En esta página encontrará tanto información científica como pensamientos sobre esta celebración, a cargo de pensadores, científicos, estudiantes, etc., que actualmente constituyen la plana mayor de divulgación en materia de física, comenzando con un pequeño homenaje al precursor. Los artículos son publicados en diversos estilos, así como es diverso el público que lee esta página.

2005: Año Mundial de la Física, por Mikel Agirregabiria Agirre

Así como el 2000 fue el Año Mundial de las matemáticas, celebraremos la Física en el centésimo aniversario del año milagroso de Einstein.

En apenas siete meses de 1905, un asistente técnico de la Oficina Suiza de Patentes en Berna llamado Albert Einstein, enviaba para su publicación seis artículos a la prestigiosa revista alemana Annalen der Physik. Estos trabajos, en palabras del historiador y físico John Stachel, cambiaron la faz de la Física, de la Historia y del mundo que hoy conocemos...

Por ello, el año 2005 será el Año Mundial de la Física, iniciándose el 13 de enero con una ceremonia en la sede de la UNESCO, en París, conmemorando las geniales publicaciones de Albert Einstein entre marzo y septiembre de 1905 que modificaron "copernicanamente" la visión de la Física en el mundo: la teoría de la relatividad, la teoría cuántica (efecto fotoeléctrico) y el movimiento browniano. Será una cita mundial no sólo para todos los físicos y científicos, sino para quienes enseñan o aprenden física y para toda la opinión pública como reconocimiento a una disciplina científica que ha configurado determinantemente nuestra realidad contemporánea en sus dimensiones tecnológicas, económicas, culturales, sociales y políticas.

En el centenario de ese Annus Mirabilis de Einstein, del que con razón se ha apuntado que "nunca, ni antes ni después, ha enriquecido tanto y en tan corto tiempo a la Ciencia una sola persona como hizo Einstein en su año maravilloso". Aquel joven Einstein, a sus 26 años, demolía con claridad y lógica impecables los cimientos de la Física conocida, para erigir un nuevo esquema con un espacio-tiempo en el que pierden su carácter de absolutos tanto el espacio como el tiempo, obligando al abandono de conceptos clásicos como la simultaneidad absoluta y el éter lumínico. Desde su Principio de Relatividad, aunque Einstein prefería la "Teoría de los Invariantes" (donde no todo es relativo, sino que son constantes el valor de la velocidad de la luz y el intervalo espacio-tiempo"), llegó en el quinto de sus seis artículos a la famosa relación masa-energía, E = m.c2.

En aquella época su autor ignoraba el descomunal poder escondido en las entrañas de su sencilla fórmula, con innumerables aplicaciones que abarcan un espectro desde las armas atómicas y nucleares (con las terribles consecuencias que llevarían a Julius Robert Oppenheimer a exclamar que "los físicos han conocido el pecado, y éste es un conocimiento que no les abandonará"), hasta su beneficiosa utilización social o médica. Años más tarde, Einstein enunciaría el Principio de Equivalencia sobre el que construirá su Relatividad General, obra cumbre, por su originalidad y belleza, del pensamiento científico, que principió en 1907 y concluyó esencialmente en 1915.

Películas como "Una mente maravillosa" sobre John Forbes Nash Jr. ofrecen una visión distorsionada sobre el trabajo y las cualidades de los investigadores, profesionales y enseñantes matemáticos y científicos. Para mejorar el bagaje científico-matemático acorde con las necesidades de la vida contemporánea de toda la ciudadanía, y especialmente de las generaciones más jóvenes con independencia de la opción académica escogida, debería revalorizarse la Ciencia como área curricular, adoptándose un estilo docente más experimental con espacios internos (laboratorios,…) y equipamientos externos de especialización en la divulgación científica, como los museos de ciencia, junto a exposiciones y talleres dedicados en centros educativos y universitarios, jornadas de puertas abiertas en los centros especializados, conferencias y ferias escolares de ciencia. Todo ello puede aportar un factor de incentivo científico y una perspectiva más accesible para el conjunto del alumnado, y de sus familias, para atender una necesidad palpable de nuestra civilización en la era del siglo XXI.

Resultará muy eficaz el método histórico de divulgación de la vida de los científicos y científicas más portentosos, como Isaac Newton (probablemente el hombre más decisivo en la Historia de la Humanidad) o Marie Curie, único ser humano doblemente Nobel en Física y Química. También existe una rigurosa y divertida escala que ordena los experimentos más bellos de la Física, según una encuesta de 2002 entre los lectores de la revista Physics World. Se destacan, en orden cronológico, la medición de la circunferencia terrestre (Eratóstenes – siglo III a.c.), el experimento en la torre de Pisa o la caída en el plano inclinado (Galileo - Siglo XVII), la descomposición de la luz solar mediante un prisma (Newton -1665), la medida de la gravedad en la balanza de torsión (Cavendish – 1798) o el péndulo de Foucault (Foucault – 1851). Ya tendremos oportunidad de leer sobre todo ello en los próximos meses de 2005.

El propósito básico de esta conmemoración del Año Mundial de la Física es mejorar la percepción pública sobre la importancia de la Física para la vida cotidiana. En especial, la comunidad física mundial está preocupada por una marcada caída reciente en el interés de la juventud por estudiar Física. Si en 2000, Año Mundial de las Matemáticas, un periódico británico anunció en un titular "Las Matemáticas son sexy", ahora en 2005 habremos de popularizar una perspectiva amena y humanista de la Física para ampliar su conocimiento medio de todo el alumnado, con independencia de su opción profesional o universitaria, e interesar a un mayor porcentaje del estudiantado universitario hacia el estudio superior de Física por su polivalencia y necesidad social.

Ojalá aprovechemos esta oportunidad única de 2005 para popularizar el inmenso legado histórico de la Física. Un inmejorable camino será a través de biografías como la del Nobel de 1921, Albert Eisntein, y otros prodigiosos físicos. Además la Olimpiada internacional de Física (similar a las Olimpíadas de Matemáticas) se celebrará en julio su 36ª edición en la Universidad de Salamanca.

También existe una doble acepción del término energía; se puede utilizar tanto para: a) designar un tipo específico de energía (cinética, magnética) como para: b) indicar el lugar de donde provienen o se almacenan los diferentes tipos de energía (eólica, solar).  En las ciencias físicas no tiene mucho sentido hablar de "energía" a secas, término que, aislado de algún otro que especifique el tipo de energía, no es una magnitud mensurable y carece de una definición concluyente.

Otros conceptos o términos que aparecen usualmente en la literatura no científica como energía vital, energía piramidal o energía biocósmica carecen de significado real y sólo se utilizan para tratar de dar credibilidad a supuestos resultados pseudocientíficos.

Existe una gran diferencia entre lo que se considera "energía" en el habla popular y el significado que se le atribuye en las ciencias físicas.  En lo popular, "energía" es prácticamente una noción intuitiva.  Así, se acostumbra decir que determinada persona "es muy enérgica" o "tiene mucha energía" para expresar que es muy activa, que es capaz de trabajar continuamente o que puede realizar un gran número de tareas durante una jornada sin que padezca los efectos del cansancio (al menos aparentemente).  Por otra parte, cuando alguien se esfuerza con tenacidad en alguna labor difícil, complicada y poco productiva, pensamos que está "gastando inútilmente sus energías". 

