Principios de Energía

Principio de las Fuerzas

Han Erim

30 de agosto de 2011

El Principio de las Fuerzas muestra la estrecha relación entre la fuerza gravitatoria (g) y la fuerza clásica (a). Albert Einstein se apoyó en esta relación al formular el Principio de Equivalencia, y de hecho este Principio de las Fuerzas también se basa en su trabajo sobre el Principio de Equivalencia. Sin embargo, el Principio de las Fuerzas expresa esta relación de una forma mucho más fuerte y la lleva a un nivel más avanzado. Tanto ahora como en el futuro, estos dos principios serán siempre muy importantes para la física.

Publiqué por primera vez el Principio de las Fuerzas en 2005, dentro del programa Alice Law Versión 5. Cuando surgió el tema de los Principios de Energía, sentí la necesidad de publicarlo de nuevo. Pero comprendí que no sería correcto publicarlo con su contenido antiguo, porque a lo largo de los años la Ley de Alice había evolucionado mucho. Además, también habían cambiado mis ideas sobre la Relatividad General. La Ley de Alice empezó a susurrarme: «Saca el Principio de Equivalencia y el Principio de las Fuerzas del ámbito de la Relatividad General; la Relatividad General me pertenece sólo a mí». Así que escuché estas palabras y decidí reunir estos principios bajo el título PRINCIPIOS DE ENERGÍA. Para mí, estos principios ya no describen la Relatividad General, sino el camino hacia el gran objetivo que hay detrás de ella. No sé exactamente dónde está ese gran objetivo ni qué es. Sólo sé que existe y que quienes deseen alcanzarlo deben caminar por este camino de principios.

Siempre me ha alegrado haber escrito este trabajo. Es muy interesante, muy hermoso, muy loco. Voy a llevarte a una línea finísima donde la locura y la realidad se encuentran. Esta línea es el camino que conduce al gran objetivo. Si quieres ir allí, tienes que aprender a caminar sobre ella.

Ahora vamos a considerar brevemente el ejemplo que utilizó Albert Einstein cuando explicaba el Principio de Equivalencia.

El hombre dentro de la caja piensa que se encuentra en un campo gravitatorio y que la caja está suspendida en el vacío por una cuerda unida al techo. En el exterior hay otro hombre que ve cómo ocurren las cosas en realidad. Ve que la cuerda a la que está atada la caja es tirada hacia arriba con una aceleración constante por algún ser.

El hombre dentro de la caja ata una cuerda al techo y cuelga de ella un cuerpo. Piensa que la fuerza que actúa sobre el cuerpo suspendido es la fuerza gravitatoria (g). El hombre de fuera, al ver que la caja es tirada hacia arriba, entiende que el cuerpo que cuelga dentro de la caja está sometido en realidad a la fuerza clásica de tracción (a).

Como resultado, la interpretación de una misma fuerza es diferente para ambos hombres. Para el hombre dentro de la caja, la realidad es la fuerza gravitatoria (g); para el hombre de fuera, la fuerza clásica (a). En magnitud, a y g son iguales, pero tienen direcciones opuestas.

Tal vez te sorprenda que llamemos a a y g fuerzas y no aceleraciones. En realidad, aceleración y fuerza son lo mismo. Si escribimos la fuerza como F = m . a o F = m . g, esto expresa la fuerza total que actúa sobre un cuerpo (m es la masa del cuerpo). Si piensas que la aceleración es algo distinto de la fuerza... claro, irás enseguida a Wikipedia a buscar «qué es la aceleración» y allí encontrarás la definición: «En física, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad con respecto al tiempo». Uhhhhh. ¡Qué le voy a hacer!... Puedes seguir pensando así si quieres. Sin embargo, aquí hablaré de a y g como fuerzas. Y en cualquier caso, en el ejemplo ya se ve lo que significan en este contexto.

Ahora imagina por un momento que tú eres la persona que está fuera en la figura. La caja y la persona dentro suben hacia arriba pasando cada vez más rápido junto a ti. Y tú empiezas a interpretar lo que ocurre...

• La caja cuelga en el vacío y tú estás cayendo hacia abajo...
• Tú estás quieto en tu sitio y la caja es tirada hacia arriba...

La verdad es que, si no tienes ninguna pista externa de la que puedas valerte, entonces, para responder a esta pregunta, no te quedará más remedio que lanzar una moneda al aire. Y no importa en absoluto que la respuesta que elijas resulte “equivocada”.

En conclusión, el principio de las fuerzas afirma que una fuerza dada puede interpretarse bien como una fuerza clásica (a), bien como una fuerza gravitatoria (g), y que ambas interpretaciones son igualmente válidas. La fuerza es única, pero tiene dos interpretaciones. Sus magnitudes son iguales y sus direcciones opuestas.

Observa que en la figura las flechas que representan las fuerzas apuntan siempre hacia afuera; nunca se miran entre sí.

Importancia del Principio de las Fuerzas en el camino hacia el Gran Objetivo:

Consideremos un avión que vuela a altura constante. En Mecánica Clásica razonamos así:

Mecánica clásica – El avión es atraído hacia abajo por la fuerza gravitatoria (g). Para mantener su altitud debe oponerse a la fuerza de la gravedad que actúa sobre él. Para ello, con ayuda de sus alas, genera una fuerza (a) dirigida hacia arriba. Mientras ambas fuerzas sean iguales (a = g), el avión seguirá volando a la misma altura.

