Isaac Newton

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Isaac Newton

El genio británico que explicó el movimiento y la gravedad

Introducción

Isaac Newton fue un famoso físico y matemático inglés conocido sobre todo por inventar el cálculo moderno y por las teorías fundamentales sobre la gravedad que expuso en Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), considerado por muchos el libro de física más influyente jamás escrito. Y lo que es más importante, Newton contribuyó a que el enfoque científico dominante en la época pasara de la inquisición cualitativa al análisis cuantitativo.

Newton se ha convertido en un nombre familiar asociado sobre todo al "mito de la manzana". Según cuenta la historia, se inspiró para explorar la gravedad al observar la dirección que tomó una manzana al caer después de golpearle la cabeza. Aunque los detalles de esta historia son controvertidos, no lo son las contribuciones fundacionales de Newton a los campos de las matemáticas, la astrología, la física y la óptica. Comprender su influencia y el papel de Newton en la transformación de la naturaleza de la investigación científica es esencial para entender la historia de la ciencia actual.

La mejor y más segura manera de filosofar parece ser, primero investigar diligentemente las propiedades de las cosas, y establecer esas propiedades por experiencias [experimentos] y luego proceder lentamente a hipótesis para la explicación de ellas. Porque las hipótesis sólo deben emplearse para explicar las propiedades de las cosas, pero no para determinarlas, a menos que puedan proporcionar experimentos.


- Isaac Newton en una carta a Gaston Pardies, jesuita francés

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Tres leyes del movimiento y teoría de la gravedad: explicación matemática del movimiento de los objetos

En 1687, Newton publicó Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, o Principia, como se conoce más comúnmente. Principia contiene sus teorías del movimiento y de la gravedad. Las tres leyes del movimiento de Newton son:

  1. Todo objeto permanece en su estado de reposo o movimiento uniforme a menos que lo perturbe una fuerza externa. Un coche, por ejemplo, se detiene cuando choca contra un árbol, pero los objetos y las personas que viajan en él siguen moviéndose hasta que chocan contra una fuerza externa, como un airbag.
  2. La fuerza es igual a la masa por la aceleración. Esto explica por qué un coche con un motor más grande que produce más fuerza será más rápido que otro con un motor menos potente. También explica por qué un coche más pesado necesita más fuerza para desplazarse a la misma velocidad que uno más ligero.
  3. Para cada acción existe una reacción igual y opuesta. Por ejemplo, un cohete produce una fuerza hacia atrás mediante la expulsión de gas. Esto lo impulsa hacia arriba.

Estas leyes se descubrieron como parte del estudio más amplio de la gravedad realizado por Newton, que culminó en su teoría de la gravitación universal. Según esta teoría, la gravedad es una fuerza universal y predecible que actúa sobre toda la materia. Además, es función tanto de la masa como de la distancia. Newton creía que la gravedad era como sigue: las partículas de materia atraen a otras partículas con una fuerza que es proporcional a sus masas, mientras que es inversamente proporcional a la distancia al cuadrado entre ellas.

"Como en Matemáticas, así en Filosofía Natural, la Investigación de Cosas difíciles por el Método de Análisis, debe preceder siempre al Método de Composición. Este Análisis consiste en hacer Experimentos y Observaciones, y en sacar Conclusiones generales de ellos por Inducción, y no admitir Objeciones contra las Conclusiones, sino aquellas que se toman de los Experimentos, u otras Verdades ciertas. Porque las Hipótesis no deben ser consideradas en la Filosofía expe
rimental".

- Isaac Newton en su libro Opticks

Newton fue el primero en considerar la gravedad y el movimiento de esta manera. Sin embargo, recibió cierta ayuda. Al principio, Newton sólo había aplicado su concepción de la gravedad y el movimiento a los fenómenos que había observado en la Tierra. Pero en 1679, otro científico inglés

llamado Robert Hooke le sugirió que aplicara sus teorías al movimiento planetario. Newton pasó a utilizar su concepción de la gravedad y el movimiento para comprender la forma en que orbitan los planetas. También le permitió calcular las masas de los planetas y cómo la atracción gravitatoria del Sol crea las mareas en la Tierra.

