¿A qué se le da el nombre de partícula en la Mecánica Clásica?
Para todos mis Steemians-Lectores, van mis muy cordiales saludos. Particulares y sinceros saludos para toda la comunidad de #stem-espanol. Como lo mencioné en un post anterior, mi pasión es la Física y soy Físico de profesión. Disfruto mucho enseñar Física a nivel universitario y escribir textos educativos de este mismo nivel (pueden ver y descargar borradores de mis textos desde mi página web http://www.cmc.org.ve/tsweb), al igual que también me da gusto hacer investigación en esta área del conocimiento. Tengo especial interés por lo relacionado con la Mecánica y la Gravitación, sin embargo, incursiono en distintas áreas de la Física.
Estimados Steemians, una de las definiciones de gran importancia en Física, muy específicamente en la Mecánica Clásica, es la de Partícula. Es necesaria una buena comprensión de este término para así poder entender toda la teoría donde esta definición esté involucrada. Hay que precisar que la Mecánica Clásica abarca a la Mecánica Newtoniana o Mecánica Vectorial, la Mecánica Lagrangiana y la Mecánica Hamiltoniana (en posts futuros les hablaré de ellas haciendo comparaciones entre las mismas). En los distintos textos que podemos encontrar en esta área, a la partícula también se le da el nombre de Partícula Material, Punto Material, Cuerpo Puntual, Masa Puntual y Masa Puntiforme.
Trataré ahora de darle respuesta a la pregunta: ¿a qué se le da el nombre de partícula en la Mecánica Clásica?.
La definición de partícula suele ser imprecisa en muchos cursos de Física General y de Mecánica Clásica en las universidades, cursos que son fundamentales para la buena formación de todo Físico. Encontramos, incluso, docentes en esta área que tienen una imagen imprecisa de la misma. Trataré, con este post, de aclarar esta definición.
Muy seguramente, estimados Steemians-Lectores, cuando escuchamos la palabra partícula, inmediatamente pensamos en algo muy pequeño, algo que es realmente minúsculo, algo cuyas dimensiones son tan pequeñas que no son posibles de determinar a simple vista. Pensaríamos en algo así como un punto ¿verdad?. Bien, esto es también cierto para la partícula en la Mecánica Clásica, pero no es suficiente.
Faltan detalles y condiciones importantes. Lo primero que hay que establecer es que no es exactamente un punto matemático, ya que éste es un ente que carece de dimensiones (no dispone de volumen, longitud, etc.) y que, por lo tanto, no pertenece al mundo físico. La partícula en Mecánica Clásica tiene dimensiones sólo que son tan pequeñas que pueden ser despreciadas, además, posee masa que es una propiedad muy importante, ya que sin presencia de materia no hay Física.
Vivo en el Estado Zulia y para mí es frecuente ver inmensos buques de transporte de petróleo cuando paso por el Puente Rafael Urdaneta, sobre el Lago de Maracaibo. Sabemos, mis estimados Steemians, que estos buques son realmente inmensos. Ahora, alejémonos mentalmente del buque más y cada vez más ¿qué le irá pasando al buque? ¿cómo lo veremos?; lo vamos viendo cada vez más y más pequeño hasta que llega un momento en el que vemos sólo una muy pequeña imagen en la que no podemos apreciar el largo, el ancho ni la altura del buque, pues sus dimensiones se hacen realmente pequeñas. El fenómeno análogo lo podemos observar también cuando vemos alejarse de nosotros una gandola cisterna de combustible, cada vez que se aleja más de nosotros la vemos cada vez más y más pequeña hasta que, finalmente, se observa una imagen minúscula. También lo podemos observar a ver despegar un avión de pasajeros desde el aeropuerto, a medida que se aleja lo vamos viendo cada vez más pequeño hasta que solamente se ve un pequeño punto. También observamos este fenómeno con las "estrellas" (muchos de estos cuerpos no lo son) que vemos en el cielo nocturno. Estos cuerpos pueden ser, en cantidad de casos, de mucho mayor tamaño que nuestro Sol pero, debido a su lejanía de la Tierra, sólo podemos ver un punto brillante. Nuestro mismo Sol, aunque podemos ver una imagen con dimensiones bien apreciables, éstas se presentan bastante reducidas con respecto a las reales debido a la gran distancia que lo separa de la Tierra.
Ahora bien mis estimados Steemians-Lectores, ninguno de los cuerpos antes mencionados parecen ser una partícula pues son grandes en extremo. Sin embargo, cuando los observamos de lejos, sus dimensiones se hacen despreciables pudiendo así ser considerados como una partícula.