Sin embargo, desde el punto de vista de la de las ciencias físicas, esta noción intuitiva es incompleta y totalmente inaceptable, pues falta incluir un aspecto esencial para la actividad científica:  el cómo se mide esa energía. 

A continuación se hace un breve análisis de la evolución reciente del concepto "energía" en las ciencias físicas y su relación con otras magnitudes y con las mediciones.  Aunque muchas veces durante el proceso de enseñanza-aprendizaje  se obvia el tema de las mediciones, veremos que el conocimiento de este tema resulta ser primordial para la correcta comprensión del concepto energía.  Obviar la relación entre energía, magnitud y medición usualmente conduce a serios errores conceptuales.

Y con relación a la importancia de las mediciones en la ciencia, vale la pena recordar las palabras de William Thomson (Lord Kelvin), uno de los padres de la Termodinámica^[i] moderna: 

Algunas de las ideas expuestas en este artículo, necesarias para la unidad del tema y la fácil comprensión del lector, ya han sido analizadas previamente con cierta profundidad al censurar la divulgación de falsos conceptos energéticos en los medios masivos de comunicación^[2].

En forma similar a como ocurre con otros muchos conceptos y definiciones en la ciencia, el concepto "energía" ha ido evolucionando, ampliándose y perfeccionándose con el transcurso de los años.  Si en los textos de hace 50 años era posible encontrar en los libros de texto definiciones tales como:  "la energía de un cuerpo puede ser definida, en sentido amplio, como su capacidad para hacer trabajo" ^[3], hoy día muchos consideran que ésta definición es inexacta, al menos por dos razones.

En primer lugar, muchos autores modernos dedicados a temas termodinámicos consideran trabajo y calor como formas de transmisión de la energía, y el trabajo queda definido como energía en tránsito ^[ii].  Si se combinan los criterios "energía = capacidad para hacer trabajo" y "trabajo = energía en tránsito" quedaría que la energía es algo así como "su capacidad de transmitirse", lo que carece de utilidad práctica por su excesiva generalidad.

En segundo lugar, los cuerpos o sistemas siempre tienen energía, aún cuando esa energía haya perdido su capacidad para realizar trabajo.  Veamos esto último más detalladamente.

La energía se puede degradar (perder la capacidad de transmitirse en forma de trabajo útil) aunque durante el proceso no hayan existido pérdidas de energía. La medida de la degradación de la energía viene dada por el incremento de la entropía, otra propiedad termodinámica de los sistemas muy bien conocida y estudiada, aunque mucho menos popularizada que el concepto de energía.  Sin embargo, no es necesario conocer las particularidades de la función entropía ni poseer un entrenamiento especializado en Termodinámica para comprender el significado de la degradación de la energía.  Para ello considere el siguiente ejemplo.

La energía almacenada en un gramo de combustible puede hacer girar las ruedas y mover un vehículo varios metros al combustionar, lo que equivale a transmitirse en forma de trabajo útil.  Durante la combustión también se produce cierta transferencia de energía en forma de calor, que eleva la temperatura de las piezas internas del motor (incremento de energía térmica).  La suma de las energías que aparecen en forma de:  movimiento +  energía térmica +  energía de los residuos de la combustión es exactamente la misma que estaba almacenada en el combustible (principio de conservación de la energía). 

Eventualmente, la energía que adquirió  el vehículo en movimiento también se transformará en energía térmica, a causa de la fricción de las partes móviles del motor, de la carrocería con el aire y de las ruedas con el pavimento y los frenos.  Finalmente, esa energía térmica no desparece, sino que pasa al medio ambiente.

La energía almacenada inicialmente en el combustible no se pierde, pero la energía térmica resultante en el proceso  ya no puede volver a ser aprovechada para mover el vehículo. 

Por tanto, durante el proceso la energía ha perdido su capacidad de transmitirse en forma de trabajo (se ha degradado).  Como la energía degradada no se puede utilizar nuevamente para obtener trabajo, la definición de energía como "capacidad de hacer trabajo" no parece ser totalmente general.

Esta indefinición asociada a la energía, aunque muchas veces conocida, es obviada o soslayada en la mayoría de los libros de texto.  Una excepción notable puede encontrarse en The Feynman Lectures on Physics^[5].  La discusión del tema comienza introduciendo el principio de conservación de la energía, - sin definir esta última previamente - .  Tras ilustrar el principio con algunos ejemplos, se afirma posteriormente que la energía tiene un gran número de formas diferentes, cada una con su correspondiente fórmula asociada: gravitatoria, cinética, radiante, nuclear, eléctrica, química, elástica, térmica, másica, para luego concluir el razonamiento de la siguiente manera:  "Es importante notar que en la física de hoy día no tenemos conocimiento acerca de lo que es la energía. ... . Es un algo abstracto en el sentido que no nos dice el mecanismo o las razones para las diversas fórmulas (sic)."

Tampoco faltan intentos mas recientes de dar una definición general de energía, ligados a la sugerencia de impartir la mecánica de forma "novedosa", comenzando los cursos por los conceptos de trabajo y energía.  Así, por ej., citamos:  "Un cuerpo posee energía cuando puede producir cambios o transformaciones en otros cuerpos o en sí mismo" ^[6], definición que sugiere que después que cesa el cambio o la transformación los sistemas ya no tienen energía.  Aún más, a diferencia de las otras dos definiciones analizadas anteriormente, donde se mencionaba el trabajo o el movimiento, en este caso ni siquiera aparece el intento de asociar la definición a la medición de alguna otra magnitud física. 

De hecho, hoy día es prácticamente imposible encontrar en los libros de texto una definición generalizada de energía que no pueda ser impugnada por una razón u otra. ¿Cómo introducir, entonces, el concepto de energía?

Para esclarecer la pregunta anterior es necesario analizar primeramente lo que significa una magnitud física, pues las ciencias físicas trabajan exclusivamente con magnitudes.

Magnitud es todo lo que se pueda medir con la ayuda de algún un instrumento, de manera que sea posible asignarle un valor numérico. 

En consecuencia, son magnitudes la longitud, el tiempo, el volumen y la dureza, por mencionar algunos ejemplos.  El amor y la belleza, entre otros, no son magnitudes; no es posible medir ninguno de los dos con algún instrumento ni expresar su valor con cifras.  Una vez esclarecido el concepto de magnitud, el problema de la aparente ambigüedad del concepto energía queda perfectamente resuelto.  En el marco de las ciencias físicas, para definir correctamente cualquier tipo de energía, es necesario incluir en la definición la forma de medir, directa o indirectamente^[iii], ese tipo particular de energía. 

Así, son perfectamente conocidos muchos tipos específicos de energía: cinética, potencial, magnética, energía en reposo (ver tabla 1).  Todos ellas son mensurables, es decir, se les puede asignar un determinado valor numérico, que dependerá de las características particulares del sistema analizado en un instante determinado.  Y, en principio, siempre será posible registrar y estudiar continuamente sus variaciones con el transcurso del tiempo o los efectos de algún parámetro externo sobre su valor.  Dicho de otra forma, siempre será posible llevar a cabo experimentos y hacer ciencia con estas energías^[iv].