El marco teórico de Newton constituyó la base de la mecánica clásica (el estudio de cómo se mueven los objetos) hasta que Albert Einstein estableció su teoría de la relatividad general. Las leyes del movimiento de Newton se siguen utilizando hoy en día para calcular y describir el movimiento de muchos fenómenos físicos. Además, para ayudar a explicar sus teorías del movimiento y la gravedad, Newton creó una nueva forma de matemáticas que llamó "fluxiones". Hoy en día se denomina cálculo, y desde entonces ha sido de gran valor para ingenieros, científicos y matemáticos.

Al combinar sus teorías del movimiento y la gravedad con el cálculo, Newton ofreció una explicación cualitativa unificada de diversos fenómenos físicos. Además, los rigurosos métodos de prueba e indagación indicativa que Newton empleó en Principia establecieron un nuevo listón para el análisis científico. Las aportaciones sustantivas y metodológicas de Newton hicieron más preciso el método científico, además de ayudarnos a comprender el mundo físico que nos rodea.

"Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, salvo en la medida en que se ve obligado a cambiar de estado por fuerzas impresas".

- Isaac Newton en su libro Los Principia: Principios matemáticos de la filosofía natura
l

El telescopio reflector: un instrumento para ver a distancia

Newton no fue el primero en inventar el telescopio, pero el primero en construir un telescopio reflector, el que utilizamos hoy en día. Antes de Newton, los telescopios refractores eran la norma. Utilizaban lentes de cristal para cambiar la dirección de la luz (es decir, la refracción) con el fin de aumentar la visión. Los telescopios refractores tienen varios inconvenientes, uno de los cuales es una zona de color borroso que suele rodear el objeto enfocado.

En lugar de utilizar lentes reflectantes de cristal, el telescopio de Newton utilizaba lentes espejadas que reflejaban una imagen ampliada al ojo. Como sólo tenía que utilizar un pequeño espejo para hacer rebotar la imagen, en lugar de varios filtros de cristal, Newton pudo construir un telescopio mucho más pequeño y práctico que evitaba el halo de distorsión cromática que afectaba a los telescopios refractores. Su primer modelo medía 15 centímetros y podía aumentar los objetos 40 veces. Los telescopios de refracción de la época solían ser menos potentes y 10 veces más grandes.

"Si he hecho algún servicio al público de esta manera, no se debe más que a la industria y a un pensamien
to paciente".

- Isaac Newton en una carta al teólogo inglés Richard Bentley

Newton desarrolló el telescopio para estudiar la óptica y establecer una teoría de la luz. Sin embargo, los "telescopios newtonianos", como se les suele llamar, siguen siendo muy utilizados hoy en día. Su diseño relativamente sencillo ha contribuido a reducir el coste de los telescopios, haciéndolos más accesibles al público. La invención del telescopio reflector de Newton ha ayudado a científicos de todo tipo a observar fenómenos desde lejos. Esta capacidad ha tenido un impacto especialmente profundo en la toma de decisiones en los campos de la astrología y la zoología.

Biografía histórica

Newton nació en la localidad inglesa de Woolsthorpe en 1642. Su familia tenía una granja y su madre le sacó de la escuela primaria a los 12 años para que trabajara en ella. A Newton no le gustaba la agricultura y acabó volviendo a la escuela para terminar sus estudios. Animado por su padrastro, Newton se matriculó en un programa de trabajo y estudio en el Trinity College de la Universidad de Cambridge, donde sirvió mesas y limpió las habitaciones de la residencia para cubrir sus gastos.x3

"He presentado principios de filosofía que, sin embargo, no son filosóficos sino estrictamente matemáticos, es decir, aquellos en los que se puede basar el estudio de la filosofía. Estos principios son las leyes y condiciones de los movimientos y de las fuerzas, que se relacion
an especialmente con la filosofía.

