Inercia

A inercia é unha propiedade física fundamental da materia que describe a súa resistencia a cambios no movemento. Segundo a Teoría da relatividade, a enerxía tamén exhibe inercia, xa que materia e enerxía son equivalentes. Se un corpo non está sometido á acción de forzas ou está sometido a un conxunto de forzas con resultante nula, este corpo non experimenta un cambio de velocidade. Isto significa que, se está parado, permanece parado, e se está en movemento, continúa en liña recta cunha velocidade constante. Este principio, formulado primeiro por Galileo e posteriormente confirmado por Newton, coñécese como o primeiro principio da dinámica (1ª lei de Newton) ou principio de inercia.

Gráfico que ilustra a Primeira lei de Newton. Aínda que o concepto de inercia é fundamental na mecánica clásica, a súa interpretación na mecánica cuántica é máis complexa, xa que as partículas subatómicas non seguen as mesmas leis de movemento que os obxectos macroscópicos.

O principio de inercia pódese observar no movemento dun autobús: cando parte de repouso, os pasaxeiros tenden a retroceder, e cando frea, tenden a avanzar. Tamén se observa cando unha pelota roda por unha superficie lisa e só se detén debido á fricción.

A inercia está directamente relacionada coa masa dos corpos:^[1]

• Os corpos cunha masa elevada teñen maior inercia.
• Os corpos cunha masa pequena teñen menor inercia. Por exemplo, é máis difícil empurrar un coche ca unha bicicleta debido á diferenza nas súas masas.

O concepto de inercia tivo un importante precursor na Idade Media coa teoría do ímpeto do filósofo Jean Buridan.

Noutras palabras, a inercia é a resistencia que todos os corpos materiais ofrecen á modificación do seu estado de movemento ou repouso. Dende as ideas de Aristóteles ás teorías de Einstein, o concepto de inercia transformouse profundamente, converténdose nun piar fundamental da física. Hoxe, segue a ser esencial para entender tanto o movemento dos astros e os corpos macroscópicos, aínda que non explica totalmente como o comportamento das partículas subatómicas.^[2]

Orixe da inercia

Non existe unha única teoría aceptada que explique a orixe da inercia. Diferentes propostas, como a de Ernst Mach (principio de Mach), ou hipóteses de Albert Einstein, Dennis Sciama e Bernard Haisch, foron obxecto de debate. Outros enfoques máis recentes inclúen os traballos de Emil Marinchev (2002) e Vesselin Petkov (2009). Outra hipótese, suxerida polo físico sueco-estadounidense Johan Masreliez nun estudo de 2006, propón que a inercia podería explicarse mediante modificacións nos coeficientes métricos do espazo-tempo en resposta á aceleración, modeladas a través de factores de escala derivados do Factor de Lorentz.

Historia e desenvolvemento do concepto

O movemento segundo Aristóteles

Antes do Renacemento, a teoría máis aceptada na filosofía occidental sobre o movemento baseábase nas ideas de Aristóteles, quen sostivo que un corpo só podía continuar en movemento se existía unha forza motriz que o impulsase.^[3] Segundo esta visión, un proxectil en movemento era impulsado polo medio circundante, como o ar,^[4] e un movemento tan violento no baleiro sería imposible.^[5]

Esta interpretación foi cuestionada por varios pensadores ao longo de case dous milenios. Lucrecio (seguindo, presuntamente, a Epicuro) afirmou que o "estado por defecto" da materia era o movemento, non a estaticidade.^[6]

No século XI, Xoán Filopono argumentou que o movemento podería manterse sen a acción do medio, por algunha propiedade conferida ao obxecto cando se poñía en movemento.^[7][8][9] Esta visión foi fortemente contestada por Averroes e por moitos filósofos escolásticos que apoiaron a Aristóteles. Non obstante, no mundo islámico, Filopono tivo tamén partidarios que desenvolveron as súas ideas. No mesmo século XI, o polímata persa Ibn Sina (Avicena) afirmou que un proxectil no baleiro non pararía a menos que houbese acción.^[10]