Suena muy lógico, ¿verdad? Es la realidad dura que aprendimos y enseñamos en las escuelas, sobre la que basamos todos nuestros cálculos y a la que incluso confiamos nuestras vidas. Pero si prestas más atención, oirás cómo, en el ejemplo del avión, el Principio de las Fuerzas te susurra algo distinto:

Principio de las Fuerzas – En el ejemplo del avión están presentes tanto a como g. Son iguales en magnitud y opuestas en dirección. Entonces, en realidad sólo debería haber una única fuerza actuando sobre el avión. Una de las magnitudes a y g representa la realidad, y la otra representa la interpretación. Debes elegir entre a y g. ¿Cuál eliges?... ¿Cuál representa la verdad?

En realidad, no es tan difícil responder a esta pregunta. Si hay que elegir, debe ser la fuerza de sustentación, generada por las alas del avión, es decir, a. Pero ¿qué ha pasado con g? ¿Dónde ha ido a parar esa enorme fuerza de la gravedad?.. ¿Y si g no es real? Ese gran poder que gobierna los cielos... Dios mío...

Ahora has pisado esa línea finísima. Esa línea es el camino que conduce al Gran Objetivo.

El Principio de las Fuerzas muestra que podemos interpretar la fuerza gravitatoria g como una fuerza de empuje, es decir, como a, y además que, en realidad, la fuerza de la gravedad está representada no por g, sino por a. Si quieres, podemos decirlo así: el Principio de las Fuerzas nos da el permiso necesario para interpretar la fuerza gravitatoria como a. Y aún más, muestra que existe la posibilidad de que la fuerza gravitatoria sea representada sólo por a. En otras palabras, está diciendo amablemente que en realidad no existe tal cosa como g.

En realidad, no es sólo el Principio de las Fuerzas quien dice esto. El Principio de Equivalencia dice lo mismo. El ejemplo del hombre en la caja apunta precisamente a este resultado. El Principio de las Fuerzas expresa abiertamente lo que el Principio de Equivalencia sólo insinúa de forma velada. Y el propio Principio de las Fuerzas se basa en el Principio de Equivalencia.

No hace falta entrar en pánico de inmediato ni agarrarse el pecho. Tendrás tiempo suficiente para eso. Al principio, el Principio de las Fuerzas es bastante exigente, pero una vez que entras en él ya no hay salida. Y entonces, ¿sabes qué ocurre?... Dios mío... Esto... esto... es un lugar increíble. Eh... mira eso... Cosas así —créeme— hacen difícil expresar con palabras lo que verás allí. Es otro mundo.

Observa qué consecuencias lógicas desencadena una tras otra el Principio de las Fuerzas:

Como la fuerza gravitatoria se trata como a, la dirección de la fuerza de gravedad cambia. Ahora va de abajo hacia arriba. (La dirección de la fuerza es hacia fuera desde el centro de masa). Sabemos que para que una fuerza definida como a actúe, se necesita contacto cercano (como en empujar o tirar). Es decir, el concepto de «fuerza que actúa a distancia» cambia. Cuando usamos a para la fuerza de la gravedad, ya no podemos explicar las órbitas de los cuerpos celestes mediante una fuerza que actúa a distancia, porque no hay contacto. En su lugar, allí ocurren otras cosas que aún no conocemos; hay otras reglas. Muchos fenómenos que creías entender ahora necesitan explicaciones nuevas. Y en este sentido, el Principio de las Fuerzas es extremadamente valioso para la física.

g ile açıklanan bir fizik olayı g yerine a kullandığı zamanda bir açıklamaya sahiptir.

En la figura animada de la derecha hay una explicación ilustrativa de la caída de una manzana usando a: la manzana está en reposo y el suelo la atrapa. (En realidad, la manzana se mueve hacia arriba, pero no quiero cansarte más aquí. Seguro que ya estás bastante sorprendido.) Si Sir Isaac Newton hubiera visto esto, creo que habría sufrido un infarto.

Sabes que el Principio de Equivalencia condujo a la teoría de la Relatividad General. Después de que la Ley de Alice modificara y redujera la Relatividad General e hiciera que quedara contenida en ella, el camino que antes llevaba a la Relatividad General se ha convertido, a partir de ahora, en el camino que lleva al Gran Objetivo. En el fondo, no ha cambiado tanto. Por supuesto, el Principio de las Fuerzas ha abierto un nuevo horizonte en este camino. Cuando seamos capaces de expresar las leyes físicas relacionadas con la fuerza gravitatoria mediante a, habremos dado un paso importante en la física y nos habremos acercado un poco más al objetivo.

Principio de las Fuerzas Una fuerza que actúa puede interpretarse como fuerza clásica (a) o como fuerza gravitatoria (g). Ambas interpretaciones son igualmente válidas. Las magnitudes de las fuerzas interpretadas son iguales y sus direcciones opuestas. Todos los fenómenos físicos que pueden explicarse utilizando g también pueden explicarse utilizando a; lo contrario también es cierto.

El Principio de las Fuerzas continuará.

Descargando Alice Law Versión 5 o leyéndola en línea puedes consultar los capítulos de Principio de las Fuerzas y Relatividad General para hacerte una idea, pero te ruego que tengas presente que esos textos fueron escritos hace seis o siete años. Las publicaciones actualizadas que encontrarás aquí serán más correctas en cuanto a contenido.

En estos días concentro toda mi energía en la Ley de Alice. Intento completar sus partes faltantes y explicártela de la mejor manera posible. Esto ocupa todo mi tiempo y mi energía. Siempre que puedo, por supuesto, trato también de avanzar por el camino que lleva al Gran Objetivo. Publicaré aquí lo que vea y piense en ese camino.

Han Erim