¿Cómo descubrió Newton su tercera ley del movimiento?

Question

¿Cómo descubrió Newton su tercera ley ? ¿Fue su hallazgo original o fue una reafirmación del de otro, como la primera ley de Galileo? ¿Qué inició el concepto de lo que hoy se conoce como la tercera ley de Newton?

Answer 1

Introducción

He restaurado el título original para mostrar lo interesante que es que un estudiante no británico (18 años en ese momento) puede estar más informado que un Británico licenciado en física. Publicó este comentario:

_"La cuestión ante esto debe ser si era su original o algo así como su 1ª ley, que era una reafirmación de la hallazgos experimentales de Galileo". - Rijul Gupta 26 octubre '13 Luego editó el título y el texto del OP añadiendo: "¿Fue su hallazgo original o fue una reafirmación de alguien de otro, como la primera ley de Galileo?"_

Esto puede parecer un detalle trivial en una respuesta, pero es muy importante aquí: él sabe que primera ley no era del propio Newton (esto es en algún momento reconocido, sin embargo), pero expresa sus dudas de que también tercera ley podría no ser su propio hallazgo, mientras que un académico estadounidense se muestra escéptico: "...no sé si hay alguna prueba de que los conociera de antemano". - Ben Crowell

La verdad histórica está ahí, registrada en documentos accesibles y textos originales, si uno quiere buscarla y está dispuesto a aceptarla, aunque pueda resultar chocante para los ojos ingleses. Presentaré los documentos originales, los lectores pueden sacar sus conclusiones.

Los hechos históricos

• Christiaan Huygens [wiki (1)] era un buenazo, noble hombre generoso, hijo de un diplomático que fue consejero de la Casa de Orange. Tardó en publicar sus resultados y descubrimientos, en los primeros tiempos su mentor , el matemático Frans van Schooten fue cauteloso por el bien de su reputación (1), esto tuvo la deplorable consecuencia de que sus ideas que ingenuamente comunicaba a sus contemporáneos fueran plagiadas. Era demasiado manso, se quejaba sólo a los amigos (incluso a su patente fue violado en Egland, Francia, etc.) y, por tanto, sus grandes méritos científicos están hasta la fecha infravalorados: encontró la verdadera ley detrás de ' la conservación del momento ', descubrió la fórmula de energía cinética El conservación de KE en colisiones elásticas, sugirió el término 'vis viva ' a Leibniz y le enseñó matemáticas y le ayudó a desarrollar el "cálculo", aunque él nunca creyó en su utilidad.

• durante el años 1650 - 1666 [Enc. (2)] vivía en su casa, excepto en tres viajes a París y Londres: una asignación suministrada por su padre le permitía dedicarse por completo al estudio de la naturaleza

• entre los años 1652-54, según sus propias declaraciones, desarrolló la teoría de las colisiones en su obra (en latín): "De motu corporum ex percussione" (Traducción al inglés: Revistas de Chicago ), no hay pruebas de ello, aunque : "... hay numerosos indicios de que Huygens había establecido todas las proposiciones y sus pruebas a más tardar en 1656 (véase el Avertissement en Oeuvres, Vol. XVI, pp. 3-14, para las pruebas) (3, p. 574)

• en 1661 ya era famoso: en el 55 había descubierto el satélite de Saturno (2), en el 56 había inventado el reloj de péndulo y en el 57 había escrito su tratado sobre teoría de la probabilidad (1) . Fue a París para conocer a Pascal como " Dos años antes le habían hablado de los recientes trabajos en este campo de Fermat, Blaise Pascal y Girard Desargues" (1).

• en mayo de ese año estuvo en Londres " " para observar el tránsito del planeta Mercurio sobre el Sol, utilizando el telescopio de Richard Reeve en Londres, junto con el astrónomo Thomas Streete y el propio Reeve " (1). También " asistió a reuniones en el Gresham College y conoció a Moray, Wallis y Oldenburg " (2). Les habló de sus descubrimientos y, en particular, de la teoría de las colisiones". Los académicos de Gresham habían formado recientemente el Real Sociedad Henry Oldenburg (4) era " ...uno de los principales intelligencers de Europa del siglo XVII, con una red de corresponsales En la fundación de la Royal Society asumió la tarea de la correspondencia extranjera, como primer secretario" Fue el personaje turbio (pronto encarcelado como sospechoso de espionaje) que reclutó a científicos de toda Europa, tratando de seducirlos con una promesa " se asegurarían una fama imperecedera gracias a la conservación de sus resultados en los archivos de la RS " y para convencerles de que podían estar seguros "de que la divulgación de información antes de la publicación no perjudicaría sus descubrimientos" y que en RS cada uno está seguro de lo que le corresponde" (5) p.53, passim]

