FUERZA, ÍMPETU Y OTROS ERRORES CONCEPTUALES DEL MINISTERIO EN EL CURRÍCULO DE CIENCIAS
Jesús Ruiz Felipe. Profesor de Física
En
el Real Decreto 3473/2000, de 29 de diciembre se establecen las enseñanzas mínimas
correspondientes a la educación secundaria obligatoria. En segundo curso de
ciencias de la naturaleza podemos leer:
1.
2. Los cambios de posición en los sistemas materiales. Representación gráfica
de movimientos sencillos. Las fuerzas como causa del movimiento
y
la deformación. Masa y peso de los cuerpos. Energía mecánica.
La pregunta de por qué se mueven los cuerpos se empezó a responder en el siglo cuarto antes de Cristo. Aristóteles sostenía que para que para un cuerpo abandone su lugar natural es necesario que sobre él actúe un motor. Movimiento violento le llamó. Pensaba además, que todo movimiento de la naturaleza tenía un propósito: los cuerpos, animados o inanimados se movían hacia su lugar natural. La piedra caerá al suelo y el caballo trotará a su establo porque ese es su sitio. Sigamos con el caballo. Si éste arrastra una carga y deja de tirar, el movimiento cesa, porque el estado natural es el reposo. La idea es muy intuitiva, y si se le ocurrió a un tipo tan inteligente como Aristóteles la cosa no es ninguna tontería. Los efectos de las ideas aristotélicas, perduran hasta nuestros días. Sin ningún tipo de instrucción (o lo que es peor, con instrucción) un alumno de Física piensa que si hay movimiento hay fuerza (en la misma dirección y sentido, por supuesto), hay un motor que hace que el cuerpo se mueva.
Qué ocurre, sin embargo si le pego una patada a un balón. El balón se mueve y yo no ando detrás empujándolo. Aristóteles suponía que es el medio el que debe desempeñar la función de motor, algo así como que el aire se comprime delante del balón y después empuja situándose en la parte de detrás.
Fue en el siglo XIV cuando Juan Buridan superó los viejos prejuicios de Aristóteles. El aire no empuja, sino frena. El motor imprime en en el móvil una fuerza (un ímpetus) que actúa sobre el cuerpo dándole una cualidad, manteniendo su velocidad. El ímpetus es algo parecido a nuestra energía cinética. Buridan esbozó la ley de inercia. Es famosa una historieta, llamada el asno de Buridan. Según ella, Buridan había enseñado que un asno hambriento, situado a igual distancia de dos montones de alfalfa iguales, moriría de hambre, pues no tendría ningún motivo para escoger uno de los montones con preferencia al otro y por tanto no sería capaz de hacer nada.
La física aristotélica consideraba el movimiento como un proceso de cambio, en oposición al reposo que, siendo el propósito del movimiento, debía ser reconocido como el estado natural. Según esto, todo movimiento es cambio y por eso afecta siempre al cuerpo que se mueve. Por consiguiente, si un cuerpo está provisto de dos movimientos, estos se entorpecen, se obstaculizan mutuamente y son a veces incompatibles uno con otro. Los cuerpos pesados descienden, mientras que los ligeros se elevan; estos movimientos son naturales para ellos, porque corresponden a su naturaleza; al contrario, no es natural para un cuerpo pesado subir y para un cuerpo ligero bajar: Sólo por violencia podemos hacerles efectuar estos movimientos que son, por lo tanto, movimientos violentos.
Frente a estas ideas, Galileo separó el movimiento de la naturaleza de los cuerpos. El reposo no es distinto del movimiento, sólo los cambios de movimiento requieren una causa, no como sugiere el ministerio. Además, en razón de su indiferencia al movimiento, un cuerpo puede participar en más de un movimiento a la vez, ya que ninguno de ellos impide los otros, pudiendo combinarse entre sí.
Galileo estableció en el siglo XVI el origen de un principio fundamental de la mecánica:
Un cuerpo en movimiento horizontal tiende a llevar el movimiento que lleva. Con este enunciado, denominado ley de inercia, se acaba con uno de los pilares de la mecánica aristotélica: la fuerza como causa del movimiento
Uno de los logros que puede atribuirse un profesor es que sus alumnos evolucionen desde sus preconceptos aristotélicos hasta ideas galileanas. No ayuda nada por cierto, que a la hora de explicar el tiro parabólico pongamos la aceleración de la gravedad hacia arriba o hacia abajo según suba o baje un cuerpo. Los conceptos de movimiento uniforme, movimiento acelerado e inercia permiten explicar el movimiento complejo atribuido a los proyectiles:
Todos estos análisis de trayectorias parabólicas se basan en el principio galileano de descomponer un movimiento complejo en dos movimientos (o componentes) perpendiculares entre sí. El gran éxito de Galileo fue descubrir que un cuerpo puede tener simultáneamente una componente de velocidad horizontal, uniforme o sin aceleración, y una componente vertical acelerada, de suerte que ninguna de ellas influye sobre la otra. En todos esos casos la componente horizontal ejemplifica la tendencia de un cuerpo, que se mueve en línea recta y con velocidad constante, a conservar ese movimiento aunque pierda contacto físico con la fuente original del mismo, (el motor). Esto puede definirse también como la tendencia de todo cuerpo a oponerse a cualquier cambio en su estado de movimiento, propiedad conocida como inercia del cuerpo
Más tarde, Newton, físico, matemático, astrónomo y filósofo inglés define los principios fundamentales de la mecánica y su teoría de la atracción universal de la gravedad, publicándolos en 1687 con el título de "Principios matemáticos de la filosofía natural". A la primera ley de Newton también se la distingue como ley de Inercia de Galileo, porque fue éste precisamente el primero en comprenderla.
4º Curso: Criterios de evaluación
1.
2. Identificar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, generen o no movimiento,
y explicar las leyes de la Dinámica a las que obedecen. Determinar la
importancia de la fuerza de rozamiento en la vida real. Dibujar las fuerzas
que actúan sobre un cuerpo en movimiento, justificando el origen de cada
una, e indicando las posibles interacciones
del cuerpo en relación con
otros cuerpos.
Más adelante notamos que el segundo criterio de evaluación de cuarto curso de Física y Química nos habla de dibujar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en movimiento. Pues bien, lo mismo da que esté en movimiento o no. Es posible que al dibujarlo sobre un móvil observemos que la fuerza neta y la velocidad no tengan la misma dirección o sentido y por tanto este criterio que no se aplica a los cuerpos en reposo tenga más enjundia de la que parece. Porque realmente lo que parece es otro equívoco similar al anterior. Lo que ya no tiene sentido son las posibles interacciones. La experiencia dice que el movimiento de un cuerpo es influido por los cuerpos que lo rodean, esto es: por sus interacciones con ellos. Si hay una fuerza aplicada a un cuerpo se podrá dibujar también la fuerza de reacción. Pero no hablemos de una posibles interacciones .
El siguiente applet nos muestra que tanto da que el cuerpo esté en reposo como en movimiento:
Por último parece excesivo que un alumno de segundo de la ESO consiga razonar el porqué los elementos químicos más abundantes en el Universo son, en general, los que tienen un número de protones más pequeño, y explicar las propiedades de dichos elementos (2º Criterio de evaluación) pero esto ya es otra historia.
Lasde applets de Internet.
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