustar las cuerdas. Además les regalaba linternas a suscompañeros y les comentaba sus estudios con el aparente propósito de ganarse suamistad, pero no dio resultado. Con estos procedimientos demostró su superioridad ylos hizo sentir más alejados de el. El día de la muerte de Cromwell tuvo lugar su primerexperimento. Ese día una tormenta se desencadenó sobre Inglaterra, y saltandoprimero a favor del viento y luego en contra, con la comparación de sus saltos con losde un día de calma midió la "fuerza de la tormenta". Les dijo a los niños que latormenta era un pie más fuerte que cualquiera que hubiese conocido y les enseño lasmarcas que medía sus pasos. Además, según esta versión, utilizó la fuerza del vientopara ganar un concurso de saltos, y la superioridad de su conocimiento lo hacíasospechoso. Los relojes solares fueron otro pasatiempo en esta ciudad. En la iglesia deColserworth existe uno que construyó a los nueve años. Los relojes solares eran unreto individual mayor al del manejo de herramientas. Lleno de relojes la casa de Clark,su habitación, otras habitaciones de la casa, el vestíbulo y cualquier otra habitacióndonde entrara el sol. En las paredes clavo puntas para señalar las horas, las medias, eincluso los cuartos, y ató a estas cuerdas con ruedas para medir las sombras en los díassiguientes. A los dieciocho años ingresó en la Universidad de Cambridge para continuar susestudios. Newton nunca asistió regularmente a sus clases, ya que su principal interésera la biblioteca. Se graduó en el Trinity College como un estudiante mediocre debidoa su formación principalmente autodidacta, leyendo algunos de los libros másPágina 30 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 30. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.importantes de matemática y filosofía natural de la época. En 1663 Newton leyó laClavis mathematicae de William Oughtred, la Geometría de Descartes, de Frans vanSchooten, la Óptica de Kepler, la Opera mathematica de Viète, editadas por VanSchooten y, en 1664, la Aritmética de John Wallis, que le serviría como introducción asus investigaciones sobre las series infinitas, el teorema del binomio y ciertascuadraturas. En 1663 conoció a Isaac Barrow, quien le dio clase como su primer profesorLucasiano de matemática. En la misma época entró en contacto con los trabajos deGalileo, Fermat, Huygens y otros a partir, probablemente, de la edición de 1659 de laGeometría de Descartes por Van Schooten. Newton superó rápidamente a Barrow,quien solicitaba su ayuda frecuentemente en problemas matemáticos.En esta época la geometría y la óptica ya tenían un papel esencial en la vida deNewton. Fue en este momento en que su fama comenzó a crecer ya que inició unacorrespondencia con la Royal Society. Newton les envió algunos de susdescubrimientos y un telescopio que suscitó un gran interés de los miembros de laSociedad, aunque también las críticas de algunos de sus miembros, principalmenteRobert Hooke. Esto fue el comienzo de una de las muchas disputas que tuvo en sucarrera científica. Se considera que Newton demostró agresividad ante suscontrincantes que fueron principalmente, (pero no únicamente) Hooke, Leibniz y, en loreligioso, la Iglesia Católica Romana. Como presidente de la Royal Society, fue descritocomo un dictador cruel, vengativo y busca-pleitos. Sin embargo, fue una carta deHooke, en la que éste comentaba sus ideas intuitivas acerca de la gravedad, la que hizoque iniciara de lleno sus estudios sobre la mecánica y la gravedad. Newton resolvió elproblema con el que Hooke no había podido y sus resultados los escribió en lo quemuchos científicos creen que es el libro más importante de la historia de la ciencia, elPhilosophiae naturalis principia mathematica. En 1693 sufrió una gran crisis psicológica, causante de largos periodos en los quepermaneció aislado, durante los que no comía ni dormía. En esta época sufriódepresión y arranques de paranoia. Mantuvo correspondencia con su amigo, el filósofoJohn Locke, en la que, además de contarle su mal estado, lo acusó en varias ocasionesde cosas que nunca hizo. Algunos historiadores creen que la crisis fue causada por laruptura de su relación con su discípulo Nicolás Fatio de Duillier. Sin embargo, tras lapublicación en 1979 de un estudio que demostró una concentración de mercurio(altamente neurotóxico) quince veces mayor que la normal en el cabello de Newton, lamayoría opina que en esta época Newton se había envenenado al hacer susexperimentos alquímicos, lo que explicaría su enfermedad y los cambios en suconducta. Después de escribir los Principia abandonó Cambridge mudándose a Londresdonde ocupó diferentes puestos públicos de prestigio siendo nombrado Preboste delRey, magistrado de Charterhouse y director de la Casa de Moneda. Entre sus intereses más profundos se encontraban la alquimia y la religión, temasen los que sus escritos sobrepasan con mucho en volumen sus escritos científicos.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 31UPAP – Sede Villeta.
  • 31. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAEntre sus opiniones religiosas defendía el arrianismo y estaba convencido de que lasSagradas Escrituras habían sido violadas para sustentar la doctrina trinitaria. Esto lecausó graves problemas al formar parte del Trinity College en Cambridge y sus ideasreligiosas impidieron que pudiera ser director del College. Entre sus estudiosalquímicos se encontraban temas esotéricos como la transmutación de los elementos,la piedra filosofal y el elixir de la vida. Los últimos años de su vida se vieron ensombrecidos por la desgraciadacontroversia, de envergadura internacional, con Leibniz a propósito de la prioridad dela invención del nuevo análisis. Acusaciones mutuas de plagio, secretos disimulados encriptogramas, cartas anónimas, tratados inéditos, afirmaciones a menudo subjetivas deamigos y partidarios de los dos gigantes enfrentados, celos manifiestos y esfuerzosdesplegados por los conciliadores para aproximar a los clanes adversos, sóloterminaron con la muerte de Leibniz en 1716. Padeció durante sus últimos años diversos problemas renales, incluyendoatroces cólicos nefríticos, sufriendo uno de los cuales moriría -tras muchas horas dedelirio- la noche del 31 de marzo de 1727 (calendario gregoriano). Fue enterrado en laabadía de Westminster junto a los grandes hombres de Inglaterra. No sé cómo puedo ser visto por el mundo, pero en mi opinión, me hecomportado como un niño que juega al borde del mar, y que se divierte buscando decuando en cuando una piedra más pulida y una concha más bonita de lo normal,mientras que el gran océano de la verdad se exponía ante mí completamentedesconocido. Fue respetado durante toda su vida como ningún otro científico, y prueba de ellofueron los diversos cargos con que se le honró: en 1689 fue elegido miembro delParlamento, en 1696 se le encargó la custodia de la Casa de la Moneda, en 1703 se lenombró presidente de la Royal Society y finalmente en 1705 recibió el título de Sir demanos de la Reina Ana. La gran obra de Newton culminaba la revolución científica iniciada por NicolásCopérnico (1473-1543) e inauguraba un período de confianza sin límites en la razón,extensible a todos los campos del conocimiento.Trabajos sobre la luz Entre 1670 y 1672 trabajó intensamente en problemas relacionados con la ópticay la naturaleza de la luz. Newton demostró que la luz blanca estaba formada por unabanda de colores (rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta) que podíansepararse por medio de un prisma. Como consecuencia de estos trabajos concluyó quecualquier telescopio refractor sufriría de un tipo de aberración conocida en laactualidad como aberración cromática que consiste en la dispersión de la luz enPágina 32 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 32. