LA MECANICA CLASICA - ESPACIO Y TIEMPO
Saludos cordiales para todos mis estimados Steemians. Aquí les traigo un post de divulgación científica.
¡Espero que les guste!.
La Física es una carrera muy interesante. Permite abrir la mente y comprender con mayor detalle los fenómenos que ocurren a nuestro derredor, los fenómenos naturales. Una de las primeros fenómenos que el ser humano quiso entender a profundidad es el movimiento de los cuerpos. El área de la física que se encarga de lo anterior y el comportamiento general de los cuerpos en la naturaleza que podemos observar a simple vista es La Mecánica, la cual fue desarrollada con exactitud matemática por el gran físico inglés Sir Isaac Newton 1642 - 1727 con la denominada Mecánica Vectorial, también conocida como Mecánica Newtoniana.
Desde mi muy humilde punto de vista, Sir Isaac Newton debe ser considerado el padre de la llamada Física Teórica, ya que fue el primero en establecer una teoría física, la antes mencionada. Esta teoría fue inmortalizada en su gran obra maestra: Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios Matemáticos de La Filosofía Natural). Esta obra es también conocida simplemente como Principia, publicada el 5 de julio de 1687 a instancias de su amigo Edmund Halley. Este trabajo marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia y es considerada, por muchos, como la obra científica más importante de la historia.
Más adelante se hicieron reformulaciones matemáticas de esta teoría, dando origen a la denominada Mecánica Lagrangiana desarrollada por Giuseppe Lodovico Lagrangia (Joseph Louis Lagrange) 1736 - 1813 y la Mecánica Hamiltoniana desarrollada por Sir William Rowan Hamilton 1805 - 1865. Ambas constituyen la misma Mecánica Newtoniana, sólo que se parte desde un punto de vista distinto al vectorial: el energético. Estas reformulaciones son de gran aplicabilidad a sistemas mecánicos complejos, en los cuales la mecánica vectorial se hace poco viable por lo complicado de su aplicabilidad. La Mecánica Hamiltoniana tiene una ventaja adicional muy importante: permite el paso natural de la Mecánica Newtoniana a la Mecánica Cuántica y teorías afines.
El espacio y el tiempo constituyen dos conceptos fundamentales de la física. En el caso de la Mecánica Clásica tienen unas propiedades muy específicas. Antes de abordar las mencionadas propiedades, es necesario saber a qué se refiere la curvatura del espacio y su métrica.
Dado un determinado espacio, La Curvatura nos dice si el espacio es plano (curvatura 0) o es curvo (curvatura distinta de cero). La Métrica:, por otro lado, es la "regla" que nos permite medir la distancia entre dos puntos en dicho espacio. Por ejemplo, para el caso del Espacio Euclidiano (que es de curvatura nula, es decir, es plano) la métrica viene dada por la matriz,
donde los elementos de la diagonal principal (la que contiene los unos) son los coeficientes de 
, 
y 
en el elemento de línea,
que está escrito en coordenadas Cartesianas 
. Este elemento de línea representa la distancia infinitesimal 
entre dos puntos en el espacio muy muy cercanos el uno del otro. Para espacios de curvatura distinta de cero la métrica y, por ende, el elemento de línea son más complicados.
EL ESPACIO Y EL TIEMPO EN LA MECANICA CLASICA
PROPIEDADES DEL ESPACIO
- El espacio se caracteriza por una métrica Euclídea (es un espacio plano), lo que lo convierte en un espacio puntual Euclidiano en 3 dimensiones.
- Independencia de los objetos en él inmersos, es decir, la métrica del espacio no se ve afectada por los mismos.
- Permanece constante al cambiar el tiempo.
- Homogeneidad: (su etimología está en la raíces griegas homos = igual, semejante, común, el mismo y genos = linaje, género, nacimiento, origen, descendencia, prole, clase) es igual en todos los puntos, es decir, no existen puntos privilegiados. La propiedad de homogeneidad del espacio significa que las leyes de la Física tienen validez en todos los lugares del universo, es decir, las propiedades mecánicas de un sistema dado no son afectadas por las traslación del mismo en el espacio. Esta idea, en mis clases, yo la comparo con la leche pasteurizada y homogeneizada que venden en los supermercados. Como la leche está homogeneizada entonces su densidad en cualquier punto es igual. Si la leche se corta (se daña) entonces se forman coágulos y, por lo tanto, ya la densidad no es igual en todos sus puntos. Ahora la leche no es homogénea.
