La Física de Aristóteles

El modelo aristotélico tiene una gran importancia en el desarrollo del pensamiento humano, no solo porque permaneció largo tiempo como paradigma o forma de entender el mundo sino porque sin conocerlo no puede entenderse el proceso de cambio de paradigma iniciado por Copérnico. Por estas razones vamos a describir la cosmología aristotélica con una cierta extensión.

Parte de su importancia radica en que fue el primer modelo científico con que contó la humanidad. Su atractivo se basaba en su coherencia y en la capacidad de explicar los fenómenos observados.

La Iglesia Católica lo aceptó a partir del siglo XII y el proceso de sustituir el modelo aristotélico por el de la mecánica clásica fue tan difícil, complicado y violento que recibió el nombre de Revolución Científica.

La cosmología de Aristóteles se puede enunciar, de una manera resumida, en la forma siguiente:

-El centro del universo coincide con el centro de la Tierra.

-El universo se divide en dos partes bien diferenciadas que están separadas por la esfera de la Luna. Ambas partes están constituidas por elementos diferentes, es decir, por diferentes tipos de átomos, y se comportan de acuerdo a leyes distintas.

-La Tierra, situada por debajo de la esfera de la Luna, esta constituida por cuatro elementos o esencias que, debidamente combinados, formaban todas las substancias materiales que en ella se hallan.

Estos elementos son los cuatro elementos de Empédocles: la tierra, el agua, el aire y el fuego. En el universo sublunar cada elemento tiene un lugar natural, donde le corresponde estar. El lugar natural del elemento tierra es una esfera cuyo centro coincide con el centro del universo (y por lo tanto con el de la Tierra). En torno a esta esfera se encuentra el lugar que le corresponde al agua. Sobre el agua se sitúa el lugar natural destinado al aire y sobre éste el sitio reservado al fuego. Todos los espacios naturales de estos elementos están separados por una superficie esférica. El hecho de que en el universo sublunar existiera un cierto desorden era causado por los efectos de arrastre que producía la esfera de la Luna en su movimiento.

Un objeto abandonado a sí mismo sentirá una fuerza que lo llevará al sector esférico correspondiente, de manera que permanezca en el sitio que la naturaleza le tiene asignado. Esto explica, por ejemplo, el hecho de que las burbujas que se puedan formar en el fondo de un estanque intenten atravesar la corona circular del agua y se dirija hacia su propio lugar natural, el aire. En cambio una piedra (tierra) que dejemos caer en el aire atravesará las esferas del aire y del agua y solo parará cuando llegue al lugar que le corresponde: a la esfera de tierra.

Algunos cuerpos, como la madera o el corcho, están formados de tal manera que una parte de sus elementos constituyentes son de tierra y otra parte de aire. Si la cantidad de tierra es mayor que la de aire el cuerpo se hundirá si lo colocamos en la superficie de un estanque, pero lo hará más lentamente que si fuese solamente de tierra. Por el contrario, si la cantidad de aire es mayor que la de tierra el cuerpo flotará, ya que la tendencia a dirigirse a la esfera de aire es superior a la de descender a la esfera de tierra. Como puede verse, la parte de aire y tierra que constituyen un cuerpo equivale de una manera bastante aproximada a lo que es nuestro concepto de densidad, por lo cual se entiende que el modelo aristotélico fuese de utilidad incluso para cálculos prácticos de flotación y peso específico.

El humo, en este modelo, estaba compuesto por agua, aire y fuego, por lo cual «huía» de la esfera del agua hacia la esfera del aire y si la cantidad de fuego era suficientemente elevada, incluso atravesaría la esfera del aire para dirigirse a la de fuego. Pero si perdía algo de fuego en su camino ascendente, se enfriaría y quedaría en equilibrio o descendería de nuevo a la superficie de la Tierra.

De igual manera se podía explicar el mecanismo de formación de las nubes. El fuego que desprende el Sol llega a la Tierra e incide sobre la superficie del mar, se mezcla con el agua y forma vapor de agua. Este vapor de agua, compuesto por agua con tendencia a permanecer en el mar y fuego, con tendencia a subir más allá de la esfera del aire, asciende y forma las nubes. Cuando una corriente de aire frío arrebata al vapor de agua su fuego, el agua resultante cae en forma de lluvia.

De acuerdo con la física de Aristóteles los cuerpos están sujetos a movimientos naturales, que se producen como resultado de la tendencia de que están animados los átomos que los forman a dirigirse a su esfera correspondiente. Estos movimientos son rectilíneos y la velocidad con que los cuerpos van a su esfera es proporcional a la diferencia entre el número de átomos que poseen de las esferas que se encuentran por debajo de ellos y el número de átomos que poseen de las esferas que se encuentran por encima de ellos.

Según esta teoría una bala de cañón que pese 20 kilos caerá hacia la Tierra con una velocidad dos veces mayor que una bala de 10 kilos. Esta predicción fue la que Galileo demostró ser falsa en sus famosos experimentos de la Torre de Pisa, dejando caer bolas de metal de diferentes tamaños y comprobando, delante de sus estudiantes, que llegaban al suelo al mismo tiempo.

Además de los movimientos naturales, en la física de Aristóteles también se consideran movimientos forzados, aquellos que van en contra de la tendencia natural de los cuerpos a permanecer o dirigirse a su esfera correspondiente. Estos movimientos forzados o violentos se producen como resultado de la acción de alguna fuerza que se les aplica; y la velocidad con que los llevan a cabo es proporcional, de acuerdo con Aristóteles, a la fuerza que se les aplica y tanto menores cuanto mayor es su masa. En notación moderna: velocidad = fuerza/masa
o, lo que es lo mismo
fuerza = masa x velocidad

Este comportamiento es, como se demostró a su debido tiempo, contrario al resultado experimental, pero para descubrirlo fueron necesarios complicados procesos de medida, por lo que se mantuvo vigente casi veinte siglos.

Pero en este modelo solo son posibles estos dos movimientos, o naturales o forzados. De esta manera no se explican la gran mayoría de los movimientos, es decir, aquellos que se producen como resultado de un impulso inicial, como el movimiento de una flecha o una lanza. En este tipo de movimientos se aplica una fuerza a la flecha durante un tiempo corto, tras el cual la flecha recorre un espacio considerable sin estar animada, aparentemente, por ningún tipo de fuerza, contrariamente a lo estipulado por la teoría.

Para explicar este tipo de movimiento Aristóteles tuvo que idear la teoría del horror al vacío, teoría que perduraría hasta que Torricelli demostró su falsedad, poco después de la muerte de Galileo.

Según Aristóteles, cuando se lanza una flecha, esta adquiere su movimiento inicial cuando está en contacto con la cuerda. Inmediatamente después de que la cuerda cesa de empujar a la flecha, esta avanza un cierto espacio. El espacio que deja detrás de ella queda vacío, y como consecuencia del horror al vacío el aire acude veloz a ocupar dicho espacio empujando la flecha y provocando su movimiento.

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