Teoría do ímpeto

No século XIV, Jean Buridan desenvolveu a teoría do ímpeto, segundo a cal un obxecto en movemento conserva unha propiedade chamada ímpeto até que unha forza externa o disipa. A idea foi de Buridan foi elaborada posteriormente por Giambattista Benedetti, quen argumentou que o movemento natural dun obxecto non era necesariamente circular, como afirmaban Aristóteles e a escola peripatética, senón rectilíneo.^[11]

A idea do ímpeto influíu en pensadores posteriores como Isaac Beeckman^[12] (primeiro físico que rompeu completamente co modelo aristotélico, en 1614) e Descartes, que propuxeron a existencia dun principio de conservación do movemento.^[13]

Galileo Galilei

Galileo e Newton: O principio de inercia

As ideas de Beeckman, Descartes e Copérnico sobre o movemento foron refinadas e organizadas por Galileo Galilei. A través dos seus experimentos, Galileo demostrou que un obxecto en movemento continuaría movéndose indefinidamente se non houber forzas que o detivesen, como a fricción do ar.^[14][15] Galileo pensaba que os corpos en movemento seguirían traxectorias circulares arredor da Terra se non existise ningunha forza que os alterase. A esta idea chámaselle "inercia circular", xa que asumía que o movemento natural dun corpo sen influencias externas sería un círculo. Isaac Newton reformularía este concepto e establecería a idea de "inercia rectilínea", é dicir, que un corpo seguirá movéndose en liña recta a menos que unha forza o faga cambiar de dirección.^[16][17]

Segundo Galileo, un barco que recibise un impulso sobre un mar en calma seguiría movéndose arredor do planeta sen deter a súa marcha. Esta idea levou a Galileo a unha conclusión fundamental en 1632: se non hai un punto de referencia externo, non podemos distinguir entre un obxecto en movemento e un en repouso.^[18] Este principio esencial, xunto coa transformación de Galileo —que describía como as velocidades se suman e restan dependendo do marco de referencia— inspirou a Einstein no desenvolvemento da súa teoría da relatividade especial.

Os conceptos de Galileo foron refinados, modificados e codificados por Newton como a primeira das súas Leis do movemento (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, 1687):

"Todo corpo persevera no seu estado de repouso ou de movemento uniforme en liña recta, a non ser que se vexa obrigado a cambiar ese estado polas forzas impresas nel".[19]

Desde a súa publicación, esta lei converteuse nun dos fundamentos da mecánica clásica.

O termo "inercia" foi introducido por primeira vez por Johannes Kepler no seu Epítome da astronomía de Copérnico (1617 a 1621); porén, o significado de Kepler do termo (derivado da palabra latina para "preguiza") non era o mesmo que a interpretación moderna. Kepler definiu a inercia só en termos de resistencia ao movemento, seguindo a suposición de que o descanso era un estado natural.

Relatividade

A relatividade especial de Albert Einstein (1905) incorporou os principios da inercia na súa teoría dos marcos de referencia inerciais.^[20] Esta teoría revolucionou o significado de moitos conceptos físicos, como a masa, a enerxía e a distancia. O concepto newtoniano de inercia implicaba que o principio de relatividade só se podía aplicar aos marcos de referencia inerciais. Para abordar esta limitación, Einstein desenvolveu a súa teoría da relatividade xeral (1916), que introduciu un marco teórico que incluía marcos de referencia non inerciais (acelerados).^[21]

Na teoría da relatividade, a inercia segue sendo unha propiedade fundamental, pero intégrase nun marco máis amplo que inclúe a curvatura do espazo-tempo e a equivalencia entre masa e enerxía. Segundo esta teoría, un corpo en caída libre non experimenta unha forza, senón que segue unha xeodésica no espazo-tempo curvado (é dicir, no modelo de Einstein, a gravidade non se interpreta como unha forza tradicional, senón como unha manifestación da curvatura do espazo-tempo).