En los anteriores casos es importante el tamaño observado del cuerpo que se está estudiando, para que el cuerpo pueda ser considerado o no como una partícula. |
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Pero, cuidado, no sólo la lejanía de un cuerpo con respecto a la persona que observa (el observador) hace que el mismo pueda ser considerado como una partícula. Si un buque carguero de 400 m de longitud, se desplaza 1500 m, no podrá considerarse como una partícula; pero, si el mismo carguero viaja desde Venezuela hasta Italia, que están separadas por unos 8600000 m, la longitud del carguero sí será despreciable en relación con esta distancia y, en este caso, el carguero podría ser considerado como una partícula. Caso análogo ocurre cuando se tienen dos cuerpos unidos por una cuerda que pasa a través de una polea. Si los cuerpos son grandes haciendo que las dimensiones de esta última sean despreciables, entonces la misma podría ser considerada como una partícula.
La Tierra, mis estimados Steemians, puede ser considerada como una partícula en el contexto de su movimiento alrededor del Sol, debido a que la longitud de su trayectoria es enorme comparada con su tamaño. En el caso del vuelo de una pelota de béisbol, ésta puede ser considerada como una partícula ya que la longitud de su trayectoria el mayor que el tamaño de la misma.
En los ejemplos anteriores, mis estimados Steemians-Lectores, los cuerpos involucrados son de tamaño apreciable (no se pueden despreciar sus dimensiones), el mismo es pequeño con respecto a las dimensiones de los caminos recorridos o el tamaño de otros cuerpos involucrados, pudiendo así ser considerados como una partícula.
Un cuerpo también se puede considerar como una partícula, mis estimados Steemians-Lectores, cuando sus dimensiones son muy pequeñas en comparación con las demás dimensiones que participan en el fenómeno en el cual éste está involucrado. |
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Pero, cuidado, esto no termina aquí. Como dije antes, la Tierra puede ser considerada como una partícula en su movimiento alrededor del Sol. Pero, supongamos ahora, mis Steemians-Lectores, que queremos estudiar el movimiento de rotación de la Tierra sobre su propio eje. En este caso no es posible despreciar las dimensiones de la Tierra pues es debido a las mismas que podemos observar y estudiar su movimiento de rotación.
En general, las dimensiones de un cuerpo deben ser apreciables para poder estudiar el movimiento de rotación del mismo (de tenerlo). En el caso, mencionado antes, del vuelo de la pelota de béisbol, ésta no podrá ser considerada como una partícula si se quiere estudiar su movimiento de rotación durante el vuelo.
Cuando se analiza el movimiento de un cuerpo, el mismo podrá ser considerado o no como una partícula, no solamente dependiendo de su tamaño observado o de su tamaño comparado con sus desplazamientos, sino también dependiendo de las condiciones físicas del fenómeno que se estudia. A un cuerpo que es considerado como una partícula, sólo es posible estudiarle su eventual movimiento de traslación y no el de rotación, ya que sus dimensiones son despreciables. |
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Finalmente, mis atentos Steemians-Lectores, hemos podido darnos cuenta que una partícula no es únicamente un cuerpo que es realmente muy pequeño, sino que existen otras condiciones bajo las cuales un cuerpo puede ser considerado como una partícula, no importando su tamaño. Las partículas pueden ser muy pequeñas o muy grandes. Su pequeñez no garantiza que un cuerpo pueda modelarse por una partícula; un gran tamaño no siempre impide que el cuerpo se pueda modelar mediante una partícula. El que un cuerpo sea grande o pequeño está relacionado con la longitud del camino que sigue, con la separación entre los cuerpos o con ambas cosas.
CONCLUSION
En base a todo lo anterior les puedo establecer la siguiente definición de partícula en Mecánica Clásica:
En la Mecánica Clásica una Partícula es todo cuerpo material grande o pequeño, cuyas dimensiones son despreciables para las condiciones específicas del estudio de un determinado fenómeno en el que éste esté involucrado, debido a que: dichas dimensiones son pequeñas con respecto a la longitud de sus desplazamientos, son pequeñas con respecto a su distancia o tamaño con respecto a otros cuerpos presentes en el fenómeno, son pequeñas porque es observado desde una gran distancia y porque no es importante su eventual movimiento de rotación comparado a otros de sus movimientos, su estructura y movimientos internos. |
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Sir Isaac Newton (1643–1727), en su su muy famosa obra científica titulada Philosophiae Naturalis Principia Mathematical (1687), introdujo la abstracción de partícula puntual como base para el entendimiento de la evolución temporal del universo material, siendo una idealización para un sistema físico cerrado de masa constante y dimensiones despreciables, lo cual permite ignorar sus probablemente muy complicadas fuerzas internas. La partícula Newtoniana es el ejemplo prototipo de una hipótesis de simplificación, la cual muy a menudo son esenciales para el progreso científico.
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¿Qué tan buena es la representación de un cuerpo como una partícula? Esto sólo puede determinarse cuando consideramos una representación más complicada del cuerpo y podemos estimar los efectos debido a las características despreciadas en su tratamiento como partícula.
