Las leyes del movimiento de Newton constituyen la esencia de la mecánica clásica.
Mecánica clásica es la denominación que se ha popularizado para distinguir a una rama de la física cuyo foco está puesto en evaluar con precisión cómo se comportan, tanto en reposo como al tener cierta velocidad, cuerpos físicos de nivel macroscópico.
En esta área de estudio que conecta al movimiento con la fuerza y aceleración de un cuerpo, las leyes físicas están comprendidas por el determinismo científico, el principio de mínima acción es esencial al momento de analizar la evolución temporal de un sistema y el tiempo se concibe como absoluto.
Es interesante recordar que originalmente (es decir, antes de ser sometida a procesos de reformulación), la mecánica clásica se sustentó en nociones surgidas de investigaciones, hallazgos y postulados de Isaac Newton acerca del movimiento de los cuerpos. En este punto es necesario remarcar que este matemático, inventor y físico de nacionalidad inglesa formuló la ley de la gravitación universal y le debemos, entre otras cuestiones relevantes, el principio de inercia, la ley fundamental de la dinámica y el principio de acción y reacción.
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ResumenRamas de la mecánica clásica
Al ir recopilando información vinculada a los alcances, las formulaciones y los enfoques de la mecánica clásica salen a la luz múltiples ramas.
Esta disciplina se enriquece, por ejemplo, con abordajes y reformulaciones que le dan identidad a las llamadas mecánica lagrangiana (contribución de Joseph-Louis de Lagrange vital para simplificar problemas o desafíos físicos que pueden ser resueltos mediante las ecuaciones de Lagrange), mecánica hamiltoniana (cuyo nombre alude a William R. Hamilton) y mecánica newtoniana (esta última suele, asimismo, nombrarse como mecánica vectorial). Existe, incluso, la mecánica analítica.
Popularmente, de todos modos, hay tres grandes grupos que alimentan a esta variedad de mecánica: la cinemática, la dinámica y la estática.
También resulta útil saber cómo son y para qué sirven la mecánica estadística, la mecánica celeste, la mecánica relativista y la mecánica continua.
Al estudiar el movimiento de un cuerpo conviene saber que velocidad y aceleración son dos conceptos que, aunque están vinculados, son diferentes.
Principios básicos
La mecánica clásica se sostiene de una serie de principios básicos que iremos enumerando a continuación.
Uno de ellos es el principio de mínima acción (conocido también como principio de Hamilton), un postulado clave para dar cuenta de cómo, con el correr del tiempo, va evolucionando la condición de movimiento de una cierta partícula. Este razonamiento puede ser probado, en concreto, gracias a las leyes del movimiento de Newton.
Rige, además, un tiempo absoluto, magnitud que marca una medida pareja para todos los observadores, independientemente del grado que cada uno exhiba en materia de movimiento.
Conociendo la posición y el porcentaje de movimiento de una partícula, por otra parte, se deduce el estado de ella ya que está determinado y entra en juego, en este contexto, el principio de causalidad.
Tal como se desprende de la teoría, se admiten múltiples formulaciones dentro de la mecánica clásica y cada una propone una aproximación a leyes de la naturaleza más precisas. Siempre, de todas formas, deben considerarse velocidades que no se equiparen con la de la luz ni la superen (deben ser significativamente menores en comparación a la velocidad de la luz) y los tamaños estudiados tienen que estar por encima de 1 nm.
Los expertos en esta disciplina señalan la necesidad de apelar a la mecánica cuántica para adaptar las ecuaciones de Hamilton, Lagrange o Newton si se pretende trabajar con elementos microscópicos. Hay que saber, incluso, cuál es, o en dónde se encuentra, la franja que traza el límite entre la ya citada mecánica clásica y otra asentada en la teoría de la relatividad que, por ese motivo, ha sido bautizada como mecánica relativista.
Los principios de la mecánica clásica ayudan a, por ejemplo, poder predecir cómo es el movimiento de las bolas del juego de billar.
Ejemplos de mecánica clásica
La mecánica clásica sirve, por describir un caso a modo de ejemplo, para generar una explicación sólida respecto a fenómenos y movimientos evidenciados en el sistema solar. Es oportuno señalar en este marco que Galileo Galilei fue uno de los tantos que ha hecho estudios centrados en el movimiento: en su caso, por detallar uno de sus trabajos, elaboró una teoría sobre mareas que llegó a contradecirse con el principio de inercia pero buscaba comprobar que las mareas eran consecuencia del movimiento del planeta Tierra.
Desde una aproximación empírica a la ciencia mecánica, asimismo, es posible medir de manera experimental la velocidad que alcanza, en distintas instancias, una pelota pequeña (por ejemplo, como la que usa para jugar al golf) que, tras permanecer en reposo, cae desde una altura determinada. Esta prueba que invita a apreciar en qué consiste una caída libre involucra a factores o magnitudes como el tiempo, la velocidad, la gravedad y la aceleración.
En definitiva, muchos experimentos o situaciones que abarcan el movimiento de un cuerpo de características macroscópicas, englobando conceptos como la energía, el momento lineal y el trabajo mecánico quedan demostrados y explicados gracias a la mecánica clásica. Por sus características, es una disciplina necesaria e ideal para predecir cómo se comportará un sistema o dispositivo o bien para el proceso de diseño de una maquinaria orientada a las fuerzas del movimiento.
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