La inercia es la tendencia de los objetos en movimiento a permanecer en movimiento y de los objetos en reposo a permanecer en reposo, a menos que una fuerza provoque que su velocidad o dirección cambie. Es uno de los principios fundamentales de la física clásica , y descrito por Isaac Newton en su primera ley del movimiento (también conocida como El Principio de Inercia). [1] Es una de las manifestaciones primarias de la masa , una de las propiedades cuantitativas centrales de los sistemas físicos . [2] Newton escribe: [3] [4]
LEY I. Todo objeto persevera en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, excepto en la medida en que se ve obligado a cambiar ese estado por fuerzas impresas en él.
— Isaac Newton, Principa, traducción de Cohen y Whitman, 1999
En su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica de 1687 , Newton definió la inercia como una fuerza :
DEFINICIÓN III. La vis insita , o fuerza innata de la materia, es un poder de resistencia mediante el cual todo cuerpo, por mucho que se encuentre en él, se esfuerza por perseverar en su estado actual, ya sea de reposo o de avanzar uniformemente en línea recta. [5]
El profesor John H. Lienhard señala que el Mozi –basado en un texto chino del período de los Reinos Combatientes (475-221 a. C.)– fue el que dio la primera descripción de la inercia. [6] Antes del Renacimiento europeo , la teoría predominante del movimiento en la filosofía occidental era la de Aristóteles (384-322 a. C.). En la superficie de la Tierra, la propiedad de inercia de los objetos físicos a menudo está enmascarada por la gravedad y los efectos de la fricción y la resistencia del aire , los cuales tienden a disminuir la velocidad de los objetos en movimiento (comúnmente hasta el punto de reposo). Esto indujo al filósofo Aristóteles a creer que los objetos se moverían sólo mientras se les aplicara fuerza. [7] [8] Aristóteles dijo que todos los objetos en movimiento (en la Tierra) eventualmente se detienen a menos que un poder externo (fuerza) continúe moviéndolos. [9] Aristóteles explicó el movimiento continuo de los proyectiles, después de ser separados de su proyector, como una acción (en sí misma inexplicable) del medio circundante que continúa moviendo el proyectil. [10]
A pesar de su aceptación general, el concepto de movimiento de Aristóteles [11] fue cuestionado en varias ocasiones por filósofos notables durante casi dos milenios . Por ejemplo, Lucrecio (siguiendo, presumiblemente, a Epicuro ) afirmó que el "estado predeterminado" de la materia era el movimiento, no la estasis (estancamiento). [12] En el siglo VI, Juan Filopono criticó la inconsistencia entre la discusión de Aristóteles sobre los proyectiles, donde el médium mantiene los proyectiles en marcha, y su discusión sobre el vacío, donde el médium obstaculizaría el movimiento de un cuerpo. Filópono propuso que el movimiento no se mantenía por la acción de un medio circundante, sino por alguna propiedad impartida al objeto cuando se ponía en movimiento. Aunque éste no era el concepto moderno de inercia, ya que todavía era necesaria una fuerza para mantener un cuerpo en movimiento, resultó ser un paso fundamental en esa dirección. [13] [14] Averroes y muchos filósofos escolásticos que apoyaban a Aristóteles se opusieron firmemente a esta opinión . Sin embargo, esta opinión no quedó sin oposición en el mundo islámico , donde Filopono tuvo varios partidarios que desarrollaron aún más sus ideas.