- Isaac Newton en su libro Los Principia: Principios matemáticos de la filosofía natura
l

Como otros estudiantes universitarios de la época, Newton recibía clases basadas en la filosofía aristotélica. Pero Newton se sintió atraído por la obra de pensadores del siglo XVII como René Descartes, que concebía la realidad como una compleja máquina compuesta de partículas en movimiento. Su interés por la filosofía moderna se tradujo en un bajo rendimiento académico, pero también llevó a Newton a realizar una serie de apuntes llamados "Quaestiones Quaedam Philosophicae" ("Ciertas cuestiones filosóficas"). Estas "preguntas" conformaron una nueva concepción de la naturaleza que sirvió de marco a la Revolución Científica.

En 1665, un año más tarde, Newton obtuvo su licenciatura. Fue el mismo año de la peste bubónica, que cerró la universidad y le obligó a volver a casa durante dos años. Durante este tiempo, Newton ayudó a sentar las bases del cálculo moderno. En 1667, Newton recibió una beca en el Trinity College y comenzó su carrera formal como investigador.

"En la filosofía experimental, las proposiciones obtenidas de los fenómenos por inducción deben considerarse exactas o muy cercanas a la verdad a pesar de cualquier hipótesis contraria, hasta que otros fenómenos hagan que tales proposiciones sean más exactas o suscept
ibles de excepciones."

- Isaac Newton en su libro Los Principia: Principios matemáticos de la filosofía natura
l

En los años siguientes, Newton se hizo más conocido por sus teorías sobre la gravedad y el movimiento, así como por su trabajo en el campo de la óptica. La innovación más importante de Newton en el campo de la óptica fue la invención del telescopio. En 1668 diseñó y construyó un telescopio reflector para avanzar en su teoría de la luz y el color. En 1671 fue nombrado miembro de la Royal Society.

En 1678, tras varios ataques a su teoría de la óptica y la muerte de su madre, Newton sufrió una crisis nerviosa y se retiró de la vida pública durante 6 años. Durante este tiempo de aislamiento, siguió desarrollando su teoría de la óptica y comenzó a elaborar una teoría de la fuerza. Éstas se incluyeron más tarde en Principia, su publicación más famosa, que incluía sus teorías del movimiento y la gravedad. Tras su publicación en 1687, Newton alcanzó fama internacional.

Un dato curioso: Newton tenía fama de ser combativo con otros académicos. Tuvo un largo enfrentamiento con Robert Hooke, que pensaba que Newton había copiado parte de su trabajo. Esto fue desmentido más tarde. Newton también se peleó con el matemático alemán Gottfried Leibniz por quién había sido el primero en descubrir el cálculo. Aunque una investigación de la época dio la razón a Newton, más tarde se determinó que ambos matemáticos hicieron contribuciones igualmente significativas por su cuenta.

"Las cualidades de los cuerpos, que no admiten ni intensión ni remisión de grados, y que se encuentra que pertenecen a cuerpos llenos al alcance de nuestros experimentos, deben ser consideradas como las cualidades universales de todos
los cuerpos cualesquiera."

- Isaac Newton en su libro Los Principia: Principios matemáticos de la filosofía natura
l

Obras publicadas

Las leyes de Newton

Esta conferencia, impartida por el profesor Raymond Flood, ofrece una visión general de la vida de Newton, así como un análisis más profundo de sus leyes del movimiento y sus aplicaciones en la actualidad.

La verdad sobre la plaga productiva de Isaac Newton

Una mirada más minuciosa, aunque crítica, al productivo aislamiento de Newton durante la peste, en el que afirma haber ayudado a inventar el cálculo moderno.

Ley Universal de Gravitación de Newton

Un artículo periodístico que explica de forma inteligible la teoría de la gravedad de Newton y sus aportaciones a la ciencia moderna.

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