HISTORIA DE LA MECANICA
Los filósofos griegos, y Aristóteles particularmente, fueron los primeros en
proponer que hay principios abstractos que gobiernan la naturaleza. Aristóteles discutió, en su documento Sobre los cielos, que cada
cuerpo que tenga pesadez tiende a bajar a su lugar natural. De esto él
concluyó incorrectamente que un objeto más pesado que
otro bajaría dos veces a la tierra de la misma distancia por la mitad el
tiempo. Aristóteles creía en la lógica sobre la
experimentación y por lo que no fue hasta más de mil años después de que los
experimentos fueron desarrollados para probar y refutar las leyes de la
mecánica. Sin embargo, en su obra el cielo, hizo una
distinción entre el 'movimiento natural' y 'movimiento
forzado'. Se llegó a la conclusión de que en el vacío, no hay
ninguna razón para que un cuerpo que se mueve naturalmente a un punto más que
cualquier otro, y así un cuerpo en el vacío, o bien permanecerá en reposo o se
mueven de forma indefinida si se pone en movimiento. Así que
Aristóteles fue realmente el primero en desarrollar la ley de la inercia.
Sin embargo, cuando un objeto no está en un vacío, se
cree que un objeto que deja de moverse, una vez se retiraron las fuerzas
aplicadas. Los aristotélicos desarrollaron elaboradas explicaciones de por qué
una flecha continuó volando por el aire una vez que dejó el arco - por ejemplo,
se propuso que la flecha creó un vacío detrás de ella
en la que el aire se precipitó, proporcionando una fuerza en la partetrasera de
la flecha. Las creencias de Aristóteles se basa en el hecho
de que los cielos eran perfectos y tenían leyes diferentes de las de la Tierra.
El método científico experimental, se introdujo en la mecánica en el siglo 11
por Al-Biruni, que junto con al-Khazini en el siglo 12, estática y dinámica
unificado en la ciencia de la mecánica, y se combinan los campos de la
hidrostática con la dinámica para crear el campo de la hidrodinámica. Las
primeras teorías aún son incompletos relativos a la mecánica se descubrieron
también en varios otros físicos musulmanes durante la
Edad Media. La ley de la inercia, conocida como ley de Newton del primer
movimiento, y el concepto del ímpetu, parte de la ley de Newton del segundo del
movimiento, fue descubierta por el al-Haytham (Alhacen) y Avicenna. La
proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración, un principio importante en
mecánicos clásicos fue descubierta por Ja'far Muhammad ibn MÅ«sA ibn ShAkir, Ibn al-Haytham, y al-Khazini, se sabe que Galileo
Galilei; trato matemáticamente la aceleración y su concepto de ímpetu crecieron
fuera del análisis musulmanes medievales anteriores del movimiento,
especialmente de los de Avicenna y de Ibn Bajjah
desarrollo de la mecanica
Edad antigua
Este autor comparte el mismo criterio de Stadelman (3) al considerar que las
mayores conquistas en el terreno de la ciencia, la técnica y del arte de la
humanidad, desde el descubrimiento de la escritura hasta los avances
de la Medicina, tuvieron lugaren el primer milenio antes de nuestra era. Conquistas que se fueron perfeccionando y tomando cuerpo
científico, en la medida que se fue profundizando, argumentando e incorporando
la praxisa ésta.
De la antigüedad existieron obras arquitectónicas e ingenios para poder construir
las mismas para levantar, transportar y acarrear…,
esos colosales bloques de piedra que la conformaron. Obras que son consideradas
maravillas del
intelecto humano (ver las siete maravillas del mundo antiguo) y de las cuales, en la
actualidad, dan fe de ellas las pirámides de Egipto, en específico las de
Gizeh (2550 a. C.) y más antigua aún, la escalonada de Djoser (2700 a. C.) (3)
Aunque las ideas sobre el mundo físico se remontan a la antigüedad, la Física
no surgió como un campo de estudio
bien definido hasta principios del siglo XIX
(5), pero siempre sus principios estuvieron presentes en la praxis del quehacer científico
de aquella época. De aquí que para poder llevar a cabo el diseño
y construcción de estas colosales obras, los ingenieros de aquel
entonces tuvieron que estudiar nuevas técnicas de construcción, nuevos
materiales, emplear nuevas máquinas y herramientas a partir del
principio ensayo-error.
