Cuando estudiamos la física, descubrimos que entre sus múltiples ramas o campos de estudio se encuentra la mecánica clásica, que se encarga de investigar las leyes físicas y matemáticas que rigen el movimiento de los cuerpos y los sistemas de fuerzas. Su contracara es la mecánica cuántica.
¿Qué es la mecánica clásica?
La mecánica clásica es aquella que enfoca su análisis en los movimientos cuya velocidad es inferior a la que alcanza la luz, así como en las conductas macroscópicas que tienen los cuerpos móviles. La principal característica de la mecánica clásica es que interpreta al tiempo como un concepto invariante y que el universo en su totalidad es un ente reglado.
La mecánica clásica se divide o, mejor dicho, está conformada por la mecánica vectorial, devenida de los trabajos de sir Isaac Newton y sus famosas Leyes, y por la mecánica analítica, mucho más abstracta y formulativa, que nace de las investigaciones de Gottfried Leibniz.
Historia de la mecánica clásica
El siglo XVII fue clave para las investigaciones matemáticas y físicas. A raíz de los estudios sobre los movimientos planetarios de Galileo, Kepler y Tycho Brahe, se llegó a la profundidad de análisis de Isaac Newton, que dio como resultado el descubrimiento de las leyes gravitacionales así como las otras tres leyes de la física que serían más tarde complementados y darían como resultado los trabajos de Albert Einstein para elaborar las teorías de la mecánica y física cuánticas. Este tipo de teorías han creado controversias ya que los estudiosos modernos se dividen entre los que excluyen a la cuántica del campo de la mecánica clásica y los que consideran que es su máxima expresión.
Por otro lado, el término “mecánica clásica” es acuñado recién en el siglo XX, ya que hasta entonces era nombrada como “mecánica newtoniana”, por ser derivada directa de los estudios físicos y los métodos matemáticos aplicados por Newton y por Leibniz.
Ramas principales de la mecánica clásica
La mecánica clásica, hemos dicho, está dividida o compuesta por la mecánica vectorial y la mecánica analítica. Pero también existen otras formulaciones que, pese a explicar un mismo fenómeno y arribar a la misma conclusión, utilizan diferentes métodos. Veámoslas en detalle.
Mecánica vectorial
La mecánica vectorial es aquella que se deriva directamente de las leyes newtonianas y que analiza los fenómenos físicos desde un punto de vista matemático a través de la aplicación del cálculo diferencial y el integral.
Esta mecánica se utiliza para estudiar objetos posibles de ser observados y que se mueven a velocidades inferiores a la de la luz. Originalmente, fue concebida para calcular los movimientos de partículas que se movieran en relación a un campo gravitatorio.
El método de la mecánica vectorial está formado por el análisis y la síntesis de fuerzas y momentos, más precisamente la fuerza y su acción medidas por el momentum o cantidad de movimiento.
Mecánica analítica
Cuando hablamos de mecánica analítica nos referimos a la acepción matemática del vocablo “analítico”, es decir, que se trata de una formulación abstracta, lo cual le permite alejarse de los sistemas de referencia para abarcar conceptos más amplios al analizar los movimientos. Los métodos de la mecánica analítica no se circunscriben a los de la mecánica vectorial, sino que se extienden a otras ramas de la física.
Los inicios de este tipo de mecánica se remontan a los trabajos de Leibniz donde se propone el uso de magnitudes escalares como son la energía cinética y el trabajo, en lugar de la fuerza y el momentum vectoriales de Newton, para resolver problemas mecánicos.
Otras divisiones
Por otro lado, la mecánica clásica se divide en tres ramas: la estática, dinámica y cinemática.
La estática se centra en el equilibrio mecánico y la relación de éste con las fuerzas. La dinámica, por su lado, estudia al movimiento y cómo interactúa con las fuerzas que lo modifican. Por último, la cinemática solo se ocupa del movimiento sin importar sus causas.
También se puede hablar de una distinción entre mecánicas dependiendo del formalismo matemático que utilicen. En este caso, se habla de mecánica newtoniana, lagrangiana y hamiltoniana.
De la newtoniana ya hemos hablado en extenso. Por su parte, la mecánica lagrangiana es la que se basa en la reformulación que Joseph Louis Lagrange propuso basándose en las ecuaciones diferenciales de segundo orden (o ecuación Euler-Lagrange) y el principio de mínima acción. La mecánica hamiltoniana fue planteada por William Hamilton y se trata de una reformulación de carácter teórica que se basa en la funcional hamiltoniana.
Estas dos reformulaciones tienen en común que sus magnitudes están relacionadas mediante las ecuaciones diferenciales parciales que son equivalentes a las newtonianas.
Una tercera división es la que se hace de acuerdo a la región donde se aplique la mecánica. De esta forma obtenemos la mecánica celeste, que estudia los cuerpos astronómicos; la mecánica continua, que se ocupa de los gases, líquidos y sólidos continuos; la mecánica relativista, que engloba la mecánica especial y la mecánica general, y se utiliza para los objetos que se mueven casi a la velocidad de la luz; y, por último, la mecánica estadística, que brinda la posibilidad de relacionar las propiedades termodinámicas o macroscópicas de los objetos con las características microscópicas de las moléculas o átomos que los componen.