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.diferentes colores al atravesar una lente. Para evitar este problema inventó untelescopio reflector (conocido como telescopio newtoniano). Sus experimentos sobre la naturaleza de la luz le llevaron a formular su teoríageneral sobre la misma que, según él, está formada por corpúsculos y se propaga enlínea recta y no por medio de ondas. El libro en que expuso esta teoría fueseveramente criticado por la mayor parte de sus contemporáneos, entre ellos Hooke(1638-1703) y Huygens, quienes sostenían ideas diferentes defendiendo unanaturaleza ondulatoria. Estas críticas provocaron su recelo por las publicaciones, por loque se retiró a la soledad de su estudio en Cambridge. En 1704 Newton escribió su obra más importante sobre óptica, Opticks, en la queexponía sus teorías anteriores y la naturaleza corpuscular de la luz, así como unestudio detallado sobre fenómenos como la refracción, la reflexión y la dispersión de laluz. Aunque sus ideas acerca de la naturaleza corpuscular de la luz pronto fuerondesacreditadas en favor de la teoría ondulatoria, los científicos actuales han llegado ala conclusión (gracias a los trabajos de Max Planck y Albert Einstein) de que la luz tieneuna naturaleza dual: es onda y corpúsculo al mismo tiempo. Esta es la base en la cualse apoya toda la mecánica cuántica.Ley de la gravitación universal Bernard Cohen afirma que “El momento culminante de la Revolución científicafue el descubrimiento realizado por Isaac Newton de la ley de la gravitación universal.”Con una simple ley, Newton dio a entender los fenómenos físicos más importantes deluniverso observable, explicando las tres leyes de Kepler. La ley de la gravitaciónuniversal descubierta por Newton se escribe ,donde F es la fuerza, G es una constante que determina la intensidad de la fuerza y quesería medida años más tarde por Henry Cavendish en su célebre experimento de labalanza de torsión, m1 y m2 son las masas de dos cuerpos que se atraen entre sí y r esla distancia entre ambos cuerpos, siendo el vector unitario que indica la direccióndel movimiento (si bien existe cierta polémica acerca de que Cavendish hubieramedido realmente G, pues algunos estudiosos afirman que simplemente midió la masaterrestre). La ley de gravitación universal nació en 1685 como culminación de una serie deestudios y trabajos iniciados mucho antes. La primera referencia escrita que tenemosde la idea de la atracción universal es de 1666, en el libro "Micrographia" de RobertHooke. En 1679 Robert Hooke introdujo a Newton en el problema de analizar unaFísica I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 33UPAP – Sede Villeta.
  • 33. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAtrayectoria curva. Cuando Hooke se convirtió en secretario de la Royal Society quisoentablar una correspondencia filosófica con Newton. En su primera carta planteó doscuestiones que interesarían profundamente a Newton. Hasta entonces científicos yfilósofos como Descartes y Huygens analizaban el movimiento curvilíneo con la fuerzacentrífuga. Hooke, sin embargo, proponía "componer los movimientos celestes de losplanetas a partir de un movimiento rectilíneo a lo largo de la tangente y unmovimiento atractivo, hacia el cuerpo central." Sugiere que la fuerza centrípeta haciael Sol varía en razón inversa al cuadrado de las distancias. Newton contesta que élnunca había oído hablar de esta hipótesis. En otra carta de Hooke, escribe: “Nos queda ahora por conocer las propiedadesde una línea curva... tomándole a todas las distancias en proporción cuadráticainversa.” En otras palabras, Hooke deseaba saber cuál es la curva resultante de unobjeto al que se le imprime una fuerza inversa al cuadrado de la distancia. Hooketermina esa carta diciendo: “No dudo que usted, con su excelente método, encontraráfácilmente cuál ha de ser esta curva.” En 1684 Newton informó a su amigo Edmund Halley de que había resuelto elproblema de la fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Newtonredactó estos cálculos en el tratado De Motu y los desarrolló ampliamente en el libroPhilosophiae naturalis principia mathematica. Aunque muchos astrónomos noutilizaban las leyes de Kepler, Newton intuyó su gran importancia y las engrandeciódemostrándolas a partir de su ley de la gravitación universal. Sin embargo, la gravitación universal es mucho más que una fuerza dirigida haciael Sol. Es también un efecto de los planetas sobre el Sol y sobre todos los objetos delUniverso. Newton intuyó fácilmente a partir de su tercera ley de la dinámica que si unobjeto atrae a un segundo objeto, este segundo también atrae al primero con la mismafuerza. Newton se percató de que el movimiento de los cuerpos celestes no podía serregular. Afirmó: “los planetas ni se mueven exactamente en elipses, ni giran dos vecessegún la misma órbita”. Para Newton, ferviente religioso, la estabilidad de las órbitasde los planetas implicaba reajustes continuos sobre sus trayectorias impuestas por elpoder divino.Las leyes de la dinámica Otro de los temas tratados en los Principia fueron las tres leyes de la dinámica oleyes de Newton, en las que explicaba el movimiento de los cuerpos así como susefectos y causas. Éstas son:La primera ley de Newton o ley de la inercia "Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme yrectilíneo a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar su estado".Página 34 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 34. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. En esta ley, Newton afirma que un cuerpo sobre el que no actúan fuerzasexternas (o las que actúan se anulan entre sí) permanecerá en reposo o moviéndose avelocidad constante. Esta idea, que ya había sido enunciada por Descartes y Galileo, suponía rompercon la física aristotélica, según la cual un cuerpo sólo se mantenía en movimientomientras actuara una fuerza sobre él.La segunda ley de Newton o ley de la interacción y la fuerza "El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurresegún la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime". Esta ley explica las condiciones necesarias para modificar el estado demovimiento o reposo de un cuerpo. Según Newton estas modificaciones sólo tienenlugar si se produce una interacción entre dos cuerpos, entrando o no en contacto (porejemplo, la gravedad actúa sin que haya contacto físico). Según la segunda ley, lasinteracciones producen variaciones en el momento lineal, a razón de Siendo la fuerza, el diferencial del momento lineal, el diferencial deltiempo. La segunda ley puede resumirse en la fórmulasiendo la fuerza (medida en newtons) que hay que aplicar sobre un cuerpo de masam para provocar una aceleración .La tercera ley de Newton o ley de acción -reacción "Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; las accionesmutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos". Esta ley se refleja constantemente en la naturaleza: se tiene una sensación dedolor al golpear una mesa, puesto que la mesa ejerce una fuerza sobre ti con la mismaintensidad; el impulso que consigue un nadador al ejercer una fuerza sobre el borde dela piscina, siendo la fuerza que le impulsa la reacción del borde a la fuerza que él estáejerciendo.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 35UPAP – Sede Villeta.
