Historia de la Fuerza de Inercia (16937)

Historia de la Fuerza de Inercia
El concepto de Fi surge en la investigación que varias personas hicieron
durante años destinada a entender y explicar la relación entre el
movimiento y la fuerza. Surge al estudiar las relaciones entre conceptos
como masa, inercia, movimiento, sistema de referencia, fuerza, etc.
Antes de Kepler se creía en la teoría del ímpetu, una fuerza motora que
supuestamente se imprimía a los cuerpos para ponerlos en movimiento
y luego los acompañaba durante el mismo.
Kepler, que aún creía en el ímpetu (fuerza necesaria para que existe el
movimiento), introduce, hacia 1680, el concepto de inercia como una
propiedad de la materia que pone a los cuerpos en reposo cuando deja
de actuar la fuerza que produce el movimiento, o cuando el ímpetu no
es capaz de vencer a la resistencia.
Posteriormente Galileo, anticipándose a Newton, dedujo de sus
observaciones que un cuerpo puede mantenerse con m.r.u. en ausencia
de fuerzas. No es necesaria una fuerza que lo propulse ni tampoco
existen fuerzas que se oponen al movimiento.
Sin necesidad de recurrir a la teoría del ímpetu explicó el movimiento de
proyectiles mediante una composición de movimientos.
Enuncia el P. de relatividad del movimiento aunque sin hablar
específicamente de sistemas de referencia.
Usando las ideas de Kepler y Galileo, Descartes explica el movimiento
como una cualidad que tiene la materia desde su creación (intrínseca a
ella) por la que el cuerpo no cambia su estado de movimiento (o reposo)
salvo por choque con otro cuerpo.
Esencialmente sólo concibe el movimiento como relativo: sólo puede ser
referido en relación con un punto que se considera en reposo.
Descartes intuye el concepto de cantidad de movimiento que se
mantiene constante en los cuerpos y define el sistema de referencia.
Evita el concepto de fuerza y habla de que en el movimiento circular
aparece sobre el cuerpo que gira “una tendencia” a alejarse del centro
(cualquiera que gire un objeto atado a una cuerda puede detectar esa
tendencia). Sin llamarle fuerza ya intuye el concepto de fuerza de
inercia.
Borrelli denominó en 1666 “fuerza centrífuga” a la “tendencia a alejarse
del centro” y supuso que para equilibrar esa tendencia debía existir una
“fuerza centrípeta”.
El principio de conservación de la cantidad de movimiento fue
establecido en 1673 por Huygens a partir de la investigación sobre
choques: Principio de conservación del momento lineal.
Newton (Principia. 1686), asocia el concepto de inercia a la “cantidad de
materia de un cuerpo” a la que denomina “masa”. Amplia el concepto
Kepleriano de inercia y la define como la cualidad que mantiene a los
cuerpos en el estado en el que están (ya sea en reposo o en movimiento
rectilíneo uniforme).
Esa inercia lleva asociada una fuerza de inercia (vis inertia o vis insita).
Este concepto no coincide con lo que hoy entendemos como fuerza de
inercia. Considera esta vis inertia como algo relacionado con la masa
(más masa, mayor inercia) y su tendencia a impedir que el cuerpo
cambie su estado. Newton dice que esta fuerza no es verdadera como
las otras fuerzas que surgen de las interacciones.
Definición actual y errores en la aplicación del concepto de F. de Inercia
La idea de Descartes de que en un cuerpo que gira la "tendencia
centrífuga" debe compensarse con otra "tendencia opuesta" (centrípeta)
que lo mantenga sobre la curva, fue asumida por Huygens que calculó la
primera aproximación al valor de esa "tendencia", afirmando que era
proporcional al cuadrado de la velocidad e inversamente proporcional al
radio de la órbita:
F = mv2/R.
Esta contraposición de fuerzas llevó a pensar en un equilibrio
dinámico de fuerzas (mientras el cuerpo gira). Hoy sabemos que el
enfoque, que fue útil para resolver problemas en su día, es erróneo para
un planteamiento global ya que no habla de sistema de referencia..
Por otra parte, si estudiamos el cuerpo que gira atado a una
cuerda desde un sistema en reposo, no hace falta en absoluto hablar de
la fuerza centrífuga, que sólo existe para un observador situado sobre el
cuerpo que gira (sistema acelerado). Podemos estudiar el giro aplicando
las Leyes de Newton y sin utilizar la Fi.
Veamos lo que ocurre cuando estudiamos el giro del cuerpo atado a la
cuerda aplicando el concepto de equilibrio dinámico:
Por la primera Ley de Newton (Ley de Inercia) sabemos que si existe un
equilibrio de fuerzas (SF = 0), el cuerpo debe estar en reposo o con
m.r.u., cosa que no ocurre no ocurre en un cuerpo que gira. Por lo
tanto, el planteamiento del equilibrio dinámico incumple la 1ª Ley de
Newton.
También incumple la 3ª Ley (Ley de Acción y Reacción) ya que la fuerza
de inercia aparece sin que exista interacción.
Concluimos que: el estudio y resolución de problemas en los sistemas
inerciales es más coherente porque no contradice ninguna ley, como
ocurre cuando lo estudiamos desde un sistema NO inercial aplicando el
principio de equilibrio dinámico. El método de equilibrio dinámico no
deja de ser una mera regla útil para la resolución de problemas.