El principio de conservación de la energía resume la realidad experimental de que siempre que desaparece algún tipo de energía en un sistema (cinética, potencial, del campo)  en algún otro sistema aparece igual cantidad de energía, del mismo o de otro tipo.  Fueron necesarios miles y miles de experimentos cuantitativos a lo largo de muchos años para llegar a conocer esta realidad.  Su desconocimiento puede conducir a conclusiones absurdas, incluso en temáticas que, a primera vista, no parezcan tener relación directa con la termodinámica.

Otro aspecto a considerar, y que usualmente tiende a introducir confusión entre los no especialistas, es que el término energía también se utiliza para describir el lugar donde se encuentran almacenadas (o de donde provienen) las diferentes clases o tipos de energía considerados anteriormente.  Así, por ejemplo, en termodinámica se habla de la energía interna  refiriéndose a la suma de todos los tipos de energía que puedan existir en un determinado sistema (cinética, potencial, electrostática).  El concepto energía química se utiliza usualmente para designar la energía almacenada en los enlaces químicos de las sustancias.  También se habla de energía eólica (energía cinética del viento) energía solar y energía nuclear, entre otras.

Es decir, existe una doble acepción del vocablo energía; se puede utilizar, siempre en combinación con algún otro término, tanto para: a) designar un tipo específico de energía perfectamente mensurable (cinética, magnética), como para: b) indicar el lugar de donde provienen o se almacenan los diferentes tipos de energía (eólica, solar).  Note que en ambos casos el término "energía" tiene asociado algún "apellido" (cinética, solar) que lo identifica totalmente, y también que en las ciencias físicas no tiene mucho sentido hablar de "energía" a secas, término que aislado carece de una definición exacta por no ser mensurable.  Resulta conveniente señalar que el intento de tratar de redefinir otras magnitudes físicas, obviando el hecho de que son precisamente magnitudes, suele conducir a resultados funestos.  Esta situación se presenta a menudo cuando se desea "mejorar" o simplificar excesivamente la enseñanza de la física, introduciendo enfoques supuestamente "novedosos" (ver recuadro).

Considere la definición de trabajo que aparece en el artículo mencionado anteriormente /6/: "Trabajo: cambio de la energía de un sistema por la aplicación de una fuerza" (sic). Apliquemos esta definición al sistema formado por la Tierra y un cuerpo que cae hacia ella desde una altura cercana a su superficie. La energía cinética del cuerpo varía bajo la acción de la fuerza gravitatoria y, según la definición anterior, habría trabajo. Pero la energía mecánica del sistema no cambia (sistema conservativo) y, de acuerdo a la definición, no habría trabajo. Es decir, la definición propuesta es inaceptable por ambigua: según esa definición, aún en un mismo sistema y fenómeno, habrá o no trabajo en dependencia de la energía considerada.

Energía y Pseudociencia^[v]

La doble acepción del concepto energía ha favorecido la difusión de vocablos pseudocientíficos que tienden más a enmascarar la realidad que a esclarecerla.  La pseudociencia utiliza profusamente la terminología científica, pero sin que los conceptos utilizados por ella estén realmente asociados al fenómeno que se pretende describir.  La fraseología pseudocientífica se utiliza con frecuencia para tratar de justificar el uso de algún nuevo producto comercial de dudosa eficacia, con la finalidad expresa de embaucar al lector.  También se emplea habitualmente, con fines similares, para justificar la aplicación de alguna "nueva" terapia médica^[vi] cuya efectividad no ha sido demostrada científicamente.

 Así, es posible encontrar en la literatura no científica términos tales como bioenergía, energía vital o energía piramidal que, o bien carecen de significado, o se utilizan con un significado erróneo. Otras veces se habla de "energía cósmica", "energía biocósmica" o términos similares. Ninguno de estos términos aparece registrado en el diccionario, mucho menos en la literatura científica, y sólo sirven para indicar la carencia de conocimientos científicos de quienes los utilizan (ver ref. /2/).

Es posible resumir brevemente el análisis anterior de la siguiente forma:

- El término "energía"  tiene significados muy diferentes en las ciencias físicas y en el habla popular. Contrariamente a lo que ocurre en el campo de las ciencias, en lo popular el concepto "energía" no está asociado a alguna magnitud.

- Existe una doble acepción del término energía; se puede utilizar tanto para: a) designar un tipo específico de energía (cinética, magnética) como para: b) indicar el lugar de donde provienen o se almacenan los diferentes tipos de energía (eólica, solar).

- En las ciencias físicas no tiene mucho sentido hablar de "energía" a secas, término que, aislado de algún otro que especifique el tipo de energía, no es una magnitud mensurable y carece de una definición concluyente.

- Se recomienda ser en extremo cuidadoso al analizar la posible introducción de supuestas definiciones "novedosas" de las magnitudes físicas.

- Términos tales como energía vital, energía piramidal o energía biocósmica son términos que carecen de significado real y sólo se utilizan usualmente para tratar de dar credibilidad a supuestos resultados pseudocientíficos.

El rumor que percibimos cuando colocamos una caracola al oído, se debe a su función resonadora que amplifica los leves ruidos procedentes del medio ambiente, que no percibimos por ser muy débiles. La mayor parte del sonido, si el ambiente es silencioso, procederá justamente de nuestro propio oído interno, que dispone de unas estructuras llamadas "conductos semicirculares" con un líquido viscoso que brinda información al cerebro sobre nuestra posición y equilibrio.

El ruido mixto, que se asemeja al que producen las olas al batir la costa, es un simple eco amplificado de la fricción del inestable líquido interior de nuestras propias entendederas. Basta agitar nuestra cabeza con una vasija en la oreja para que chapotee o se encrespe el océano profundo que escuchamos aparentemente fuera, pero que viene de muy dentro.

Así ocurre cuando distintas personas leen el mismo periódico o viven parecidas circunstancias: La mayor parte de lo que cada uno de nosotros interpreta proviene de nuestra peculiar forma de ser. Las sensaciones tan vívidas que experimentamos y que juzgamos externas, como casi la totalidad de malos entendidos y prejuicios, no son ajenas a nuestro ser. Sólo son resonancias que podemos transmutar en poderes solidarios, en facultades maravillosas, en historias posibles de amor, familia y convivencia en playas vírgenes con arena dorada, donde sólo caben besos y abrazos para enjuagar unas pocas tristezas compartidas.

Aprendamos a auscultar la totalidad interior-exterior del espacio - tiempo. Conjugando inteligencia y bondad, descubriremos que principalmente oímos el runrún de nuestro propio corazón. Y su calidad, en cualquier contingencia, únicamente depende de nuestra sabiduría, voluntad y decisión.

La física está estrechamente relacionada con las demás ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas. La química, por ejemplo, se ocupa de la interacción de los átomos para formar moléculas; gran parte de la geología moderna es en esencia un estudio de la física de la Tierra y se conoce como geofísica; la astronomía trata de la física de las estrellas y del espacio exterior. Incluso los sistemas vivos están constituidos por partículas fundamentales que siguen el mismo tipo de leyes que las partículas más sencillas estudiadas tradicionalmente por los físicos.