- Isotropía: (su etimología está en la raíces griegas isos = equitativo o igual y tropos = dirección) es igual en todas las direcciones, no existiendo direcciones privilegiadas. La isotropía del espacio se refiere a que las propiedades mecánicas de un sistema en particular no son afectadas por la orientación del mismo. Aparece en el hecho de que la orientación de los ejes de coordenadas, los cuales sirven de marco de referencia para analizar un fenómeno físico, es arbitraria. Si un experimento es efectuado en un laboratorio donde el equipo experimental tiene una cierta orientación espacial, los resultados obtenidos serán los mismos así se modifique la orientación de todos los instrumentos, el sistema que se va a analizar y el medio ambiente.
PROPIEDADES DEL TIEMPO
- Homogeneidad: no existen instantes privilegiados. La homogeneidad del tiempo se refiere a la equivalencia entre cualesquiera par de instantes de tiempo, independientemente de en qué momento se tomen. Se introduce en forma práctica al utilizar marcos de referencia donde el origen de coordenadas puede seleccionarse arbitrariamente. Una forma equivalente de expresar la homogeneidad del tiempo es plantear que las leyes de la física son las mismas tanto ahora como hace mil años.
- Anisotropía: fluye constantemente en un sentido por lo que no se puede retroceder ni volver al pasado, es decir, no es isótropo por existir un único sentido en el que puede transcurrir el tiempo. Asimismo, los fenómenos futuros no pueden condicionar los presentes.
- Simultaneidad absoluta: los fenómenos considerados simultáneos para dos observadores en sendos sistemas de referencia lo son, asimismo, para cualquier otro observador ligado a cualquier otro sistema de referencia.
- En Mecánica Clásica el tiempo se considera una variable de naturaleza distinta de las variables espaciales.
Algunos de estos postulados básicos no son aceptados, por ejemplo, en la Mecánica Relativista. La Teoría de la Relatividad Especial, publicada en 1905 por Albert Einstein, establece un referencial en cuatro dimensiones (espacio-tiempo).
La Teoría de la Relatividad General establece un espacio curvo, con métrica Riemanniana; donde la presencia de materia condiciona dicha métrica, siendo las propiedades del espacio dependientes de los objetos en él inmersos.
El anterior texto es completamente de mi autoría y a cada una de las imágenes se les indica el enlace de su fuente.
REFERENCIAS
- Soldovieri, Terenzio. INTRODUCCION A LA MECANICA DE LAGRANGE Y DE HAMILTON - Con numerosos ejemplos y una presentación que facilita la comprensión del contenido. 1era edición (borrador), 2017. Puede descargarse desde mi web http://www.cmc.org.ve/tsweb/
- Soldovieri, Terenzio. INTRODUCCION A LA MECANICA CLASICA - Con numerosos ejemplos, figuras y una presentación que facilita la comprensión del contenido. 1era edición (borrador), 2017. Puede descargarse desde mi web http://www.cmc.org.ve/tsweb/
- Thornton, S. T. & Marion, J. B. CLASICAL DYNAMICS OF PARTICLES AND SYSTEMS. Thomson Brooks/Cole, 5th edition, 2004.
- Douglas G., R. CLASSICAL MECHANICS. Cambridge University Press, 2006.
- Goldstein, H.; Poole, Ch. & Safko, J. CLASSICAL MECHANICS. Addison-Wesley, 3rd edition, 2000.
Me despido esperando que este post les haya servido de mucho. Espero que les guste a todos mis Steemians-Lectores. Hasta mi próximo post ¡EN CONTRIBUCION DE LA DIFUSION DE LA CIENCIA!.
¡Saludos a todos! 😁.
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Excelente documento para refrescar conocimientos y para aquellos que se inician en el mundo científico. Te felicito @tsoldovieri por contribuir a la divulgación de contenido de calidad.
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Hola Colega, votado. Saludos y te espero por mi blog.
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