  • 35. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETACarnot. Nicolas Léonard Sadi Carnot (París, 1 de junio de1796 - 24 de agosto de 1832), normalmente llamadoSadi Carnot fue un ingeniero francés pionero en elestudio de la Termodinámica. Se le reconoce hoy comoel fundador de la Termodinámica. Era hijo de Lazare Carnot, conocido como el GranCarnot, y tío de Marie François Sadi Carnot, que llegó aser Presidente de la República Francesa. Licenciadu en la Escuela Politécnica, en 1824 Ilustración 6. Nicolas Léonard Sadi Carnot, ingeniero francés pioneropublicó su obra maestra: "Reflexiones sobre la potencia en el estudio de la termodinámica.motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas paradesarrollar esta potencia", donde expuso las ideas que darían forma al segundoprincipio de la termodinámica. Estos trabajos, poco comprendidos por parte de suscontemporáneos, fueron más tarde conocidos en Alemania por Rudolf Clausius (quefue quien los difundió) y por William Thomson (Lord Kelvin) en el Reino Unido. Comoreconocimiento a las aportaciones del primero, el principio de Carnot se rebautizócomo principio de Carnot-Clausius. Este principio permite determinar el máximorendimiento de una máquina térmica en función de las temperaturas de su fuentecaliente y de su fuente fría. Cuando Luis XVIII envió a Carnot a Inglaterra parainvestigar el elevado rendimiento de sus máquinas de vapor, se dio cuenta que lacreencia generalizada de elevar la temperatura lo más posible para obtener el vapormejoraba el funcionamiento de las máquinas. Poco después descubrió una relaciónentre las temperaturas del foco caliente y frío y el rendimiento de la máquina. Comocorolario se obtiene que ninguna máquina real alcanza el rendimiento teórico deCarnot (obtenido siguiendo el ciclo de Carnot), que es el máximo posible para eseintervalo de temperaturas. Toda máquina que sigue este ciclo de Carnot es conocidacomo máquina de Carnot. Sadi Carnot no publicó nada después de 1824 y es probable que él mismocreyera haber fracasado. Su pensamiento es original, único en la historia de la cienciamoderna, pues a diferencia de lo que le sucede a muchos otros científicos, no se apoyaen nada anterior y abre un amplio campo a la investigación. Ese libro, ignorado hastaentonces por la comunidad científica de la época, fue rescatado del olvido por elingeniero ferroviario Émile Clapeyron, que contribuyó con su nueva representacióngráfica a hacer más fácil y comprensible la teoría de Carnot. A partir de entoncesinfluyó de manera definitiva en Rudolf Clausius y Lord Kelvin, quienes formularon deuna manera matemática las bases de la termodinámica. Murió en 1832, víctima de unaepidemia de cólera que asoló París.Página 36 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 36. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Joule. James Prescott Joule (Salford, Mánchester, 24 dediciembre de 1818 - Salford, 11 de octubre de 1889)fue un físico inglés. Fue uno de los más notables físicos de su época,es conocido sobre todo por sus investigaciones enelectricidad, termodinámica y energía. Joule estudió el magnetismo, y descubrió surelación con el trabajo mecánico, lo cual le condujo a lateoría de la energía. La unidad internacional de Ilustración 7. James Prescott Joule, físico inglés conocido por susenergía, calor y trabajo, el Joule (o julio), fue bautizada investigaciones en electricidad,en su honor. Trabajó con Lord Kelvin para desarrollar la termodinámica y energía.escala absoluta de la temperatura, hizo observacionessobre la teoría termodinámica (Ley de Joule) y encontró una relación entre la corrienteeléctrica que atraviesa una resistencia y el calor disipado, llamada actualmente comoley de Joule. Joule recibió muchos honores de universidades y sociedades científicas detodo el mundo. Sus escritos científicos (2 volúmenes) se publicaron en 1885 y 1887respectivamente. James Prescott Joule nació en el seno de una familia dedicada a la fabricación decervezas. De carácter tímido y humilde, recibió clases particulares en su propio hogar,de física y matemáticas, siendo su profesor el químico británico John Dalton;compaginaba estas clases con su actividad profesional, trabajando junto a su padre enla destilería, la cual llegó a dirigir. Dalton le alentó hacia la investigación científica yrealizó sus primeros experimentos en un laboratorio cercano a la fábrica de cervezas,formándose a la vez en la Universidad de Manchester. Joule estudió aspectos relativos al magnetismo, especialmente los relativos a laimantación del hierro. Pero el área de investigación más fructífera de Joule es la relativa a las distintasformas de energía: con sus experimentos verifica que al fluir una corriente eléctrica através de un conductor, éste experimenta un incremento de temperatura; a partir deahí dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila electroquímica, la energíahabría de proceder de la transformación llevada a cabo por las reacciones químicas,que la convertirían en energía eléctrica y de esta se transformaría en calor. Si en elcircuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energíamecánica. Ello le lleva a la enunciación del principio de conservación de la energía, yaunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de esteprincipio como Meyer, Thomson y Helmholtz, fue Joule quien le proporcionó unamayor solidez.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 37UPAP – Sede Villeta.
  • 37. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA En 1840 Joule publicó «Producción de calor por la electricidad voltaica», en laque estableció la ley que lleva su nombre y que afirma que el calor originado en unconductor por el paso de la corriente eléctrica es proporcional al producto de laresistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente. En 1843,después de numerosos experimentos, obtuvo el valor numérico del equivalentemecánico del calor, que concluyó que era de 0,424 igual a una caloría, lo que permitíala conversión de las unidades mecánicas y térmicas; este es un valor muy similar alconsiderado actualmente como de 0,427. De ese modo quedaba firmementeestablecida la relación entre calor y trabajo, ya avanzada por Rumford, que sirvió depiedra angular para el posterior desarrollo de la termodinámica estadística. En estostrabajos Joule se basaba en la ley de conservación de la energía, descubierta en 1842. A pesar de que en 1848 ya había publicado un artículo referente a la teoríacinética de los gases, donde por primera vez se estimaba la velocidad de las moléculasgaseosas, abandonó su línea de investigación y prefirió convertirse en ayudante deWilliam Thomson (Lord Kelvin), y, como fruto de esta colaboración, se llegó aldescubrimiento del efecto Joule-Thomson, según el cual es posible enfriar un gas enexpansión si se lleva a cabo el trabajo necesario para separar las moléculas del gas. Elloposibilitó posteriormente la licuefacción de los gases y llevó a la ley de la energíainterna de un gas perfecto, según la cual la energía interna de un gas perfecto esindependiente de su volumen y dependiente de la temperatura. Murió el 11 de octubre de 1889 en Salford, Inglaterra. Estudia aspectos relativos al magnetismo especialmente los relativos a laimantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevan a la invencióndel motor eléctrico. Descubrió el fenómeno de magnetostricción, que aparece en losmateriales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado demagnetización. Pero su área de investigación más fructífera es la relativa a las distintasformas de energía: con sus experimentos verifica que al fluir una corriente eléctrica através de un conductor, éste experimenta una un incremento de temperatura; a partirde ahí dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila química, la energíahabría de proceder de la transformación llevada a cabo por las reacciones químicas,que la convertirían en energía eléctrica y de esta se transformaría en calor. Si en elcircuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energíamecánica. Ello le lleva a la enunciación de el principio de conservación de la energía, yaunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de esteprincipio como Meyer, Thomson y Helmholtz, fue Joule quien le proporcionó unamayor solidez. Analiza la posible relación existente entre estas energías térmica ymecánica; para ello construye un dinamómetro mediante un sistema de poleassumergidas en agua, las cuales se accionaban por la acción de un peso al descenderpor una polea.Página 38 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 38. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Faraday. Michael Faraday, FRS, (Newington, 22de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agostode 1867) fue un físico y químico británico queestudió el electromagnetismo y laelectroquímica. Fue discípulo del químico HumphryDavy, y ha sido conocido principalmente porsu descubrimiento de la inducciónelectromagnética, que ha permitido laconstrucción de generadores y motoreseléctricos, y de las leyes de la electrólisis, porlo que es considerado como el verdaderofundador del electromagnetismo y de laelectroquímica. Ilustración 8. Michael Faraday, físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. En 1831 trazó el campo magnéticoalrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubiertapor Oersted), y ese mismo año descubrió la inducción electromagnética, demostró lainducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas defuerza, para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo,investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales que llevan sunombre: La masa de la sustancia liberada en una electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través del electrolito masa = equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t). Las masas de distintas sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes. Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de laelectricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través delmovimiento. Se denomina faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidadeléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal quecargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de unvoltio. Su símbolo es F. Recibió escasa formación académica, entrando a los 13 años a trabajar deaprendiz con un encuadernador de Londres. Durante los 15 años que pasó allí leyólibros de temas científicos y realizó experimentos en el campo de la electricidad,Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 39UPAP – Sede Villeta.