El hincapié que la física moderna hace en la interacción entre partículas (el llamado planteamiento microscópico) necesita muchas veces como complemento un enfoque macroscópico que se ocupe de elementos o sistemas de partículas más extensos. Este planteamiento macroscópico es indispensable en la aplicación de la física a numerosas tecnologías modernas. Por ejemplo, la termodinámica, una rama de la física desarrollada durante el siglo XIX, se ocupa de determinar y cuantificar las propiedades de un sistema en su conjunto, y resulta útil en otros campos de la física; también constituye la base de las ingenierías química y mecánica. Propiedades como la temperatura, la presión o el volumen de un gas carecen de sentido para un átomo o molécula individual: estos conceptos termodinámicos sólo pueden aplicarse directamente a un sistema muy grande de estas partículas. No obstante, hay un nexo entre los enfoques microscópico y macroscópico: otra rama de la física, conocida como mecánica estadística, explica la forma de relacionar desde un punto de vista estadístico la presión y la temperatura con el movimiento de los átomos y las moléculas.

Hasta principios del siglo XIX, era frecuente que los físicos fueran al mismo tiempo matemáticos, filósofos, químicos, biólogos o ingenieros. En la actualidad el ámbito de la física ha crecido tanto que, con muy pocas excepciones, los físicos modernos tienen que limitar su atención a una o dos ramas de su ciencia. Una vez que se descubren y comprenden los aspectos fundamentales de un nuevo campo, éste pasa a ser de interés para los ingenieros y otros científicos. Por ejemplo, los descubrimientos del siglo XIX en electricidad y magnetismo forman hoy parte del terreno de los ingenieros electrónicos y de comunicaciones; las propiedades de la materia descubiertas a comienzos del siglo XX han encontrado aplicación en la electrónica; los descubrimientos de la física nuclear, muchos de ellos posteriores a 1950, son la base de los trabajos de los ingenieros nucleares.

Aunque las ideas sobre el mundo físico se remontan a la antigüedad, la física no surgió como un campo de estudio bien definido hasta principios del siglo XIX.

Los chinos, los babilonios, los egipcios y los mayas observaron los movimientos de los planetas y lograron predecir los eclipses, pero no consiguieron encontrar un sistema subyacente que explicara el movimiento planetario. Las especulaciones de los filósofos griegos introdujeron dos ideas fundamentales sobre los componentes del Universo, opuestas entre sí: el atomismo, propuesto por Leucipo en el siglo IV a.C., y la teoría de los elementos, formulada en el siglo anterior.

En Alejandría, el centro científico de la civilización occidental durante el periodo helenístico, hubo notables avances. Allí, el matemático e inventor griego Arquímedes diseñó con palancas y tornillos varios aparatos mecánicos prácticos y midió la densidad de objetos sólidos sumergiéndolos en un líquido. Otros científicos griegos importantes de aquella época fueron el astrónomo Aristarco de Samos, que halló la relación entre las distancias de la Tierra al Sol y de la Tierra a la Luna, el matemático, astrónomo y geógrafo Eratóstenes, que midió la circunferencia de la Tierra y elaboró un catálogo de estrellas, y el astrónomo Hiparco de Nicea, que descubrió la precesión de los equinoccios.

En el siglo II d.C. el astrónomo, matemático y geógrafo Ptolomeo propuso el sistema que lleva su nombre para explicar el movimiento planetario. En el sistema de Ptolomeo, la Tierra está en el centro y el Sol, la Luna y las estrellas giran en torno a ella en órbitas circulares.

Durante la edad media se produjeron pocos avances, tanto en la física como en las demás ciencias. Sin embargo, sabios árabes como Averroes o como Ibn al-Nafis (también conocido como al-Qarashi) contribuyeron a la conservación de muchos tratados científicos de la Grecia clásica. En general, las grandes universidades medievales fundadas en Europa por las órdenes monásticas a partir del siglo XIII no supusieron un gran avance para la física y otras ciencias experimentales.

El filósofo escolástico y científico británico Roger Bacon fue uno de los pocos filósofos que defendió el método experimental como auténtica base del conocimiento científico; también investigó en astronomía, química, óptica y diseño de máquinas.

El físico y astrónomo italiano Galileo marcó el rumbo de la física moderna al insistir en que la Tierra y los astros se regían por un mismo conjunto de leyes. Defendió la antigua idea de que la Tierra giraba en torno al Sol, y puso en duda la creencia igualmente antigua de que la Tierra era el centro del Universo. Se negó a obedecer las órdenes de la Iglesia católica para que dejara de exponer sus teorías, y fue condenado a reclusión perpetua. En 1992 una comisión papal reconoció el terrible error de la Iglesia Católica.

La ciencia moderna surgió tras el renacimiento, en el siglo XVI y comienzos del XVII, cuando cuatro astrónomos destacados lograron interpretar de forma muy satisfactoria el comportamiento de los cuerpos celestes. El astrónomo polaco Nicolás Copérnico propuso un sistema heliocéntrico, en el que los planetas giran alrededor del Sol. Sin embargo, Copérnico estaba convencido de que las órbitas planetarias eran circulares, por lo que su sistema requería unas elaboraciones casi tan complicadas como el sistema de Ptolomeo al que pretendía sustituir.

El astrónomo danés Tycho Brahe adoptó una fórmula de compromiso entre los sistemas de Copérnico y Ptolomeo; según él, los planetas giraban en torno al Sol, mientras que el Sol giraba alrededor de la Tierra. Brahe era un gran observador y realizó una serie de medidas increíblemente precisas. Esto proporcionó a su ayudante Johannes Kepler los datos para atacar al sistema de Ptolomeo y enunciar tres leyes que se ajustaban a una teoría heliocéntrica modificada.

Galileo, que había oído hablar de la invención del telescopio, construyó uno, y en 1609 pudo confirmar el sistema heliocéntrico observando las fases del planeta Venus. También descubrió las irregularidades en la superficie de la Luna, los cuatro satélites de Júpiter más brillantes, las manchas solares y muchas estrellas de la Vía Láctea. Los intereses de Galileo no se limitaban a la astronomía: empleando planos inclinados y un reloj de agua perfeccionado ya había demostrado que los objetos tardan lo mismo en caer, independientemente de su masa (lo que invalidaba los postulados de Aristóteles), y que la velocidad de los mismos aumenta de forma uniforme con el tiempo de caída. Los descubrimientos astronómicos de Galileo y sus trabajos sobre mecánica precedieron la obra del matemático y físico británico del siglo XVII Isaac Newton, uno de los científicos más grandes de la historia.

Isaac Newton La obra de Isaac Newton representa una de las mayores contribuciones a la ciencia realizadas nunca por una persona. Entre otras cosas, Newton dedujo la ley de la gravitación universal, inventó el cálculo infinitesimal y realizó experimentos para estudiar la naturaleza de la luz y el color.

A partir de 1665, cuando tenía 23 años, Newton desarrolló los principios de la mecánica, formuló la ley de la gravitación universal, separó la luz blanca en sus colores constituyentes e inventó el cálculo diferencial e integral. Las contribuciones de Newton cubrieron una gama muy amplia de fenómenos naturales. Por ejemplo, demostró que tanto las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario como los descubrimientos de Galileo sobre la caída de los cuerpos se deducen de la segunda ley del movimiento (segunda ley de Newton) combinada con la ley de la gravitación. Newton también logró explicar el efecto de la Luna sobre las mareas, así como la precesión de los equinoccios.

