Jul 18 2008
¿ES EL CALOR UNA SUSTANCIA?
Aquí empezamos a seguir una nueva pista que se origina en e dominio de los fenómenos térmicos. Es en realidad imposible dividir la ciencia en ramas separadas y sin relación entre sí. En efecto, pronto veremos que los conceptos nuevos introducidos en este capítulo están entrelazados con los ya conocidos y con otros que aparecerán más adelante. Continue reading “¿ES EL CALOR UNA SUSTANCIA?”
Jul 17 2008
UNA CLAVE QUE PASÓ INADVERTIDA
Al estudiar la mecánica, recibimos al principio la impresión de que, en esta rama de la ciencia, todo es simple, fundamental y definitivo. Difícilmente se sospecharía la existencia de un detalle importante, que nadie notó durante más de tres siglos. Este detalle olvidado está relacionado con uno de los conceptos fundamentales de la mecánica, la masa. Retornemos al sencillo experimento ideal del carro sobre un camino perfectamente llano. Si estando inicialmente en reposo le damos un impulso, se pone en movimiento, con el que continúa uniformemente y en línea recta. Supongamos que la acción de la fuerza pueda repetirse todas las veces que deseemos sobre el r cuerpo y con la misma intensidad. La velocidad final, adquirida mediante estos impulsos iguales, es en todos ellos la misma. Pero, - sucede si el carro está a veces cargado y otras no? Adquirirá, evidentemente, menos velocidad cuando tiene carga que cuando no tiene. En consecuencia: si una misma fuerza actúa sobre dos cupos distintos que parten del reposo, sus velocidades resultantes r serán iguales. Esto se expresa diciendo que la velocidad depende la masa del cuerpo, y es menor cuando mayor es la masa. De acuerdo con esto, poseemos un método, por lo menos en teoría, para determinar la masa o, más exactamente, para hallar relación entre las masas de distintos cuerpos. En efecto, si sobre c masas en reposo actúan dos fuerzas idénticas y la velocidad final una resulta triple que la de la otra, concluimos que la primera una masa tres veces menor que la segunda. Esta no es, evidentemente, una manera práctica de obtener dicha relación, lo cual r quita que podamos imaginar realizado éste u otro procedimiento basado en el principio de inercia, para su determinación. ¿Cómo se determina la masa en la práctica? No, naturalmente de la manera descrita, sino por medio de la balanza: pesando. Vamos a discutir más detalladamente las dos maneras de hallar la masa. El primer método no tiene relación alguna con la gravedad, o sea con la atracción de la Tierra. Después del empuje, el vehículo se mueve uniformemente si está sobre un plano perfectamente liso y horizontal. La fuerza de la gravedad que hace que el cuerpo esté sobre dicho plano, no varía y no juega ningún papel en la determinación de la masa. La cosa cambia cuando lo efectuamos por pesadas. No se podría usar jamás una balanza si la Tierra no ejerciera una atracción sobre los cuerpos, si la gravedad no existiera. La diferencia entre los dos métodos de hallar la masa está, pues, en que en el primero la fuerza de gravedad no interviene en absoluto, mientras que el segundo se basa esencialmente en su existencia. Nos preguntamos ahora: ¿si se determina la relación de dos masas siguiendo los dos caminos esbozados arriba, obtendremos un mismo resultado? La respuesta que da la experiencia es rotunda: ¡el valor obtenido en ambos casos es exactamente el mismo! Esto no podía preverse; se basa en la observación y no en el raciocinio. Llamemos, para simplificar, masa inerte la una y masa gravitatoria la otra, según el procedimiento por el cual se la determine. Hemos visto que son iguales, pero es fácilmente imaginable que podría no haber sido así. Aquí se presenta, lógicamente, esta otra pregunta: ¿la cantidad entre ambas clases de masa será puramente accidental o tendrá una significación más profunda? La respuesta, desde el punto de vista de la física clásica, es: la igualdad entre ambas masas es realmente accidental, no debiendo adjudicársele una trascendencia ulterior. La respuesta de la física moderna es diametralmente opuesta: dicha identidad constituye una clave nueva y fundamental para la comprensión más profunda de la naturaleza. Esta fue, en efecto, una de las claves más importantes a partir de las que se desarrolló la teoría general de la relatividad. Una novela de misterio que explique los sucesos extraños como accidentes parecería defectuosa. Es, ciertamente, más satisfactorio un relato que siga una trama racional. De igual manera, una teoría que ofrece una explicación de la identidad entre las masas de gravitación y de inercia es superior a otra que la interpreta como algo accidental; con tal de que, naturalmente, ambas teorías sean igualmente Compatibles con los fenómenos observados. Como dicha identidad constituye un hecho fundamental para la formulación de la teoría de la relatividad, está justificado que la examinemos algo más detenidamente. ¿Qué experimentos prueban convincentemente la igualdad de las dos masas? La respuesta está en el antiguo experimento de Galileo, consistente en dejar caer desde una torre distintas masas. Notó entonces que el tiempo requerido para la caída era siempre el mismo; que el movimiento de de un cuerpo no depende de su masa. Para relacionar este resultado experimental, simple pero muy importante, con la identidad de las dos masas, debemos seguir un razonamiento algo intrincado. Un cuerpo en reposo, bajo la acción de una fuerza exterior, se pone en movimiento y alcanza cierta velocidad; cede más o menos fácilmente según su masa inerte, resistiendo el cambio más tenazmente cuanto mayor sea su masa, e inversamente. Sin pretensión de rigor, se puede decir: la prontitud con que un cuerpo responde a la llamada de una fuerza exterior depende de su masa. Si fuera cierto que la Tierra atrae a todos los cuerpos con fuerzas iguales, los de masa inercial mayor caerían más lentamente. Pero esto no es cierto, ya que sabemos, con Galileo, que todos los cuerpos caen de la misma manera. Esto significa que la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre cuerpos distintos debe ser diferente. Ahora bien, la Tierra atrae a una piedra, por ejemplo, con la fuerza de la gravedad, ignorando su masa de inercia. El “llamado” de la fuerza de gravitación de la Tierra depende de la masa gravitatoria. El movimiento “respuesta” de la piedra depende de su masa inerte. Como el movimiento “respuesta” es siempre uno mismo, según vimos, se que la masa gravitatoria debe ser igual a la masa inerte. Un físico formula la misma conclusión (con un poco de pedantería), diciendo: «La aceleración* de la caída aumenta proporcionalmente a la masa gravitatoria y disminuye en proporción a la masa inerte. Como todos los cuerpos caen con la misma aceleración constante, las dos masas deben ser iguales.» En nuestra gran novela de misterio no existen problemas total y definitivamente resueltos. Al cabo de tres siglos tuvimos que - al problema inicial del movimiento y revisar el procedimiento investigación, descubrir detalles que pasaron inadvertidos, adquiriendo así una nueva imagen del Universo que nos rodea.