  • 39. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAdesarrollando un agudo interés por la ciencia que ya no le abandonó. A pesar de elloprácticamente no sabía matemáticas, desconocía el cálculo diferencial pero encontrapartida tenía una habilidad sorprendente para trazar gráficos y diseñarexperimentos.Carrera científica Realizó contribuciones en el campo de la electricidad. En 1821, después de que elquímico danés Oersted, descubriera el electromagnetismo, Faraday construyó dosaparatos para producir lo que el llamó rotación electromagnética, en realidad, unmotor eléctrico. Diez años más tarde, en 1831, comenzó sus más famososexperimentos con los que descubrió la inducción electromagnética, experimentos queaún hoy día son la base de la moderna tecnología electromagnética. Trabajando con la electricidad estática, demostró que la carga eléctrica seacumula en la superficie exterior del conductor eléctrico cargado, con independenciade lo que pudiera haber en su interior. Este efecto se emplea en el dispositivodenominado jaula de Faraday. En reconocimiento a sus importantes contribuciones, la unidad de capacidadeléctrica se denomina faradio. Bajo la dirección de Davy realizó sus primeras Investigaciones en el campo de laquímica. Un estudio sobre el cloro le llevó al descubrimiento de dos nuevos cloruros decarbono. También descubrió el benceno; investigó nuevas variedades de vidrio ópticoy llevó a cabo con éxito una serie de experimentos de licuefacción de gases comunes. Faraday entró en la Real Sociedad de Londres en 1824 y al año siguiente fuenombrado director del laboratorio de la Institución Real. En 1833 sucedió a Davy comoprofesor de química en esta Institución. Dos años más tarde le fue concedida unapensión vitalicia de 300 libras anuales. En 1858 se le proporcionó una de las Casas de Gracia y Favor, de la reina Victoria,dónde murió nueve años más tarde, el 25 de agosto de 1867. Tiene una placa dehomenaje en la Abadía de Westminster, cerca de la tumba de Isaac Newton, ya querechazó ser enterrado allí, y está enterrado en la zona sandemania del Cementerio deHighgate, Londres, Inglaterra; ya que era ferviente miembro de la comunidadsandemania.Los seis Principios de Faraday De una obra de Isaac Watts titulada The Improvement of the Mind -La mejora dela mente-, leída a sus catorce años, Michael Faraday adquirió estos seis constantesprincipios de su disciplina científica:Página 40 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 40. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. Llevar siempre consigo un pequeño bloc con el fin de tomar notas en cualquier momento. Mantener abundante correspondencia. Tener colaboradores con el fin de intercambiar ideas. Evitar las controversias. Verificar todo lo que se dice. No generalizar precipitadamente, hablar y escribir de la forma más precisa posible.El efecto Faraday Faraday llevó a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviación delplano de polarización de la luz como resultado de un campo magnético, al atravesar unmaterial transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido deinteracción entre el magnetismo y la luz.Einstein. Albert Einstein (Ulm, Alemania, 14 demarzo de 1879 – Princeton, Estados Unidos,18 de abril de 1955) fue un físico alemán deorigen judío, nacionalizado después suizo yestadounidense. Está considerado como elcientífico más importante del siglo XX. En 1905, cuando era un joven físicodesconocido, empleado en la Oficina de Ilustración 9. Albert Einstein, físico alemán,Patentes de Berna, publicó su teoría de la considerado como el más importante del siglo XX.relatividad especial. En ella incorporó, en unmarco teórico simple fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos yfenómenos estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz. Como unaconsecuencia lógica de esta teoría, dedujo la ecuación de la física más conocida a nivelpopular: la equivalencia masa-energía, E=mc². Ese año publicó otros trabajos quesentarían bases para la física estadística y la mecánica cuántica. En 1915 presentó la teoría de la relatividad general, en la que reformuló porcompleto el concepto de gravedad. Una de las consecuencias fue el surgimiento delestudio científico del origen y la evolución del Universo por la rama de la físicadenominada cosmología. En 1919, cuando las observaciones británicas de un eclipsesolar confirmaron sus predicciones acerca de la curvatura de la luz, fue idolatrado porla prensa. Einstein se convirtió en un icono popular de la ciencia mundialmentefamoso, un privilegio al alcance de muy pocos científicos.1 Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus numerosascontribuciones a la física teórica, en 1921 obtuvo el Premio Nobel de Física y no por laTeoría de la Relatividad, pues el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla,Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 41UPAP – Sede Villeta.
