Sobre la cantidad de movimiento de los cuerpos

Suena el asfalto y un ruido estruendoso hace mirar a un lado de la vía a todos los pasajeros de un bus, presenciando la colisión entre dos autos. Dos personas juegan billar tres bandas y, uno de los jugadores taca y la bola que golpea, para en seco y no sigue la trayectoria deseada. Un gran experimento en un colisionador de partículas, atrae la curiosidad y atención de personas y medios de comunicación alrededor del mundo. Un hombre que hace tiro al blanco se va hacia atrás y cae al suelo sin razón alguna……..aparentemente estos sucesos no tienen nada en común, pero detrás de todo ello, yace un principio fundamental de la física. Antes de conocer de qué se trata, revisemos un poco la historia.

Los primeros esfuerzos por estudiar el movimiento de un cuerpo sin una razón causal (causa—efecto), fueron hechos por Guillermo de Ockham, lo cual condujo al planteamiento de que todos los cuerpos en su movimiento tenían “algo” (no material) que llevaban consigo, y que permitía que todos los cuerpos viajaran una distancia mayor o menor, en proporción con la cantidad de ese “algo” que poseían. A partir de este planteamiento, Descartes en el siglo XVII enuncia y define que ese “algo” era igual al producto de la masa del cuerpo y la velocidad (m ×v) y lo llamó cantidad de movimiento (p); sin embargo, Descartes falla en su definición al considerar la velocidad como una cantidad escalar—es decir, variables físicas definidas por sólo su magnitud, como, por ejemplo, la temperatura, el tiempo, etc.

Y no como una cantidad vectorial—donde, además de la magnitud, se requiere especificar una dirección, como en el caso de la aceleración, la fuerza, entre otras. Así, los trabajos de Descartes fueron la base para que Christian Huygens, John Wallis y Christopher Wren, definieran de manera correcta la cantidad de movimiento (p ⃗) como el producto de la masa por el vector velocidad (p ⃗=m × v ⃗) y, asociaran a que dicha cantidad debía conservarse, constituyéndose en un principio fundamental de la naturaleza. A partir de este momento, el estudio del movimiento salió del laberinto en el que se encontraba, permitiendo llegar a estudiar diferentes situaciones cotidianas y no cotidianas como veremos a continuación.

Uno de los movimientos más complicados de analizar desde el punto de vista físico es el choque o colisión de dos autos, dado que como la colisión ocurre en tan pequeño tiempo, es imposible conocer y analizar el choque desde las leyes de Newton. En otras palabras, es difícil poder cuantificar y conocer una expresión para la fuerza presente en la colisión. De esta manera, al usar la definición y el principio de conservación de la cantidad de movimiento, se ha logrado cuantificar la velocidad, la aceleración, la fuerza y la energía de cada auto antes, durante y después de la colisión sin necesidad de analizar el movimiento desde las leyes de la mecánica.

Sabemos que uno de los juegos de mayor popularidad en el mundo es el billar. La mayoría de las veces que jugamos desconocemos que prácticamente la mesa de paño podría ser uno de los laboratorios de física por excelencia. Así, cuando una bola colisiona con otra, podemos predecir a partir de la forma en que golpea a esta última, la dirección en la cual saldrá, la velocidad que tendrá y la cantidad de movimiento que poseerá para así tener mayores posibilidades de éxito en el juego. Sería interesante que antes de ir a jugar billar la próxima vez, investigaras acerca de la cantidad de movimiento y su conservación, de pronto puede irte mejor.

Por otra parte, se hacen experimentos en un colisionador de partículas, buscando afanosamente la partícula de “Dios” o el bosón de Higgs para comprender un poco más de la naturaleza y del surgimiento de la materia. Así, en las colisiones entre partículas, siempre se busca que todas las partículas cumplan el principio de conservación de la cantidad de movimiento, pero en ciertas ocasiones se ha encontrado que no se cumple dicho principio, lo cual ha conducido a que se descubran nuevas partículas y se construyan nuevas teorías.

Finalmente, un hombre dispara un arma en el juego de tiro al blanco y el arma retrocede haciéndolo caer al suelo. Lo anterior, ocurre como consecuencia de la conservación de la cantidad de movimiento puesto que antes de disparar la cantidad de movimiento es nula (el hombre está quieto con el arma) y después del disparo la cantidad de movimiento debe ser nula, lo cual se explica, al considerar la compensación en la cantidad de movimiento cuando el arma retrocede una vez se ha disparado y una vez ha salido la bala del arma. Vemos así, que a partir de un principio fundamental de la física, como lo es el principio de conservación de la cantidad de movimiento, se explican situaciones tan sencillas y complejas, lo cual nos muestra lo maravilloso que es el mundo de la física.

Escritor: Gustavo Adolfo Ramírez Ramírez

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