• la Real Sociedad, es notorio, cuando Newton fue miembro "...en 1699 acusó a Leibniz de plagio. La disputa estalló entonces con toda su fuerza en 1711, cuando la Royal Society proclamó en un estudio que era Newton el verdadero descubridor y etiquetó Leibniz un fraude . Este estudio se puso en duda cuando más tarde se descubrió que El propio Newton escribió las observaciones finales del estudio sobre Leibniz"

• en (junio-septiembre) 1663 " Huygens fue nombrado miembro de la Sociedad " (2), y fue invitado a Londres para ilustrar sus descubrimientos, en particular sobre la teoría de las colisiones

• en 1668 fue invitado por la Sociedad a publicar sus hallazgos sobre las colisiones en el Transacciones filosóficas de la Royal Society : "Presentó los teoremas más importantes a la Royal Society en 1668, simultáneamente con los estudios de Wren y Wallis" (5 p.543). El Reglas del movimiento de estos dos, copiados del trabajo de Huygens, fueron publicados mientras su trabajo original no era . De esta manera deshonesta la Sociedad aseguró la primacía de la teoría a los autores ingleses y a Newton (por supuesto, no puede ignorarlo del todo) siempre puede citar : "In theoria Wrenni & Hugenii ", "junto con la tercera Ley, Sir Christ. Wren, el Dr. Wallis y Mr. Huygens ", ".. el Dr. Wallis, de hecho, fue algo más temprano en la publicación; luego siguió Sir Christopher Wren, y, por último, Mr. Huygens "

• Huygens se entristeció " ...y expresó públicamente su enfado por verse perjudicado al no publicarse sus resultados (en PT) al mismo tiempo que los de la parte contraria" [5, p. 53]

• en marzo de 1669, no habiendo tenido satisfacción, publicó su trabajo en francés en el Diario de los sçavans

• inmediatamente después, su artículo original en latín se publicó en el PT de la RS

• en 1670, al año siguiente, Huygens ya había olvidado su ira y "... gravemente enfermo, eligió a Francis Vernon para llevar a cabo una donación de sus papeles a la Royal Society de Londres, en caso de que falleciera. " (1). Si estos informes históricos son ciertos, en 1671 (la RS y) Newton estaba en posesión de las demostraciones completas relativas a la teoría de las colisiones (de Huygens y Mariotte): en 1669 Newton ya había sido nombrado profesor lucano.

• en 1670 Edme Mariotte había anunciado su intención de componer una gran obra sobre el impacto de los cuerpos. Terminada y leída en la Academia en 1671, fue publicada en 1673 como Traité de la percussion ou choc des corps. El primer tratamiento completo de las leyes del impacto inelástico y elástico y de su aplicación a diversos problemas físicos". Para verificar sus suposiciones, utilizó " un aparato experimental consistente en dos péndulos simples de igual longitud, cuyas bobinas reemplazables (los cuerpos impactantes) se encuentran en el punto muerto" . Aquí encontramos al verdadero inventor del "Newton "cuna . Newton cita los experimentos de Wrenn y el libro de Mariotte: ".*.veritas comprobata est a Wrenno ...quod etiam Clarissimus Mariottus libro integro exponere mox dignatus est**" (p. 37), pero nunca el de Huygens. Newton afirma que Mariotte acababa de divulgar los hallazgos del arquitecto británico: ".. Wren confirmó la verdad de la cosa ante la Royal Society mediante el experimento de los péndulos, que el señor Mariotte creyó conveniente explicar poco después en un tratado enteramente sobre ese tema." (p.90)

• A Huygens seguramente le entristeció que Mariotte no le citara como fuente, pero no respondió ( el silencio de los corderos ) su naturaleza era tan mansa que sólo " diecisiete años más tarde, en 1690, cuando Mariotte había muerto, Huygens respondió a este desaire (véase más adelante) acusando a Mariotte de plagio. "Mariotte lo tomó todo de mí", protestó en un esbozo de introducción a un tratado sobre el impacto nunca terminado" (ibidem, se puede leer sobre el "desaire"):