El posterior desarrollo de la física debe mucho a las leyes del movimiento o leyes de Newton, especialmente a la segunda, que afirma que la fuerza necesaria para acelerar un objeto es igual a su masa multiplicada por su aceleración. Si se conocen la posición y velocidad iniciales de un cuerpo, así como la fuerza aplicada, es posible calcular las posiciones y velocidades posteriores aunque la fuerza cambie con el tiempo o la posición; en esos casos es necesario aplicar el cálculo infinitesimal de Newton.

La segunda ley del movimiento también contiene otro aspecto importante: todos los cuerpos tienen una propiedad intrínseca, su masa inercial, que influye en su movimiento. Cuanto mayor es esa masa, menor es la aceleración que adquiere cuando se aplica una fuerza determinada sobre el cuerpo. Hoy sabemos que esta ley es válida siempre que el cuerpo no sea extremadamente pequeño, grande o rápido.

La tercera ley de Newton, que afirma que "a cada fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción igual y opuesta", podría expresarse en términos modernos como que todas las fuerzas entre partículas se producen en pares de sentido opuesto, aunque no necesariamente situados a lo largo de la línea que une las partículas.

Una difundida historia apócrifa cuenta que un profesor universitario retó a sus alumnos con una espinosa cuestión: "¿Dios creó todo lo que existe?". Un audaz estudiante respondió: "Sí, todo lo hizo Dios". Entonces el profesor arguyó: "Si Dios todo creó, también hizo el mal, y si nuestras obras son el reflejo de nosotros mismos, entonces Dios debe ser malvado".

Quizá sea valiosa esta anécdota, aunque no sea verídica y aunque muchos llamen a Dios con distintos nombres. Lo verdadero es que en la Naturaleza sólo existen magnitudes positivas, que llamamos con denominaciones como calor, que es energía molecular transferida de un sistema de mayor temperatura a otro de menor, o luz, que es otra forma de energía. De la misma forma tampoco en economía existe la pobreza, sino como ausencia o mal reparto de la riqueza. Lo que existe y se puede sumar para distribuir es calor, luz o riqueza; no se puede acumular frío, oscuridad o pobreza.

Los seres humanos estamos plenamente capacitados para percibir las diferencias de temperatura, de luz, de riqueza o de bondad. Ojalá aprendamos pronto que sólo podremos disfrutar de los bienes que pusieron a nuestra disposición, si los compartimos debidamente entre todos.

Siempre es difícil escoger un juguete infantil que sea original, perdure y aporte algún valor significativo a quien lo reciba, para que llegue a ser su predilecto. Lo habitual es recurrir a un catálogo comercial y comprar presurosamente algún chisme repetido que pronto quedará arrinconado en el baúl del olvido.

Para que actúe ininterrumpidamente con su motor térmico gratuito, basta humedecerle la cabeza con el agua, obligándole a beber la primera vez. Tras refrescarse se endereza y parece satisfecho, pero la temperatura inferior de su cabeza respecto al cuerpo inferior produce que el "alcohol" tintado vaya subiendo por su cuello por la mayor presión en la cavidad del buche. Así comienza a balancearse cada vez más acusadamente hasta volver a colmar su sed en el vaso. Al inclinarse se equilibran las presiones del vapor saturado de ambas concavidades, y el líquido cae nuevamente recobrando el pato la verticalidad. Se trata de un curioso movimiento que llega a ser hechizante.

Este juguete didáctico que funciona sin parar se encuentra en tiendas de "Todo a un euro". Es un verdadero móvil perpetuo… de segunda especie, es decir un "móvil gratuito" (no perpetuo), el único tipo de móvil supuestamente perpetuo que realmente existe. En este caso transforma el calor del medio ambiente, que evapora el agua de la cabeza humedecida, en trabajo para hacer subir el éter interno, hasta que el centro de gravedad se eleva sobre el centro de apoyo y desequilibra al ganso. Este económico e ingenioso juguete resume y resuelve un deseo que la Humanidad ha perseguido a lo largo de la Historia: obtener una máquina que produzca trabajo sin consumo (aparente) de energía.

La mayor parte de la teoría de los procesos estocásticos se desarrolló al principio en relación con el estudio de las fluctuaciones y ruidos en sistemas físicos. Por consiguiente, se puede considerar la teoría de los procesos estocásticos como el fundamento matemático de la rama de la ciencia denominada física estadística.

Cuando en un líquido (puede ser agua) existen partículas en suspensión (como polvo o polen) se observa que éstas muestran un movimiento aleatorio e impredecible. Antes del descrubrimiento de los átomos y las moléculas los físicos no tenían explicación para este movimiento, ahora se sabe que es producido por las colisiones de las moléculas del líquido contra las partículas suspendidas en él. A éste movimiento se le llama "movimiento Browniano".

La temperatura de los cuerpos es una medida del movimiento de sus átomos, al cero absoluto (-273°C) en teoría debe cesar todo movimiento atómico.

Cuando se sumerge en un fluido una partícula de tamaño microscópico, está sometida a un número elevado de impulsos independientes aleatorios debidos a sus choque con las moléculas del fluido. La función vectorial resultante

[X(t),Y (t),Z(t) ]

que representa la posición de la partícula en función del tiempo, se conoce como movimiento browniano.

SONIDO FAMILIAR

Una historia que les sonará familiar, acerca de un medio donde el sonido se propaga impresionantemente lento.

El sonido es una vibración que recorre un material haciendo que sus moléculas se contraigan o expandan. Por ello, el sonido no viaja en el vacío, a diferencia de las ondas electromagnéticas (como la luz) que no necesitan ningún éter de soporte. La velocidad del sonido varía según el medio y la temperatura: En aire a 20ºC viaja a 343 m/s, en aire a 100ºC a 390 m/s; en agua a 20ºC llega a 1.483 m/s y en acero alcanza los 5.060 m/s.

Sorprendentemente existe un medio, el entorno familiar, donde el sonido se oye casi instantáneamente… pero se escucha al cabo de una generación. Los padres damos múltiples consejos a nuestros hijos durante sus etapas infantil y juvenil: Estudia, aprende, lee, organízate, escucha a tus mayores, elige buenas amistades,… Los niños parece que atienden, pero no lo aplican. Los jóvenes lo rechazan directamente. Pero hay que insistir… El sonido les va llegando… muy vagamente. Los progenitores no debemos desesperar… Continuemos día tras día con buenos consejos y con mejores ejemplos.

Aparentemente pasan los años infructuosamente… Hasta que un día, tu hijo o tu hija te sorprenden. Me está pasando recientemente, de forma reiterada. Por ejemplo, uno de mis hijos me cuenta: "Anoche, tras revisar lo que puede del temario, me fui a dormir pronto para estar despejado por la mañana. Creo que fue una buena decisión, porque he rendido más en el examen". Le contesto: "Has hecho muy bien, en lugar de estar toda la noche repasando y llegar dormido a la prueba. ¿Quién te lo ha aconsejado?". Respuesta de nota: "¡Aita (papá en lengua vasca)!, ¿te has olvidado que tú siempre nos lo dices?".

