Explicando las tres leyes de Newton usando obras de arte de la pintura parte II
Saludos cordiales amigos de steemit, hace algunos días atrás publiqué un artículo donde explico como usar una obra de arte de la pintura para explicar fenómenos físicos, la publicación fue originalmente hecha en ingles y después hice la adaptación al español. La semana pasada publiqué la segunda parte del artículo en ingles y hoy les traigo la adaptación de la segunda parte en español. Tomamos el movimiento y las leyes de Newton como fenómeno físico y se explicó la tercera ley de Newton basado en esta idea. (Ver por favor https://steemit.com/spanish/@zambranoacosta/explicando-las-tres-leyes-de-newton-usando-obras-de-arte-de-la-pintura).
Hoy se continúa la disertación, explicando la primera ley de Newton mejor conocida como la ley de inercia, la explicación se llevará a cabo dividiendo en dos partes el enunciado de esta ley. Comencemos.
La primera parte del enunciado de la primera ley dice: "Todo cuerpo permanecerá en reposo a menos que sobre este actúen fuerzas externas que obliguen al cuerpo a salir del reposo". En la figura 1, podemos ver la obra de arte de la pintura titulada: "bodegón con cerámica" del artista Tomas Hiepes (1595 – 1674), podemos ver en la escena un tazón con frutas sobre una mesa, si aplicamos la 3ra. ley de Newton solo tendremos dos fuerzas actuando sobre este: el peso del cuerpo sobre la mesa (acción, flecha verde, apuntando hacia abajo) y la fuerza aplicada sobre el cuerpo por la mesa, la cual conocemos como fuerza normal actuando en la dirección opuesta al peso (reacción, flecha naranja, aplicada hacia arriba). vemos que el tazón está en reposo, no se mueve, esto se debe a la cancelación de las fuerzas puesto que la suma algebraica de estas es igual a cero, en consecuencia no hay movimiento.
Figura 1
En la Figura 2 tenemos el diagrama de cuerpo libre para esta situación, mostrando las fuerzas que están actuando.
Figura 2
Nótese que, la fuerza normal está apuntando hacia arriba en la dirección del ele vertical positivo, mientras que el peso se encuentra apuntando hacia abajo en la dirección del eje vertical negativo y ambas fuerzas tienen la misma intensidad.
De esta consideración podemos escribir: Normal - peso = 0 (no hay movimiento).
La segunda parte del enunciado de la primera ley dice: "Un cuerpo moviéndose con velocidad constante, mantendrá dicho estado de movimiento a menos que sobre este cuerpo actúen fuerzas externas que lo hagan modificar la velocidad". En la figura 3 observamos la obra maestra de Sibyl Kaufmann-Bezzola titulada: "cortejo de trineos floridos", donde podemos ver a dos niños tirando de un trineo, la fuerza de los niños (flechas roja y naranja) en principio hacen que el trineo se mueva, sin embargo, cierto tiempo después la velocidad del movimiento del trineo se mantiene constante debido a la fuerza de fricción (flecha gris) la cual iguala a la fuerza aplicada por los niños anulándose entre sí. Pero el trineo se mueve, es cierto, pero lo hace con velocidad constante. La dirección del movimiento viene indicada por la flecha verde.
Figura 3
Finalmente, en la figura 4 se tiene el diagrama de cuerpo libre para el trineo, vemos la fuerza del niño 1 (flecha roja) y la fuerza del niño 2 ( flecha naranja), ambas apuntando hacia el lado derecho o en dirección del eje horizontal positivo, las fuerzas en este lado se suman, por consiguiente podemos escribir: fuerza total positiva = fuerza del niño 1 + fuerza del niño 2. La fuerza de fricción está apuntando hacia el lado izquierdo o en la dirección del eje horizontal negativo y vemos que, la fuerza total positiva y la fuerza de fricción tienen la misma intensidad, por lo tanto podemos escribir: fuerza total positiva - fuerza de roce = 0, en otras palabras, pudiéramos decir que no hay movimiento, pero sí lo hay.
Entonces, queda abierta la pregunta: ¿cómo es esto posible? La respuesta será dada en el siguiente post, donde la 2da. ley de Newton nos traerá luz a esta pregunta.
Es importante destacar que en las figuras 3 y 4 están presentes la fuerza normal (apuntando hacia arriba en la dirección vertical positiva) y el peso (apuntando hacia abajo en la dirección del eje vertical negativo) en estas figuras me he enfocado en la explicación de la segunda parte del enunciado de la primera ley de Newton, sin embargo, estrictamente hablando, estas fuerzas deben ser tomadas en cuenta aún cuando su sumatoria sea nula.
Figura 4
Ahora, hemos sido capaces de explicar 2 de las 3 leyes de Newton a través de obras de arte de la pintura, por lo tanto, la pregunta sobre si es posible usar dichas obras de arte para explicar fenómenos físicos está casi respondida y después de explicar la 2da. ley de Newton bajo este esquema, estaremos listos para dar una importante conclusión acerca de esta muy buena herramienta de enseñanza.
Este artículo está basado en el artículo escrito por uno de mis mejores amigos @augusto11julius tutulado CIENCIA Y ARTE: LA PINTURA VISTA DESDE LA PERSPECTIVA DE LA FÍSICA PARTES 1 Y 2.
Referencias:
Wagner L. Christian (2008) Luz, Arte y Física: la física en la pintura. Cádiz, España.
Hewitt, Paul (1992) Conceptos de física.