Es evidente que conocía los trabajos de Wallis, Wren y Huygens publicados en las Philosophical Transactions of the Royal Society en 1668; y hay suficientes similitudes sorprendentes entre el tratado de Mariotte y el trabajo de Huygens, entonces inédito, sobre el impacto (De motu corporum ex percussione, en Oeuvres, XVI) para sugerir que conocía el contenido de esta última, quizás verbalmente por el propio Huygens * Ciertamente, sus colegas de la Academia reconocieron la deuda de Mariotte con otros, al tiempo que elogiaron la claridad de su exposición. Sin embargo, sólo el nombre de Galileo aparece en el tratado; La de Huygens, en particular, brilla por su ausencia.

• Desde la primera reunión en 1661, el grupo de la RS había intentado comprender el significado profundo de la "conservación del momento" e incluso después de que Huygens enviara su documento en 1668 con la lista completa de las reglas no fueron capaces de interpretarlas. " En una carta del 4 de febrero de 1669 (un mes antes de la publicación retrasada en la RPRS de su trabajo presentado) Oldenburg "suplicó encarecidamente" a Huygens que publicara su teoría, pero la respuesta ignoró el punto. El propio Huygens explica su negativa a publicar. " (3, p. 575) La razón no era, como podría imaginarse, que no quisiera revelar la teoría, sino porque quería llegar al fondo ( penitus ), al nivel metafísico: "se preocupó por determinar la esencia y la verdadera causa del movimiento y las fuerzas" (ibidem). Mencionó el verdadero principio una vez, pero nunca lo escribió.
• de 1669 a 1687 Newton intentó durante 18 años más averiguar la verdadera esencia/ley del movimiento, pero carecía de la visión metafísica de Huygens Intentó ser original (como había hecho con la primera ley ) y produjo una 3ª ley que está parcialmente en contraste con sus propias leyes. (esto será discutido en otra respuesta, para separar los hechos de las opiniones)

conclusiones

Así es como Newton encontró la tercera ley. ¿Hay suficientes pruebas de que los conocía de antemano? ?, dejaré la respuesta a los lectores, ya que este post es impopular tal y como está. Ciertamente, si uno decide que

• La tercera ley es la de Huygens ', teniendo en cuenta que
• La primera ley es la de Galileo y
• El segundo es Leibniz/Coriolis '
• de la gravedad inversa ley del cuadrado es Hooke 's (universalmente reconocida, incluso la de Newton agiógrafos, p.152 afirmar la paternidad de Hooke), y que
• el cálculo es probablemente Leibniz ', uno de los mayores mitos urbanos recibiría un duro golpe. ¿Está la física preparada para aceptar la verdad histórica?

Answer 2

La tercera ley establece que a toda acción (fuerza) corresponde una reacción igual y opuesta.

Según "The historical context of Newton's Third Law and the teaching of mechanics" (El contexto histórico de la tercera ley de Newton y la enseñanza de la mecánica), de Colin Gauld, Research in Science Education 1993, volumen 23, número 1, pp 95-103:

Newton se refirió a las investigaciones realizadas por Wren, Wallis, Huygens y Mariotte sobre "las reglas del congreso y de la reflexión de los cuerpos duros", utilizando péndulos, y describió sus propios experimentos con lana comprimida y bolas de acero, corcho y vidrio. Concluyó que "la tercera ley, en lo que se refiere a las percusiones y a los reflejos, queda demostrada por una teoría que concuerda con la experiencia".

Answer 3

Recientemente he investigado la historia de las leyes de Kepler y su diferencia con las leyes de Newton. Las diferencias objetivas que encontré son que las leyes de Kepler no implican ninguna cantidad de masa o gravedad. Además, las leyes de Kepler nacieron de observaciones empíricas según el método científico tradicional, mientras que las de Newton no.