INSTITUTO SUPERIOR PEDAGÓGICO

José de la Luz y Caballero

Facultad de Ciencias Técnicas

Dpto. Industrial

Tipología del trabajo: Artículo

Línea temática a que se adscribe: Año Internacional de la Física (UNESCO)

Autor: M. Sc. Prof. Aux. Ing. Arabel Moráguez Iglesias.

Instituto Superior Pedagógico "José de la Luz y Caballero".

Facultad de Ciencias Técnicas. Departamento Industrial. Holguín Cuba.

En este trabajo se analiza la evolución de la interrelación Física-Diseño Mecánico, en el pensamiento científico de fabricantes, ingenieros y técnicos, de la antigüedad hasta nuestros días.

Palabras claves: Diseño, Física, Mecánica, industrial, desarrollo, repercusión, social.

In this work the evolution of the interrelation Physics-Design Mechanic is analyzed, in the scientific thought of makers, engineers and technicians, from the antiquity until our days.

Key words: Design, Physics, Mechanics, industrial, develops, repercussion, social.

Octubre del 2005

Si a principios del siglo XX alguien nos hubiese hablado de la presencia del hombre en la Luna, evidentemente lo hubiéramos tildado de orate. De igual forma hace un lustro atrás ¿quién podía imaginarse la producción de bienes materiales mediante robots, utilizando máquinas herramientas computarizadas, las que suplen el trabajo de miles de hombres y abarata el proceso de producción?

Resulta evidente que este desarrollo tecnológico obedece al propio desarrollo de la ciencia y la técnica acumulado a lo largo del propio desarrollo del hombre y con una estrecha vinculación con las distintas ciencias, entre ellas la Física. Por otra parte, este desarrollo industrial ha estado en correspondencia con el propio desarrollo del Diseño Mecánico.

Es obvio que el avance de la ingeniería, como la de cualquier ciencia, está ligado al propio desarrollo de la humanidad, por lo que resulta importante comenzar este análisis desde la edad antigua hasta nuestros días, sobre la base conceptual del objeto de estudio. Es por ello que se debe comprender: ¿Qué es ingeniería?, ¿Qué se define como diseño mecánico?, ¿Qué se entiende por diseño en la ingeniería?, ¿Qué es tecnología?, ¿Qué estudia la Física?

De todos los conceptos buscados el que asume este autor, por considerarlo de más actualidad y que se ajusta al objetivo de este trabajo, son los siguientes:

• Ingeniería: Es el término aplicado a la profesión en la que el conocimiento de las Matemáticas y la Física, alcanzado con estudio, experiencia y práctica, se aplica a la utilización eficaz de los materiales y las fuerzas de la naturaleza. El término ingeniero alude a la persona que ha recibido preparación profesional en ciencias puras y aplicadas; sin embargo, otras personas como técnicos, inspectores o proyectistas también aplican técnicas científicas y de ingeniería para solventar problemas técnicos (5).
• Mecánica: Perteneciente o relativo a la mecánica. Principios mecánicos. Ejecutado por un mecanismo o máquina (5).
• Mecanismo: Conjunto de las partes de una máquina en su disposición adecuada (5).
• Tecnología: Conjunto de teorías y de técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico. 2. Tratado de los términos técnicos. 3. Lenguaje propio de una ciencia o de un arte. 4. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o producto (5).
• Física: Ciencia que se ocupa de los componentes fundamentales del Universo, de las fuerzas que éstos ejercen entre sí y de los efectos de dichas fuerzas. En ocasiones la física moderna incorpora elementos de los tres aspectos mencionados, como ocurre con las leyes de simetría y conservación de la energía, el momento, la carga o la paridad. La Física está estrechamente relacionada con las demás ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas. (5).

Este autor comparte el mismo criterio de Shigley (2) al considerar que diseñar es formular un plan para satisfacer una demanda humana; por lo que esta necesidad particular a satisfacer puede estar bien definida, por lo general, desde el principio. En todo diseño hay un propósito determinado: la obtención de un resultado final en función de una necesidad social, al que se llega mediante una acción determinada o por la creación de algo que tiene realidad física.

El Diseño Mecánico es el diseño de objetos y sistemas de naturaleza mecánica: máquinas, aparatos, estructuras, dispositivos e instrumentos (1). Para su consecución, el diseñador o ingeniero hace uso de las ciencias puras: Matemática, Física, Química -cuando se trabaja los tratamientos térmicos termoquímicos de los distintos materiales a considerar en el mismo-, la ciencia de los materiales y la ciencia de la mecánica aplicada, entre la que se encuentra la Resistencia de Materiales, entre otras.

El diseño en la ingeniería mecánica incluye el Diseño Mecánico, con el Dibujo Técnico como lenguaje gráfico, pero en un estado de mayor amplitud, que abarca todas las disciplinas de la Ingeniería Mecánica, la Física, Matemática y las Ciencias Técnicas y de los Fluidos, entre otras. En el mismo se emplean técnicas alcanzadas con estudio, experiencia y práctica, en las que se aplican la utilización eficaz de los materiales y las fuerzas de la naturaleza, con una optimización de los recursos materiales y financieros para llevar a cabo, en función de resolver un problema social planteado. Por lo que el diseño en la ingeniería mecánica se apoya en el Diseño Mecánico.

Una vez definidos los distintos conceptos que sustentan este trabajo, el lector está en condiciones de comprender mejor la interrelación entre el Diseño Mecánico con algunas de las ramas de la Física, lo que ha permitido a los procesos de producción llegar a las nuevas tecnologías de punta en la actualidad, objetivo de este trabajo.

Este autor comparte el mismo criterio de Stadelman (3) al considerar que las mayores conquistas en el terreno de la ciencia, la técnica y del arte de la humanidad, desde el descubrimiento de la escritura hasta los avances de la Medicina, tuvieron lugar en el primer milenio antes de nuestra era. Conquistas que se fueron perfeccionando y tomando cuerpo científico, en la medida que se fue profundizando, argumentando e incorporando la praxis a ésta.

De la antigüedad existieron obras arquitectónicas e ingenios para poder construir las mismas para levantar, transportar y acarrear…, esos colosales bloques de piedra que la conformaron. Obras que son consideradas maravillas del intelecto humano (ver las siete maravillas del mundo antiguo) y de las cuales, en la actualidad, dan fe de ellas las pirámides de Egipto, en específico las de Gizeh (2550 a. C.) y más antigua aún, la escalonada de Djoser (2700 a. C.) (3).

Aunque las ideas sobre el mundo físico se remontan a la antigüedad, la Física no surgió como un campo de estudio bien definido hasta principios del siglo XIX (5), pero siempre sus principios estuvieron presentes en la praxis del quehacer científico de aquella época. De aquí que para poder llevar a cabo el diseño y construcción de estas colosales obras, los ingenieros de aquel entonces tuvieron que estudiar nuevas técnicas de construcción, nuevos materiales, emplear nuevas máquinas y herramientas a partir del principio ensayo-error.

Evidencias arqueológicas y estudios realizados por egiptólogos y hombres de ciencia, en general, dan fe de que los ingenieros y arquitectos de aquella época, entre los más connotados: Imhoterp, ministro y arquitecto del rey Djoser (2630-2611 a. C), se valía mucho de planos o proyectos ingenieriles para poder llevar a cabo la construcción de estas monumentales obras.