  • 41. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETAno la entendió, y temieron correr el riesgo de que luego se demostrase errónea. En esaépoca era aún considerada un tanto controvertida. Ante el ascenso del nazismo, el científico abandonó Alemania hacia diciembre de1932 con destino a Estados Unidos, donde impartió docencia en el Instituto deEstudios Avanzados de Princeton. Se nacionalizó estadounidense en 1940. Durante susúltimos años trabajó por integrar en una misma teoría la fuerza gravitatoria y laelectromagnética. Murió en Princeton, Nueva Jersey, el 18 de abril de 1955. Aunque es considerado por algunos como el «padre de la bomba atómica»,abogó en sus escritos por el pacifismo, el socialismo y el sionismo. Fue proclamadocomo el «personaje del siglo XX» y el más preeminente científico por la revista Time. Nació en la ciudad alemana de Ulm, cien kilómetros al este de Stuttgart, en elseno de una familia judía. Sus padres eran Hermann Einstein y Pauline Koch. En 1880 lafamilia se mudó a Munich, donde su padre y su tío fundaron en octubre una empresadedicada a la instalación de agua y gas. Como el negocio marchaba bien, con el apoyode toda la familia decidieron abrir un taller propio de aparatos eléctricos(Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie.), que suministraban a centrales eléctricasen Munich-Schwabing, Varese y Susa en Italia. Desde sus comienzos, demostró cierta dificultad para expresarse, pues noempezó a hablar hasta la edad de 3 años, por lo que aparentaba poseer algún retardoque le provocaría algunos problemas. Al contrario que su hermana menor, Maya, queera más vivaracha y alegre, Albert era paciente y metódico y no gustaba de exhibirse.Solía evitar la compañía de otros infantes de su edad y a pesar de que, como niños,también tenían de vez en cuando sus diferencias, únicamente admitía a su hermana ensus soledades. Cursó sus estudios primarios en una escuela católica; desde 1888 asistióal instituto de segunda enseñanza Luitpold (que en 1965 recibiría el nombre deGymasium Albert Einstein). Sacó buenas notas en general, no tanto en las asignaturasde idiomas, pero excelentes en las de ciencias naturales. Los libros de divulgacióncientífica de Aaron Bernstein marcaron su interés y su futura carrera. Fue un periododifícil que sobrellevaría gracias a las clases de violín (a partir de 1884) que le daría sumadre (instrumento que le apasionaba y que continuó tocando el resto de sus días) y ala introducción al Álgebra que le descubriría su tío Jacob. Su paso por el Gymnasium(instituto de bachillerato), sin embargo, no fue muy gratificante: la rigidez y ladisciplina militar de los institutos de secundaria de la época de Otto von Bismark legranjearon no pocas polémicas con los profesores: en el Luitpold Gymnasium las cosasllegaron a un punto crítico en 1894, cuando Einstein tenía 15 años. Un nuevo profesor,el Dr. Joseph Degenhart, le dijo que «nunca conseguiría nada en la vida». CuandoEinstein le respondió que «no había cometido ningún delito», el profesor le respondíó:«tu sola presencia aquí mina el respeto que me debe la clase». Su tío, Jacob Einstein, un hombre con gran incentiva e ideas, convenció al padrede Albert para que construyese una casa con un taller, en donde llevarían a caboPágina 42 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 42. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.nuevos proyectos y experimentos tecnológicos de la época a modo de obtener unosbeneficios, pero, debido a que los aparatos y artilugios que afinaban y fabricaban eranproductos para el futuro, en el presente carecían de compradores y el negoció fracasó.El pequeño Albert creció motivado entre las investigaciones que se realizaban en eltaller y todos los aparatos que allí había. Además, su tío incentivó sus inquietudescientíficas proporcionándole libros de ciencia. Según relata el propio Einstein en suautobiografía, de la lectura de estos libros de divulgación científica nacería unconstante cuestionamiento de las afirmaciones de la religión; un libre pensamientodecidido que fue asociado a otras formas de rechazo hacia el Estado y la autoridad. Unescepticismo poco común en aquella época, a decir del propio Einstein. El colegio no lomotivaba, y aunque era excelente en matemáticas y física, no se interesaba por lasdemás asignaturas. A los 15 años, sin tutor ni guía, emprendió el estudio del cálculoinfinitesimal. La idea, claramente infundada, de que era un mal estudiante proviene delos primeros biógrafos que escribieron sobre Einstein, que confundieron el sistema decalificación escolar de Suiza (un 6 en Suiza es la mejor calificación) con el alemán (un 6es la peor nota). En este "Erziehungsrat" aparece con nota 6 en las todas lasasignaturas: Álgebra, Física, Geometría, Geometría Analítica y Trigonometría. En 1894 la compañía Hermann sufría importantes dificultades económicas y losEinstein se mudaron de Múnich a Pavía en Italia cerca de Milán. Albert permaneció enMúnich para terminar sus cursos antes de reunirse con su familia en Pavía, pero laseparación duró poco tiempo: antes de obtener su título de bachiller decidióabandonar el Gymnasium. Sin consultarlo con sus padres, Albert se puso en contactocon un médico (el hermano mayor de Max Talmud, un estudiante de medicina que ibatodos los viernes a comer a la casa de los padres de Einstein) para que certificara quepadecía de agotamiento y necesitaba un tiempo sin asistir a la escuela, y convenció aun profesor para que certificara su excelencia en el campo de las matemáticas. Lasautoridades de la escuela le dejaron ir. Justo después de las Navidades de 1894, Albertabandonó Múnich y se fue a Milán para reunirse con sus propios padres. Entonces, la familia Einstein intentó matricular a Albert en la Escuela PolitécnicaFederal de Zúrich (Eidgenössische Technische Hochschule) pero, al no tener el título debachiller, tuvo que presentarse a una prueba de acceso que suspendió a causa de unacalificación deficiente en una asignatura de letras. Esto supuso que fuera rechazadoinicialmente, pero el director del centro, impresionado por sus resultados en ciencias,le aconsejó que continuara sus estudios de bachiller y que obtuviera el título que ledaría acceso directo al Politécnico. Su familia le envió a Aarau para terminar susestudios secundarios en la escuela cantonal de Argovia, a unos 50 km al oeste deZúrich, donde Einstein obtuvo el título de bachiller alemán en 1896, a la edad de 16años. Ese mismo año renunció a su ciudadanía alemana, presuntamente para evitar elservicio militar, pasando a ser un apátrida. Inició los trámites para naturalizarse suizo.A fines de 1896, a la edad de 17 años el joven Einstein ingresó en la Escuela PolitécnicaFederal de Zúrich, Suiza, probablemente el centro más importante de la Europa centralpara estudiar ciencias fuera de Alemania, matriculándose en la Escuela de orientaciónmatemática y científica, con la idea de estudiar física.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 43UPAP – Sede Villeta.
  • 43. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA Durante sus años en la políticamente vibrante Zúrich, descubrió la obra dediversos filósofos: Baruch Spinoza, David Hume, Immanuel Kant, Karl Marx, FriedrichEngels y Ernst Mach. También tomó contacto con el movimiento socialista a través deFriedrich Adler y con cierto pensamiento inconformista y revolucionario en el quemucho tuvo que ver su amigo de toda la vida Michele Besso. En 1898 conoció a MilevaMaric, una compañera de clase serbia, también amiga de Nikola Tesla, de talantefeminista y radical, de la que se enamoró. En 1900 Albert y Mileva se graduaron en elPolitécnico de Zürich y en 1901 a la edad de 22 años consiguió la ciudadanía suiza.Durante este período discutía sus ideas científicas con un grupo de amigos cercanos,incluyendo a Mileva, con la cual tuvo una hija en enero de 1902, llamada Liserl. Al díade hoy nadie sabe que fue de la niña, asumiéndose que fue adoptada en la Serbia natalde Mileva, alrededor de 1903, después que ambos contrajeran matrimonio, el 6 deenero de 1903, en la ciudad de Berna. No obstante, esta teoría difícilmente puededemostrarse, ya que solo se dispone de pruebas circunstanciales. Los padres deEinstein siempre se opusieron al matrimonio, hasta que en 1902 su padre cayóenfermo de muerte y consintió. Más su madre nunca se resignó al mismo El 17 de abril de 1955, Albert Einstein experimentó una hemorragia internacausada por la ruptura de un aneurisma de la aorta abdominal, que anteriormentehabía sido reforzada quirúrgicamente por el Dr. Rudolph Nissen en 1948. Tomó elborrador de un discurso que estaba preparando para una aparición en televisión paraconmemorar el séptimo aniversario del Estado de Israel con él al hospital, pero novivió lo suficiente para completarlo. Einstein rechazó la cirugía, diciendo: "Quiero irmecuando quiero. Es de mal gusto prolongar artificialmente la vida. He hecho mi parte,es hora de irse. Yo lo haré con elegancia". Murió en el Hospital de Princeton (NuevaJersey) a primera hora del 18 de abril de 1955 a la edad de 76 años. Los restos deEinstein fueron incinerados y sus cenizas fueron esparcidas por los terrenos delInstituto de Estudios Avanzados de Princeton. Durante la autopsia, el patólogo delHospital de Princeton, Thomas Stoltz Harvey extrajo el cerebro de Einstein paraconservarlo, sin el permiso de su familia, con la esperanza de que la neurociencia delfuturo fuera capaz de descubrir lo que hizo a Einstein ser tan inteligente. Lo conservódurante varias décadas hasta que finalmente lo devolvió a los laboratorios dePrinceton cuando tenía más de ochenta años. Pensaba que el cerebro de Einstein «lerevelaría los secretos de su genialidad y que así se haría famoso». Hasta ahora, el únicodato científico medianamente interesante obtenido del estudio del cerebro es que unaparte de él - la parte que, entre otras cosas, está relacionada con la capacidadmatemática - es más grande que la misma parte de otros cerebros. Son recientes y escasos los estudios detallados del cerebro de Einstein. En 1985,por ejemplo, el profesor Marian Diamond de Universidad de California Berkeley,informó de un número de células gliales (que nutren a las neuronas) de superiorcalidad en áreas del hemisferio izquierdo, encargado del control de las habilidadesmatemáticas. En 1999, la neurocientífica Sandra Witelson informaba que el lóbuloparietal inferior de Einstein, un área relacionada con el razonamiento matemático, eraun 15% más ancho de lo normal. Además, encontró la grieta de Slyvian, un surco quePágina 44 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 44. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.normalmente se extiende desde la parte delantera del cerebro hasta la parteposterior, que no recorría todo el camino en el caso de Einstein. ¿Habría podidopermitir esto una mayor conectividad entre las diferentes partes del cerebro deEinstein? Nadie lo sabe. En 1901 apareció el primer trabajo científico de Einstein: trataba de la atraccióncapilar. Publicó dos trabajos en 1902 y 1903, sobre los fundamentos estadísticos de latermodinámica, corroborando experimentalmente que la temperatura de un cuerpo sedebe a la agitación de sus moléculas, una teoría aún discutida en esa época.Los artículos de 1905 En 1905 finalizó su doctorado presentando una tesis titulada Una nuevadeterminación de las dimensiones moleculares. Ese mismo año escribió cuatroartículos fundamentales sobre la física de pequeña y gran escala. En ellos explicaba elmovimiento browniano, el efecto fotoeléctrico y desarrollaba la relatividad especial yla equivalencia masa-energía. El trabajo de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico leproporcionaría el Premio Nobel de física en 1921. Estos artículos fueron enviados a larevista "Annalen der Physik" y son conocidos generalmente como los artículos del"Annus Mirabilis" (del Latín: Año extraordinario). La Unión internacional de física puray aplicada junto con la Unesco conmemoraron 2005 como el Año mundial de la físicacelebrando el centenario de publicación de estos trabajos.Efecto fotoeléctrico El primero de sus artículos de 1905 se titulaba Un punto de vista heurístico sobrela producción y transformación de luz. En él Einstein proponía la idea de "quanto" deluz (ahora llamados fotones) y mostraba cómo se podía utilizar este concepto paraexplicar el efecto fotoeléctrico. La teoría de los cuantos de luz fue un fuerte indicio de la dualidad onda-corpúsculo y de que los sistemas físicos pueden mostrar tanto propiedadesondulatorias como corpusculares. Este artículo constituyó uno de los pilares básicos dela mecánica cuántica. Una explicación completa del efecto fotoeléctrico solamentepudo ser elaborada cuando la teoría cuántica estuvo más avanzada. Por este trabajo, ypor sus contribuciones a la física teórica, Einstein recibió el Premio Nobel de Física de1921.Movimiento browniano El segundo artículo, titulado Sobre el movimiento requerido por la teoríacinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquidoestacionario, cubría sus estudios sobre el movimiento browniano.Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 45UPAP – Sede Villeta.
  • 45. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA El artículo sobre el movimiento browniano, el cuarto en grado de importancia,está estrechamente relacionado, con el artículo sobre teoría molecular. Se trata de unapieza de mecánica estadística muy elaborada, destacable por el hecho que Einstein nohabía oído hablar de las mediciones de Brown de la década de 1820 hasta finales deese mismo año (1905); así pues, escribió este artículo titulándolo "Sobre la teoría delmovimiento browniano" El artículo explicaba el fenómeno haciendo uso de las estadísticas delmovimiento térmico de los átomos individuales que forman un fluido. El movimientobrowniano había desconcertado a la comunidad científica desde su descubrimientounas décadas atrás. La explicación de Einstein proporcionaba una evidenciaexperimental incontestable sobre la existencia real de los átomos. El artículo tambiénaportaba un fuerte impulso a la mecánica estadística y a la teoría cinética de losfluidos, dos campos que en aquella época permanecían controvertidos. Antes de este trabajo los átomos se consideraban un concepto útil en física yquímica, pero al contrario de lo que cuenta la leyenda, la mayoría de los físicoscontemporáneos ya creían en la teoría atómica y en la mecánica estadísticadesarrollada por Boltzmann, Maxwell y Gibbs; además ya se habían hechoestimaciones bastante buenas de los radios del núcleo y del número de Avogadro. Elartículo de Einstein sobre el movimiento atómico entregaba a los experimentalistas unmétodo sencillo para contar átomos mirando a través de un microscopio ordinario. Wilhelm Ostwald, uno de los líderes de la escuela antiatómica, comunicó aArnold Sommerfeld que había sido transformado en un creyente en los átomos por laexplicación de Einstein del movimiento browniano.Relatividad especial El tercer artículo de Einstein de ese año se titulaba Zur Elektrodynamik bewegterKörper ("Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento"). En este artículoEinstein introducía la teoría de la relatividad especial estudiando el movimiento de loscuerpos y el electromagnetismo en ausencia de la fuerza de interacción gravitatoria. La relatividad especial resolvía los problemas abiertos por el experimento deMichelson y Morley en el que se había demostrado que las ondas electromagnéticasque forman la luz se movían en ausencia de un medio. La velocidad de la luz es, por lotanto, constante y no relativa al movimiento. Ya en 1894 George Fitzgerald habíaestudiado esta cuestión demostrando que el experimento de Michelson y Morleypodía ser explicado si los cuerpos se contraen en la dirección de su movimiento. Dehecho, algunas de las ecuaciones fundamentales del artículo de Einstein habían sidointroducidas anteriormente (1903) por Hendrik Lorentz, físico holandés, dando formamatemática a la conjetura de Fitzgerald.Página 46 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 46. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial. Esta famosa publicación está cuestionada como trabajo original de Einstein,debido a que en ella omitió citar toda referencia a las ideas o conceptos desarrolladospor estos autores así como los trabajos de Poincaré. En realidad Einstein desarrollabasu teoría de una manera totalmente diferente a estos autores deduciendo hechosexperimentales a partir de principios fundamentales y no dando una explicaciónfenomenológica a observaciones desconcertantes. El mérito de Einstein estaba por lotanto en explicar lo sucedido en el experimento de Michelson y Morley comoconsecuencia final de una teoría completa y elegante basada en principiosfundamentales y no como una explicación ad-hoc o fenomenológica de un fenómenoobservado. Su razonamiento se basó en dos axiomas simples: En el primero reformuló elprincipio de simultaneidad, introducido por Galileo siglos antes, por el que las leyes dela física deben ser invariantes para todos los observadores que se mueven avelocidades constantes entre ellos, y el segundo, que la velocidad de la luz esconstante para cualquier observador. Este segundo axioma, revolucionario, va más alláde las consecuencias previstas por Lorentz o Poincaré que simplemente relataban unmecanismo para explicar el acortamiento de uno de los brazos del experimento deMichelson y Morley. Este postulado implica que si un destello de luz se lanza alcruzarse dos observadores en movimiento relativo, ambos verán alejarse la luzproduciendo un círculo perfecto con cada uno de ellos en el centro. Si a ambos ladosde los observadores se pusiera un detector, ninguno de los observadores se pondría deacuerdo en qué detector se activó primero (se pierden los conceptos de tiempoabsoluto y simultaneidad). La teoría recibió el nombre de "teoría especial de larelatividad" o "teoría restringida de la relatividad" para distinguirla de la teoría de larelatividad general, que fue introducida por Einstein en 1915 y en la que se consideranlos efectos de la gravedad y la aceleración.Equivalencia masa-energía El cuarto artículo de aquel año se titulaba Ist die Trägheit eines Körpers vonseinem Energieinhalt abhängig y mostraba una deducción de la fórmula de larelatividad que relaciona masa y energía. En este artículo se exponía que "la variaciónde masa de un objeto que emite una energía L, es:donde V era la notación de la velocidad de la luz usada por Einstein en 1905. Esta fórmula implica que la energía E de un cuerpo en reposo es igual a su masam multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado:Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 47UPAP – Sede Villeta.