En el siglo XI, el erudito persa Ibn Sina (Avicena) afirmó que un proyectil en el vacío no se detendría a menos que se actuara sobre él. [15]
En el siglo XIV, Jean Buridan rechazó la noción de que una propiedad generadora de movimiento, a la que llamó ímpetu , se disipara espontáneamente. La posición de Buridan era que un objeto en movimiento sería detenido por la resistencia del aire y el peso del cuerpo que se opondría a su impulso. [16] Buridan también sostuvo que el ímpetu aumentaba con la velocidad; por tanto, su idea inicial de impulso era similar en muchos aspectos al concepto moderno de impulso. A pesar de las obvias similitudes con ideas más modernas sobre la inercia, Buridan vio su teoría solo como una modificación de la filosofía básica de Aristóteles, manteniendo muchas otras opiniones peripatéticas , incluida la creencia de que todavía había una diferencia fundamental entre un objeto en movimiento y un objeto en reposo. . Buridan también creía que el impulso podría ser no sólo de naturaleza lineal sino también circular, haciendo que los objetos (como los cuerpos celestes) se movieran en círculo. La teoría de Buridan fue seguida por su alumno Alberto de Sajonia (1316-1390) y los Calculadores de Oxford , quienes realizaron varios experimentos que socavaron aún más el modelo aristotélico. Su trabajo, a su vez, fue elaborado por Nicole Oresme , quien fue pionera en la práctica de ilustrar las leyes del movimiento con gráficas.
Poco antes de la teoría de la inercia de Galileo, Giambattista Benedetti modificó la creciente teoría del impulso para involucrar únicamente el movimiento lineal:
[Cualquier] porción de materia corporal que se mueve por sí misma cuando una fuerza motriz externa le ha impreso un impulso tiene una tendencia natural a moverse en una trayectoria rectilínea, no curva. [17]
Benedetti cita el movimiento de una roca en una honda como ejemplo del movimiento lineal inherente de los objetos, obligados a adoptar un movimiento circular.
Según Charles Coulston Gillispie , la inercia "entró en la ciencia como una consecuencia física de la geometrización de la materia espacial de Descartes , combinada con la inmutabilidad de Dios". [18] El primer físico que rompió completamente con el modelo aristotélico del movimiento fue Isaac Beeckman en 1614. [19] El término "inercia" fue introducido por primera vez por Johannes Kepler en su Epitome Astronomiae Copernicanae [20] (publicado en tres partes desde 1617 a 1621); sin embargo, el significado del término de Kepler (que derivó de la palabra latina que significa "ociosidad" o "pereza") no era exactamente el mismo que su interpretación moderna. Kepler definió la inercia sólo en términos de resistencia al movimiento, basándose una vez más en la presunción de que el reposo era un estado natural que no necesitaba explicación. No fue hasta los trabajos posteriores de Galileo y Newton unificaron el reposo y el movimiento en un principio que el término "inercia" pudo aplicarse a estos conceptos tal como se hace hoy. [21]
El principio de inercia, tal como lo formuló Aristóteles para los "movimientos en el vacío", [22] incluye que un objeto mundano tiende a resistir un cambio de movimiento. La división aristotélica del movimiento en mundano y celeste se volvió cada vez más problemática ante las conclusiones de Nicolás Copérnico en el siglo XVI, quien argumentó que la Tierra nunca está en reposo, sino que en realidad está en constante movimiento alrededor del Sol. [23]
Galileo , en su posterior desarrollo del modelo copernicano , reconoció estos problemas con la entonces aceptada naturaleza del movimiento y, al menos parcialmente, como resultado, incluyó una reformulación de la descripción de Aristóteles del movimiento en el vacío como un principio físico básico:
Un cuerpo que se mueve sobre una superficie nivelada continuará en la misma dirección con rapidez constante a menos que se le moleste.
Galileo escribe que "eliminados todos los impedimentos externos, un cuerpo pesado sobre una superficie esférica concéntrica con la Tierra se mantendrá en el estado en que se encontraba; si se coloca en movimiento hacia el oeste (por ejemplo), se mantendrá en ese movimiento." [24] Esta noción, que los historiadores de la ciencia denominan "inercia circular" o "inercia circular horizontal", es precursora de la noción de inercia rectilínea de Newton, pero es distinta de ella. [25] [26] Para Galileo, un movimiento es " horizontal " si no lleva al cuerpo en movimiento hacia o lejos del centro de la Tierra, y para él, "un barco, por ejemplo, que una vez ha recibido algún impulso a través de el mar tranquilo, se movería continuamente alrededor de nuestro globo sin detenerse jamás." [27] [28] También vale la pena señalar que Galileo más tarde (en 1632) concluyó que, basándose en esta premisa inicial de inercia, es imposible distinguir entre un objeto en movimiento y uno estacionario sin alguna referencia externa para compararlo. contra. [29] Esta observación finalmente llegó a ser la base para que Albert Einstein desarrollara la teoría de la relatividad especial .