Varios siglos después, Arquímedes (287-212 a.C.), notable matemático e inventor griego, que escribió importantes obras sobre geometría plana y del espacio, aritmética y mecánica. Definió la ley de la palanca y se le reconoce como el inventor de la polea compuesta. Durante su estancia en Egipto inventó el ‘tornillo sin fin’ para elevar el agua de un nivel.

Arquímedes es conocido, sobre todo por el descubrimiento de la ley de la hidrostática, el llamado principio de Arquímedes, que establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una pérdida de peso igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Entre la maquinaria de guerra cuya invención se le atribuye está la catapulta, entre otras.

En esta etapa histórica, los principios físicos de lo que es hoy la ciencia Física, en particular la Mecánica, nació de la práctica como una necesidad social y estuvo íntimamente relacionada con el diseño y construcción de estas grandes obras, en la que la palanca, las cuñas y las poleas constituyeron las herramientas fundamentales de los diseñadores de aquella época.

Se considera Edad Media al término utilizado para referirse a un periodo de la historia europea que transcurrió desde la desintegración del Imperio Romano de Occidente, en el siglo V, hasta el siglo XV; aunque se aclara que es un concepto que no puede ser tomado de una forma absoluta. El Renacimiento comenzó en Italia en el siglo XIV y se difundió por el resto de Europa durante los siglos XV y XVI.

A partir de documentos históricos estudiados, se considera a uno de los científico, ingeniero y arquitecto más connotado de este período histórico, al genial artista florentino Leonardo Da Vinci (1452-1519). Éste hizo estudio, diseñó y construyó mecanismos de engranajes simples. Es uno de los inventores de la hidráulica y probablemente descubrió el hidrómetro; su programa para la canalización de los ríos todavía posee valor práctico. Inventó un gran número de máquinas ingeniosas, entre ellas un traje de buzo, y especialmente sus máquinas voladoras, que, aunque sin aplicación práctica inmediata, establecieron algunos principios de la aerodinámica (5). Además se considera el pionero del Dibujo Técnico, por los croquis que ideó de mecanismos y máquinas, entre otros.

Otro italiano que es considerado por este autor el padre de la Resistencia de los Materiales, fue el célebre científico Galileo Galilei (1564-1672); profesor de Matemática de Padua, -se hace notar que al igual que en la antigüedad, la Matemática estaba estrechamente vinculada a la Física-, quien fue el primero que estudió la resistencia de las vigas (4).

El científico inglés Robert Hooke (1635-1703), realizó importantes aportes en el campo de la Física y de la ingeniería, al formular la teoría de la elasticidad, la cual plantea que un cuerpo elástico se estira proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre el; conocida actualmente como ley de Hooke y sobre la que se fundamenta el estudio de la rigidez y elasticidad de los cuerpos, las que ambas constituyeron elementos necesarios para el desarrollo ulterior de la disciplina Resistencia de los Materiales; además, fue el primero en utilizar el resorte espiral para la regulación de los relojes y desarrolló mejoras en los relojes de péndulo.

Al analizar el desarrollo científico de este siglo, obligatoriamente hay que hablar de Isaac Newton (1642-1727), matemático y físico británico, considerado uno de los más grandes científicos de la historia, el cual realizó importantes aportes en muchos campos de la ciencia, fundamentalmente a la Mecánica, con sus tres leyes fundamentales. Sus descubrimientos y teorías sirvieron de base a la mayor parte de los avances científicos desarrollados desde su época.

En esta etapa del Renacimiento se fabricaron, desde el punto de vista del diseño mecánico las ruedas de dientes helicoidales con ejes entrecruzados, cojinetes de rodamientos, cadenas articuladas y diversas máquinas, entre otras.

En 1774, el gran matemático sueco de este siglo Leonhard Euler, aportó ideas fundamentales y resolvió el problema de la estabilidad de las barras esbeltas cargadas por compresión axial (perpendicular) e introdujo el concepto de momento de inercia, tan empleado en Física (Mecánica) como en la ingeniería.

En ese mismo año, Daniel Bernoulli (1700-1782), científico suizo nacido en Holanda, descubrió los principios básicos del comportamiento de los fluidos y dedujo la ecuación de la curva elástica ampliamente empleada en ingeniería.

El físico francés Charles de Coulomb (1736-1806), pionero en la teoría eléctrica, estudió los problemas de flexión y torsión e introdujo la noción de tensión tangencial, y más tarde (1776) formuló la hipótesis del cambio de forma debido a las tensiones tangenciales. Teorías muy importantes para la Resistencia de Materiales y el Diseño para la Ingeniería Mecánica.

En las postrimerías de este siglo, el científico e ingeniero francés Louis Navier (1785-1836), resolvió el problema de la flexión de las barras rectas y formuló la hipótesis que las secciones transversales de una viga permanecen planas después de la deformación, principio e hipótesis que lo identifican entre los fundadores de la ciencia teórica.

Es importante acotar, como a partir del Renacimiento, las obras científico-técnicas de Da Vinci, se van reforzando y profundizando en la fundamentación científica de leyes e hipótesis de la Mecánica, la Física y la Resistencia de los Materiales, las cuales conjuntamente con la invención de la máquina de vapor, a finales del siglo XVIII, revolucionaron las formas de producción industrial, que coadyuvaron al enriquecimiento teórico-práctico del Diseño Mecánico, supeditaba únicamente a la praxis en la antigüedad.

A inicio de este siglo, se incorpora al quehacer científico de la humanidad tres científicos, los cuales establecieron los fundamentos de la teoría matemática de la Resistencia de los Materiales:

Siméon Denis Poisson (1781-1840), físico-matemático francés. Se le conoce, sobre todo, por sus contribuciones teóricas a la electricidad y al magnetismo, profundizó en los estudios realizados por Hooke, analizó y fundamentó el fenómeno de la deformación transversal: "Siempre que se produce un alargamiento a lo largo de un eje de un cuerpo, se produce un acortamiento de las dimensiones transversales de éste y varía en función del tipo de material, por lo que es una característica inherente a cada material"; a la relación entre la tensión aplicada y la deformación que ésta produce en cada material se le denomina en la actualidad coeficiente de Poisson, en honor a este notable científico. Este principio es fundamental en los diseños actuales de: edificaciones, puentes, aeronaves espaciales, maquinaria en general y en la conformación de los metales.

El otro científico francés fue Augustin Louis Cauchy (1789-1857), matemático francés, considerado uno de los impulsores del análisis en el siglo XIX. Nació en París y estudió en la Escuela Politécnica de esa ciudad. Fue profesor simultáneamente en el Colegio de Francia, en la Escuela Politécnica y en la Universidad de París. En el campo de la Física se interesó por la propagación de la luz, la teoría de la elasticidad y a él se le atribuye los conceptos de tensión, tensión principal y equilibrio del elemento, entre otros trabajos.

El tercer científico del que se hace referencia es el ruso Ostrogradsky (1801-1861), miembro de la academia rusa y fue fundador de las escuelas de Mecánica Teórica de Moscú y San Petersburgo de aquella época.