  • 47. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA Muestra cómo una partícula con masa posee un tipo de energía, "energía enreposo", distinta de las clásicas energía cinética y energía potencial. La relación masa–energía se utiliza comúnmente para explicar cómo se produce la energía nuclear;midiendo la masa de núcleos atómicos y dividiendo por el número atómico se puedecalcular la energía de enlace atrapada en los núcleos atómicos. Paralelamente, lacantidad de energía producida en la fisión de un núcleo atómico se calcula como ladiferencia de masa entre el núcleo inicial y los productos de su desintegración,multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado.Relatividad general En noviembre de 1915 Einstein presentó una serie de conferencias en laAcademia de Ciencias de Prusia en las que describió la teoría de la relatividad general.La última de estas charlas concluyó con la presentación de la ecuación que reemplaza ala ley de gravedad de Newton. En esta teoría todos los observadores son consideradosequivalentes y no únicamente aquellos que se mueven con una velocidad uniforme. Lagravedad no es ya una fuerza o acción a distancia, como era en la gravedadnewtoniana, sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. La teoríaproporcionaba las bases para el estudio de la cosmología y permitía comprender lascaracterísticas esenciales del Universo, muchas de las cuales no serían descubiertassino con posterioridad a la muerte de Einstein. La relatividad general fue obtenida por Einstein a partir de razonamientosmatemáticos, experimentos hipotéticos (Gedanken experiment) y rigurosa deducciónmatemática sin contar realmente con una base experimental. El principio fundamentalde la teoría era el denominado principio de equivalencia. A pesar de la abstracciónmatemática de la teoría, las ecuaciones permitían deducir fenómenos comprobables.El 29 de mayo de 1919 Arthur Eddington fue capaz de medir, durante un eclipse, ladesviación de la luz de una estrella al pasar cerca del Sol, una de las predicciones de larelatividad general. Cuando se hizo pública esta confirmación la fama de Einstein seincrementó enormemente y se consideró un paso revolucionario en la física. Desdeentonces la teoría se ha verificado en todos y cada uno de los experimentos yverificaciones realizados hasta el momento. A pesar de su popularidad, o quizás precisamente por ella, la teoría contó conimportantes detractores entre la comunidad científica que no podían aceptar una físicasin un Sistema de referencia absoluto.Estadísticas de Bose-Einstein En 1924 Einstein recibió un artículo de un joven físico indio, Satyendranath Bose,denominado "La ley de Plank y la hipótesis del cuanto de luz", describiendo a la luzcomo un gas de fotones y pidiendo la ayuda de Einstein para su publicación. Einstein sedio cuenta de que el mismo tipo de estadísticas podían aplicarse a grupos de átomos ypublicó el artículo, conjuntamente con Bose, en alemán, la lengua más importante enPágina 48 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 48. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.física en la época. Las estadísticas de Bose-Einstein explican el comportamiento de lostipos básicos de partículas elementales denominadas bosones.La Teoría de Campo Unificada Einstein dedicó sus últimos años a la búsqueda de una de las más importantesteorías de la física, la llamada Teoría de Campo Unificada. Dicha búsqueda, después desu Teoría general de la relatividad, consistió en una serie de intentos tendentes ageneralizar su teoría de la gravitación para lograr unificar y resumir las leyesfundamentales de la física, específicamente la gravitación y el electromagnetismo. Enel año 1950, expuso su Teoría de campo unificada en un artículo titulado «Sobre lateoría generalizada de la gravitación» (On the Generalized Theory of Gravitation) en lafamosa revista Scientific American. Aunque Albert Einstein fue mundialmente célebre por sus trabajos en físicateórica, paulitinamente fue aislándose en su investigación, y sus intentos no tuvieronéxito. Persiguiendo la unificación de las fuerzas fundamentales, Albert ignoró algunosimportantes desarrollos en la física, siendo notablemente visible en el tema de lasfuerzas nuclear fuerte y nuclear débil, las cuales no se entendieron bien sino despuésde quince años de la muerte de Einstein (cerca del año 1970) mediante numerososexperimentos en física de altas energías. Los intentos propuestos por la Teoría decuerdas o la Teoría M, muestran que aún perdura su ímpetu de alcanzar demostrar lagran teoría de la unificación de las leyes de la física.Creencias religiosas Einstein distingue tres estilos que suelen entremezclarse en la práctica de lareligión. El primero está motivado por el miedo y la mala comprensión de la causalidady, por tanto, tiende a inventar seres sobrenaturales. El segundo es social y moral,motivado por el deseo de apoyo y amor. Ambos tienen un concepto antropomórficode Dios. El tercero –que Einstein considera el más maduro–, está motivado por unprofundo sentido de asombro y misterio. En una carta a la Asociación Central de Ciudadanos Alemanes de la Fe Judía, en1920, les escribe: Ni soy ciudadano alemán, ni hay nada en mí que pueda definirse como "fejudía". Pero soy judío y estoy orgulloso de pertenecer a la comunidad judía,aunque no los considero en absoluto los elegidos de Dios. Einstein creía en «un Dios que se revela en la armonía de todo lo que existe, noen un Dios que se interesa en el destino y las acciones del hombre». Deseaba conocer«cómo Dios había creado el mundo». En algún momento resumió sus creenciasreligiosas de la manera siguiente:Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 49UPAP – Sede Villeta.