Los conceptos de inercia en los escritos de Galileo serían posteriormente refinados, modificados y codificados por Isaac Newton como la primera de sus Leyes del movimiento (publicada por primera vez en la obra de Newton, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , en 1687):
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, a menos que se vea obligado a cambiar ese estado por fuerzas impresas sobre él. [30]
A pesar de haber definido el concepto en sus leyes del movimiento, Newton en realidad no utilizó el término "inercia". De hecho, originalmente consideraba que el fenómeno respectivo era causado por "fuerzas innatas" inherentes a la materia, que resistía cualquier aceleración. Desde esta perspectiva, y tomando prestado de Kepler, Newton atribuyó el término "inercia" a "la fuerza innata poseída por un objeto que resiste cambios en movimiento"; por lo tanto, Newton definió "inercia" como la causa del fenómeno, en lugar del fenómeno en sí. Sin embargo, las ideas originales de Newton sobre "fuerza resistiva innata" fueron en última instancia problemáticas por una variedad de razones, y por eso la mayoría de los físicos ya no piensan en estos términos. Como no se ha aceptado fácilmente ningún mecanismo alternativo, y ahora se acepta generalmente que puede que no exista uno que podamos conocer, el término "inercia" ha pasado a significar simplemente el fenómeno mismo. , en lugar de cualquier mecanismo inherente. Así, en última instancia, "inercia" en la física clásica moderna ha llegado a ser un nombre para el mismo fenómeno descrito por la Primera Ley del Movimiento de Newton, y ahora los dos conceptos se consideran equivalentes.
La teoría de la relatividad especial de Albert Einstein , tal como la propuso en su artículo de 1905 titulado " Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento ", se basó en la comprensión de los sistemas de referencia inerciales desarrollados por Galileo, Huygens y Newton. Si bien esta teoría revolucionaria cambió significativamente el significado de muchos conceptos newtonianos como masa , energía y distancia , el concepto de inercia de Einstein permaneció al principio sin cambios con respecto al significado original de Newton. Sin embargo, esto resultó en una limitación inherente a la relatividad especial: el principio de relatividad sólo podía aplicarse a sistemas de referencia inerciales. Para abordar esta limitación, Einstein desarrolló su teoría general de la relatividad ("The Foundation of the General Theory of Relativity", 1916), que proporcionó una teoría que incluía sistemas de referencia no inerciales (acelerados). [31]
En la relatividad general, el concepto de movimiento inercial adquirió un significado más amplio. Teniendo en cuenta la relatividad general, el movimiento inercial es cualquier movimiento de un cuerpo que no se ve afectado por fuerzas de origen eléctrico, magnético o de otro tipo, sino que se encuentra únicamente bajo la influencia de masas gravitacionales. [32] [33] Físicamente hablando, esto es exactamente lo que indica un acelerómetro de tres ejes que funciona correctamente cuando no detecta ninguna aceleración adecuada .
El término inercia proviene del latín iners , que significa inactivo o lento. [34]
Una cantidad relacionada con la inercia es la inercia rotacional (→ momento de inercia ), la propiedad de que un cuerpo rígido en rotación mantiene su estado de movimiento rotacional uniforme . Su momento angular permanece sin cambios a menos que se aplique un par externo; esto se llama conservación del momento angular. La inercia rotacional a menudo se considera en relación con un cuerpo rígido. Por ejemplo, un giroscopio utiliza la propiedad de resistir cualquier cambio en el eje de rotación.
... [un cuerpo] se detiene cuando la fuerza que empuja el objeto que viaja ya no tiene poder para empujarlo...
movimiento inercial.
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