Acerca de la flexión y torsión hay que destacar los trabajos de Barré De Saint Venían (1797-1886); Clayperon (1799-1864), Stokes (1814-1903) y Green (1793-1841), que fundamentaron sus trabajos en los cálculos fundamentales en el trabajo de la deformación; Heinrich Hertz (1857-1894), físico alemán, quien además de hacer estudios sobre las ondas magnéticas (ver "El desarrollo de la electricidad y el electromagnetismo y su repercusión social" de este autor), éste fundamentó las tensiones de contacto.

En 1840, Joseph Whitworth (1803-1887), ingeniero mecánico británico, célebre por los grandes progresos en la precisión y normalización que introdujo en la fabricación de máquinas herramientas, ideó un sistema de roscas para tornillos, que sirvió de base para la normalización en la construcción de máquinas en los diseños que se emplean en la actualidad.

A finales de este siglo surge un fenómeno social que revolucionó al mundo y fue la llamada Revolución Industrial, que condujo la sociedad de una economía agrícola tradicional hasta otra caracterizada por procesos de producción mecanizados para fabricar bienes a gran escala, que evidentemente, la causa fundamental de estos cambios de debe, en gran medida, al desarrollo de la máquina de vapor.

Es bueno apuntar, que en este período ya se había inventado la imprenta (1450), la máquina de vapor por Dennis Papin (1647-1714) y perfeccionada o mejorada por Jaime Watt (1764) y el invento de un telar mecánico accionado por una máquina de vapor (1785), por el británico Richard Arkwright: Tres elementos, que evidentemente sustentaban las bases tecnológicas para el ulterior desarrollo de los medios de producción que devino en la Revolución Industrial, lo que a su vez sirvió de base a la ciencias para su desarrollo. En esta etapa se observa que los fundamentos de la Física y la Mecánica no se limitaba únicamente a estudiar las leyes del movimiento físico, sino que se comenzó a desarrollar los estudios de lo que ocurría internamente en los materiales, o lo que es lo mismo, el estudio intermolecular de la materia.

Sería interminable la lista de científicos, ingenieros, físicos y personal técnico que han contribuido al desarrollo del Diseño Mecánico y de la manufactura en este período histórico analizado, por lo que sólo limitaremos a enunciar por su relevancia algunos hechos y trabajos en esta etapa.

Este autor considera que uno de las personalidades que revolucionó el siglo XX en el diseño y manufactura ingenieril, fue el industrial estadounidense Henry Ford (1863-1947). Trabajó como mecánico de 1888 a 1899, y después jefe de éstos en la Edison Illuminating Company. En 1893, tras experimentar un tiempo en sus ratos libres, logró construir su primer automóvil, y en 1903 creó la Ford Motor Company. A él se le conoce por sus innovadores métodos en la industria de los vehículos a motor, es considerado el introductor de la fabricación en serie o mediante cadena de montaje y el pionero en la utilización del principio de intercambiabilidad de las piezas de sus autos. Principios altamente empleados en las actuales industrias.

Lo más significativo en esta etapa es que conjuntamente con el desarrollo de la electricidad (ver artículo de este autor) y la Electrónica, el Diseño Mecánico está a un nivel altamente calificado, mediante el empleo de la Ingeniería Concurrente -la Ingeniería Concurrente es la aproximación sistemática a la integración, del diseño racional de productos y procesos relacionados, que tiene en cuenta, su fabricación y suministro-, que incluye los sistemas computarizados de CAD-CAM (Diseño Asistido por Computadoras- Manufactura Asistido por Computadoras)(6), conjuntamente con los paquetes ingenieriles que permiten el cálculo de variables finitas, el diseño óptimo de estructuras y la selección adecuada de material, con un ahorro sustancial en su elaboración, entre otros.

Por el propio desarrollo de la ciencia y la técnica, cada una de éstas se han subdividido en ramas muy específicas; por ejemplo, antes un físico abarcaba todo un conjunto de especialidades, sin embargo, hoy en día existen hombres de ciencia que se dedican a la Hidráulica, al Magnetismo, etc.; de igual forma ocurre con la ingeniería, que dentro de la propia Mecánica existen especialistas en estructuras metálicas y en no metálicas, por citar algunos.

Por esta razón en la actualidad, para realizar la actividad de proyecto o de diseño mecánico, es imprescindible aglutinar a un conjunto de expertos, técnicos e inclusive obreros altamente calificados, constituyendo un equipo multidisciplinario que posibilitan la realización adecuada, funcional, óptima, ergonómica y económica de dicho proyecto.

Se puede afirmar que gracias al desarrollo de las distintas ciencias, en particular la Física, el Diseño Mecánico ha llegado a un alto progreso científico-técnico, ligado a los grandes descubrimientos científicos, formulación de leyes, teorías de otras ciencias que le han servido de base para su ulterior perfeccionamiento.

Este desarrollo fue en aumento, en la medida que el hombre ha ido acumulando conocimientos precedentes, con una constante interrelación dialéctica, que ha sido el fruto de cientos de miles de grandes estudiosos a lo largo de la historia de la humanidad, lo cual ha hecho posible pasar de los simples diseños de maquetas y croquis sustentado por la praxis en las distintas obras de la antigüedad hasta el diseñó de ingenios espaciales, en los cuales para su realización resulta necesario el trabajo multidisciplinario de cientos de destacados profesionales en cada una de las distintas y disímiles ramas de la ciencia e ingeniería.

Sirva este artículo para rendir un sencillo homenaje, en el Año Internacional de la Física, declarado por la UNESCO, a todos estos insignes científicos, físicos e ingenieros, que han contribuido a este progreso.

PUBLICADO EN ESTE SITE CON PERMISO DEL AUTOR.

LA ÉTICA AUSENTE EN LA CIENCIA MODERNA, por María Colosimo

En el Año Mundial de la Física se cumplieron 100 años del "Año milagroso" de 1905, donde el genial Albert Einstein publicó una serie de trabajos que alteraron el siempre cauto y, me atrevo a decir, cerrado, mundo científico.

En este año 2005 pocas son las personas a las que se les ha hablado de estos trabajos. La pseudociencia, los medios de (in)comunicación social, la vida plana y muchas veces ociosa desde el punto de vista del pensamiento alejan al ser humano promedio de la curiosidad científica, convirtiéndolo en un ser fácilmente manejable por las políticas imperialistas y bélicas que gobiernan el planeta. Es así como el hombre promedio pierde la capacidad de asombro, y sin esta capacidad, que se la proporcionan la ciencia y el arte, ¿cómo va a asombrarse entonces de los miles y miles de muertos que ha dejado este año por causas fácilmente evitables? ¿Cómo lo va a conmover la muerte de un niño por hambre, o por un bombardeo, si ni siquiera es capaz de mirar por la noche las estrellas... y sorprenderse?

Los educadores actuales, grandes doctores que a duras penas transmiten lo poco que saben a un manojo de futuros científicos, desgastan día a día estas capacidades en aquellos que son para la ciencia el propio futuro. El presupuesto en educación que algunos países esgrimen es de carácter lamentable, haciendo que los científicos se vuelquen a un sistema que los hace "publicar para vivir", escribiendo una y otra vez el mismo artículo... y estancando el conocimiento que pertenece, sí, señores, a la Humanidad. Y he ahí la falta de ética.

Al culminar este Año Mundial de la Física, muchos nos preguntamos si la humanidad está perdiendo el don de la curiosidad... mientras aún nos sorprende la noche mirando las estrellas.

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