A muchos físicos modernos les gusta señalar que las leyes de Kepler pueden derivarse de las leyes de Newton y la inferencia es que las leyes de Kepler son irrelevantes e inferiores a las leyes de Newton. Sin embargo, no es 100% correcto. Hay que suponer que las órbitas son elípticas y hay que sustituir ciertos parámetros para tener en cuenta el movimiento elíptico frente al circular. Además, he descubierto que las tres leyes básicas de Kepler son más que adecuadas, junto con el cálculo, para calcular las órbitas de los movimientos de los cuerpos celestes. Muchos astrofísicos actuales ignoran las cantidades de masa y gravedad para hacer cálculos muy precisos sobre las órbitas y los movimientos en el espacio. En otras palabras, uno puede simplemente hacer cálculos basados en las leyes de Kepler, los movimientos de la sección cónica, el tiempo, la velocidad, la posición, etc. Sin utilizar las leyes de Newton, la masa o la gravedad.

Además, es importante señalar que las leyes de Kepler fueron las primeras, y nacieron de datos puramente empíricos sobre los movimientos observados de los planetas. De hecho, las leyes de Newton eran conocidas por Gauss, pero éste fue incapaz de utilizarlas, o de hacer uso de las cantidades de masa o de gravedad cuando resolvió el dificilísimo problema matemático de determinar la órbita de Ceres a principios de 1800. Gauss fue pionero en el uso del cálculo en física al resolver el problema de la órbita de Ceres. Es notable que el tipo de física newtoniana que se obliga a aprender a los estudiantes hoy en día es diferente a la que a veces es más útil o práctica para resolver problemas reales de física y astrofísica.

Las leyes de Newton aparecieron muchos años después de las de Kepler. Si un conjunto de leyes puede derivarse de otro, es importante y valioso, sin duda. Sin embargo, cuando las Leyes de la física de Newton necesitaban alguna verificación independiente, la gente de su tiempo lo hacía mostrando la equivalencia con las Leyes de Kepler. Lo hacían porque las Leyes de Kepler ya estaban establecidas y habían sido probadas con datos fiables. En otras palabras, la equivalencia con las leyes de Kepler tenía que ser citada para demostrar las leyes de Newton, y no al revés. Así que es un ejercicio poco sincero hacer que los estudiantes de física deriven las Leyes de Kepler de las de Newton. Y aún más falso es ignorar casi todo lo relacionado con las leyes de Kepler mientras se dedica tanto tiempo y atención a Newton.

La lista de problemas con la primacía de las Leyes de Newton y la autenticidad de él como creador de sus propias teorías está completamente en cuestión. Es un problema grave para los que se preocupan por la verdad en la física y los que desean aprender.

Tal vez haya llegado el momento de que esto se aborde y se corrija. Las pruebas parecen sugerir que Newton hurgó en las teorías de otras personas y fue apoyado por la Royal Society de alguna manera deshonesta para ser el único responsable de muchas teorías y leyes de las matemáticas y la física. Parece que a Newton se le atribuye incorrectamente la elegancia y la unidad de la física matemática actual. En mi reciente investigación sobre este tema llegué a la misma conclusión que señala el comentario anterior.

Mi conclusión es que el desarrollo de nuestra elegante física-matemática actual parece haber sido una creación de muchos genios diferentes a lo largo de muchas generaciones y que incluye nombres como Kepler, Huygens, Leibniz, Gauss, Hooke, Maxwell, Heaviside y muchos más. Ya no estoy seguro de que el nombre de Newton deba incluirse entre estos grandes. Parece que hay una gran cantidad de plagios y tergiversaciones sobre quiénes fueron los auténticos creadores de tantas teorías matemáticas y físicas asociadas a Newton. Por lo tanto, creo que ha llegado la hora de un juicio, examen y corrección modernos con respecto a Newton en favor de la verdad.

Answer 4

Desde el punto de vista histórico, no sé muy bien qué impulsó a Newton a escribir su tercera ley. Sin embargo, desde el punto de vista físico, no es más que un enunciado de la conservación del momento. Digamos que el objeto 1 empuja al objeto 2 con fuerza $F_{12}$ Entonces por la tercera ley el objeto 2 empuja al objeto 1 con fuerza $F_{21}=-F_{12}$ Reordenando y utilizando la segunda ley de Newton:

$F_{12}+F_{21} = \frac{d}{dt} \left ( p_1 + p_2 \right ) = 0$

Esto sólo dice que el momento total del sistema debe conservarse. Siempre que haya una simetría de traslación espacial se obtendrá alguna versión de la tercera ley de Newton.