  • 49. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA Mi religión consiste en una humilde admiración del ilimitado espíritusuperior que se revela en los más pequeños detalles que podemos percibir connuestra frágil y débil mente. La más bella y profunda emoción que nos es dado sentir es la sensaciónde lo místico. Ella es la que genera toda verdadera ciencia. El hombre quedesconoce esa emoción, que es incapaz de maravillarse y sentir el encanto y elasombro, está prácticamente muerto. Saber que aquello que para nosotros esimpenetrable realmente existe, que se manifiesta como la más alta sabiduría yla más radiante belleza, sobre la cual nuestras embotadas facultades sólopueden comprender en sus formas más primitivas. Ese conocimiento, esasensación, es la verdadera religión. En cierta ocasión, en una reunión, se le preguntó a Einstein si creía o no en unDios a lo que respondió: «Creo en el Dios de Spinoza, que es idéntico al ordenmatemático del Universo». Una cita más larga de Einstein aparece en Science, Philosophy, and Religion, ASymposium (Simposio de ciencia, filosofía y religión), publicado por la Conferencia deCiencia, Filosofía y Religión en su Relación con la Forma de Vida Democrática: Cuanto más imbuido esté un hombre en la ordenada regularidad de loseventos, más firme será su convicción de que no hay lugar —del lado de estaordenada regularidad— para una causa de naturaleza distinta. Para esehombre, ni las reglas humanas ni las "reglas divinas" existirán como causasindependientes de los eventos naturales. De seguro, la ciencia nunca podrárefutar la doctrina de un Dios que interfiere en eventos naturales, porque esadoctrina puede siempre refugiarse en que el conocimiento científico no puedeposar el pie en ese tema. Pero estoy convencido de que tal comportamiento departe de las personas religiosas no solamente es inadecuado sino tambiénfatal. Una doctrina que se mantiene no en la luz clara sino en la oscuridad, queya ha causado un daño incalculable al progreso humano, necesariamenteperderá su efecto en la humanidad. En su lucha por el bien ético, las personasreligiosas deberían renunciar a la doctrina de la existencia de Dios, esto es,renunciar a la fuente del miedo y la esperanza, que en el pasado puso un granpoder en manos de los sacerdotes. En su labor, deben apoyarse en aquellasfuerzas que son capaces de cultivar el bien, la verdad y la belleza en la mismahumanidad. Esto es de seguro, una tarea más difícil pero incomparablementemás meritoria y admirable. En una carta fechada en marzo de 1954, que fue incluida en el libro AlbertEinstein: su lado humano (en inglés), editado por Helen Dukas y Banesh Hoffman ypublicada por Princeton University Press, Einstein dice: Por supuesto era una mentira lo que se ha leído acerca de misconvicciones religiosas; una mentira que es repetida sistemáticamente. NoPágina 50 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 50. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.creo en un Dios personal y no lo he negado nunca sino que lo he expresadoclaramente. Si hay algo en mí que pueda ser llamado religioso es la ilimitadaadmiración por la estructura del mundo, hasta donde nuestra ciencia puederevelarla. La carta al filósofo Eric Gutkind, del 3 de enero de ese mismo año, subastada enmayo del año 2008, deja al parecer las cosas más claras, de ser posible, y aunque sólosirva para animar el debate, conviene conocerla. Dice Einstein: La palabra Dios para mí no es más que la expresión y producto de lasdebilidades humanas, la Biblia, una colección de honorables pero aúnprimitivas leyendas que sin embargo son bastante infantiles. Ningunainterpretación, sin importar cuán sutil sea, puede (para mí) cambiar esto... También hay una carta poco conocida de Einstein, enviada a Guy H. Raner Jr, el 2de julio de 1945, en respuesta a un rumor de que un sacerdote jesuita lo habíaconvertido desde el ateísmo, en la cual se reconoce directamente como ateo (citadopor Michael R. Gilmore en Skeptic Magazine, Vol. 5, No.2) “He recibido su carta del 10 de junio. Nunca he hablado con un sacerdotejesuita en mi vida y estoy asombrado por la audacia de tales mentiras sobremí. Desde el punto de vista de un sacerdote jesuita, soy, por supuesto, y he sidosiempre un ateo.” William Herrmanns, veterano superviviente de Verdún, profesor de literaturaalemana, entrevistó varias veces a Einstein, la primera en Berlín en 1930, en la queplanteó la idea de una religión cósmica, una idea a la que había hecho referencia en laconversación sobre la realidad que había tenido con Rabindranath Tagore y quedespués desarrolló y tituló "Religión y Ciencia", publicado en el "New York Times" en1930. Einstein siguió desarrollando esta idea y Herrmanns, que la considerabacompatible con las creencias tradicionales se propuso fundar un movimiento queintegrara las tradiciones judía, cristiana, vedista, budista e islámica. Estaba dispuesto aobtener declaraciones concisas y precisas sobre Dios. Einstein no pudo serlo más: Con respecto a Dios, no puedo aceptar ningún concepto basado en laautoridad de la Iglesia. Desde que tengo uso de razón me ha molestado eladoctrinamiento de las masas. No creo en el miedo a la vida, en el miedo a lamuerte, en la fe ciega. No puedo demostrar que no haya un Dios personal, perosi hablara de él, mentiría. No creo en el Dios de la teología, en el Dios de quepremia el bien y castiga el mal. Mi Dios creó las leyes que se encargan de eso.Su universo no está gobernado por quimeras, sino por leyes inmutables. Para Einstein, su religión cósmica y su condición judía no guardaban relaciónentre sí. Cuando se le preguntó si existían un punto de vista judío replicó:Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 51UPAP – Sede Villeta.
  • 51. FISICA IUNIVERSIDAD POLITECNICA Y ARTISTICA DEL PARAGUAY – SEDE VILLETA En el sentido filosófico no hay, en mi opinión, un punto de vistaespecíficamente judío. Para mi, el judaísmo tiene que ver casi explusivamentecon la actitud moral en la vida y hacia la vida [...]El judaísmo no es, pues, unareligión trascendental; tiene que ver como vivimos la vida y, hasta ciertopunto, con cómo la entendemos [...], y nada más. Tengo dudas si se le puedellamar religión en el sentido aceptado de la palabra, o bien considerarla nocomo una "fe" sino como la santificación de la vida en el sentido suprapersonalque se les exige a los judíos.Comportamiento ético Einstein creía que la moralidad no era dictada por Dios, sino por la humanidad: No creo en la inmoralidad del individuo, y considero la ética una preocupaciónexclusivamente humana sobre la que no hay ninguna autoridad sobrehumana. En la última etapa de su vida, Einstein mantuvo una dieta vegetariana. Según él,el vegetarianismo revestía una gran importancia para la humanidad, como puedeapreciarse en algunas de sus citas sobre el tema: Nada incrementaría tanto la posibilidad de supervivencia sobre la Tierra como elpaso hacia una alimentación vegetariana. (...) Ya sólo con su influencia física sobre eltemperamento humano, la forma de vida vegetariana podría influir muy positivamentesobre el destino de la humanidad.Página 52 Preparado por el Lic. Quím. Jorge Blas Ramírez González. Reg. Prof. N° 59 Cel. N° 0961 421 483 E – mail: jorgeblas69@gmail.com
  • 52. Facultad de Artes y Tecnología. Carrera de Ingeniería Industrial.Ilustraciones del Capítulo I – Introducción a la física.Ilustración 1. Experimento de Benjamín Franklin con la cometa y el rayo. .................................. 9Ilustración 2. Arquímedes en la tinaja......................................................................................... 15Ilustración 3. Galileo enseñando al dux de Venecia el uso del telescopio.................................. 21Ilustración 4. Johannes Kepler, astrónomo y matemático alemán del siglo XVI. ....................... 23Ilustración 5. Sir Isaac Newton, físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemáticoinglés. .......................................................................................................................................... 27Ilustración 6. Nicolas Léonard Sadi Carnot, ingeniero francés pionero en el estudio de latermodinámica. ........................................................................................................................... 36Ilustración 7. James Prescott Joule, físico inglés conocido por sus investigaciones enelectricidad, termodinámica y energía. ...................................................................................... 37Ilustración 8. Michael Faraday, físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y laelectroquímica............................................................................................................................. 39Ilustración 9. Albert Einstein, físico alemán, considerado como el más importante del siglo XX...................................................................................................................................................... 41Física I – Carrera de Ingeniería Industrial Página 53UPAP – Sede Villeta.