A esta altura, estimados Steemians y comunidad de #stem-espanol, debe hacerse notar que las partículas en la Mecánica Clásica no son electrones, nucleones, átomos o moléculas. El movimiento de tales cuerpos va más allá del alcance de la Mecánica Clásica. Las partículas de la Mecánica Clásica son, en general, de mayor tamaño comparado con el de los cuerpos antes mencionados.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA Y RECOMENDADA
Para la elaboración del este post consulté 32 textos universitarios de distintos niveles en el área, los cuales muestro en la siguiente lista indicando la página consultada:
Nolting, W. THEORETICAL PHYSICS 1 - CLASSICAL MECHANICS. Springer International Publishing, Switzerland, 2016. Página 85.
Walker, J. HALLIDAY & RESNICK - FUNDAMENTALS OF PHYSICS. John Wiley & Sons, Inc., 10th edition, 2014. Página 14.
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Chow, T. L. CLASSICAL MECHANICS. CRC Press - Taylor & Francis Group, LLC, 2nd edition, 2013. Página 1.
McCall, M. W. CLASSICAL MECHANICS - FROM NEWTON TO EINSTEIN: A MODERN INTRODUCTION. John Wiley & Sons, Ltd., 2nd edition, 2011. Página 16.
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Love, A. E. H. . THEORETICAL MECHANICS. Cambridge University Press, 3th edition, 1921. Página 2.
Estimados Steemians-Lectores y comunidad de #stem-espanol, espero que la anterior información les sea de mucha utilidad, quedándoles claro ahora lo que es una partícula en la Mecánica Clásica. Este post constituirá una sección del capítulo 2 (Mecánica Newtoniana de una Partícula) de mi texto Introducción a la Mecánica Clásica (se puede descargar un borrador desde mi web http://www.cmc.org.ve/tsweb). Si tienen preguntas no duden en hacérmelas llegar pues, con mucho gusto, les atenderé. Igualmente, si tienen detalles que puedan nutrir o mejorar la anterior información, por favor, háganmelas saber. Hasta mi próximo post ¡Saludos a todos! 😁.
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Excelente tema amigo, leyendo el post me acordé en la universidad cuando veía mecánica 1 una de la materias mas bonita que he estudiado te felicito
Muchas gracias por tu comentario y apoyo @gerardoalfred. Así es, la Mecánica Clásica es un área de la Física bien interesante. Ya te estoy siguiendo, sígueme si es de tu agrado. Saludos.
Saludos @tsoldovieri. Excelente exposicion de un concepto ampliamente utilizado en mecanica y electromagnetismo. Mis felicitaciones.
Gracias mi hermano y colega @lorenzor. Así es, es ampliamente usado y por esto hay que tenerlo bien claro. Saludos.
Mi estimado y querido hermano perijanero @tsoldovieri, felicitaciones por la calidad y presentación del post. Muy completa y didáctica discusión del concepto de partícula. ¡Saludos!
Muchísimas gracias por tu constante apoyo mi perijanero hermano @hugobohor.
¡Saludos!
Votdo!!! Gracias mi estimadisimo Colega, siempre dando la pauta con sus post llenos de calidad aunados a una excelente presentación. Saludos
Gracias por los académicos piropos y por su constante apoyo mi muy hermosa colega @emily61. Siempre tratando de mejorar.
¡Saludos! 😁
Excelente trabajo amigo @tsoldovieri, con un contenido de fácil comprensión. ¡Felicitaciones!. Saludos.
Buen material. Al respecto, desde hace tiempo que Yo dejé de usar esa palabra "partícula" en mis clases ó notas... prefiero usar "objeto", "cuerpo". La uso más en los cursos de Cuántica...
Exitos "particulares"...
Muchísimas gracias por su comentario y apoyo mi hermano y colega @jfermin70.
¡Saludos "particulares" !
Excelente post @tsoldovieri, de mucha importancia para afianzar conceptos de esta maravillosa ciencia como lo es la Física, y desarrollar un sentido crítico hacia los mismos, en este caso el concepto de partícula. Gracias por compartir tus conocimientos. Muchos éxitos estimado @tsoldovieri. Saludos!!!
Muchísimas gracias por tu comentario y apoyo amigo @eliaschess333. Si, hay muchísimos detalles que uno suele dar por hechos o por entendidos, pero algunas veces hay que revisarlos para entenderlos a detalle. Saludos.
Muy bueno como desarrollaste el tema, aunque no se mucho de mecánica, se me hizo fácil entenderlo con el ejemplo que mostraste, me quedo muy claro lo que es una Particula., esta info esta genial. saludos
Me alegra que te haya servido para entender la definición de una partícula. Muchas gracias por tu comentario y apoyo amiga @osita21. Saludos.