Evidencias arqueológicas y estudios realizados por egiptólogos y hombres de
ciencia, en general, dan fe de que los ingenieros y arquitectos de aquella
época, entre los más connotados: Imhoterp, ministro y arquitecto del rey Djoser
(2630-2611 a. C), se valía mucho de planos
o proyectos ingenierilespara poder llevar a cabo la construcción de
estas monumentales obras.
Varios siglos después, Arquímedes (287-212 a.C.), notable matemático
e inventor griego, que escribió importantes obras
sobre geometría plana y del espacio, aritmética y
mecánica. Definió la ley de la palanca y se le reconoce como
el inventor de la polea compuesta. Durante su estancia en Egipto inventó el
‘tornillo sin fin’ para elevar el agua de un
nivel.
Arquímedes es conocido, sobre todo por el descubrimiento de la ley de
la hidrostática, el llamado principio de Arquímedes, que establece que
todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una
pérdida de peso igual al peso del volumen del fluido que desaloja.
Entre la maquinaria de guerra cuya invención se le
atribuye está la catapulta, entre otras.
En esta etapa histórica, los principios físicos de lo que es hoy la ciencia
Física, en particular la Mecánica, nació de la práctica como una necesidad
social y estuvo íntimamente relacionada con el diseño y construcción de estas
grandes obras, en la que la palanca, las cuñas y las poleas constituyeron
las herramientas fundamentales de los diseñadores de aquella época.
Edad media y renacimiento
Se considera Edad Media al término utilizado para referirse a un periodo de la historia europea que transcurrió
desde la desintegración del Imperio
Romano de Occidente, en el siglo V, hasta el siglo XV; aunque se aclara
que es un concepto que no puede ser tomado de una forma
absoluta. El Renacimiento comenzó en Italia enel siglo XIV
y se difundió por el resto de Europa durante
los siglos XV y XVI.
A partir de documentos históricos estudiados, se considera a uno de
los científico, ingeniero y arquitecto más connotado de este
período histórico, al genial artista florentino Leonardo Da Vinci (1452-1519). Éste hizo estudio, diseñó y construyó mecanismos de engranajes
simples. Es uno de los inventores de la hidráulica y
probablemente descubrió el hidrómetro; su programa para la
canalización de los ríos todavía posee valor práctico. Inventó
un gran número de máquinas ingeniosas, entre ellas un
traje de buzo, y especialmente sus máquinas voladoras, que, aunque sin
aplicación práctica inmediata, establecieron algunos principios de la
aerodinámica (5). Además se considera el pionero del Dibujo Técnico,
por los croquis que ideó de mecanismos y máquinas, entre otros.
Otro italiano que es considerado por este autor el padre de la Resistencia de
los Materiales, fue el célebre científico Galileo
Galilei (1564-1672);profesor de Matemática de Padua, -se hace notar
que al igual que en la antigüedad, la Matemática estaba estrechamente vinculada
a la Física-, quien fue el primero que estudió la resistencia de las vigas (4).
El científico inglés Robert Hooke (1635-1703), realizó importantes
aportes en el campo de la Física y de la ingeniería, al formular
la teoría de laelasticidad, la cual plantea que un cuerpo elástico se
estira proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre el; conocida
actualmente como ley deHooke y sobre la que se fundamenta el estudio de la
rigidez y elasticidad de los cuerpos, las que ambas constituyeron elementos
necesarios para el desarrollo ulterior de la disciplina Resistencia
de los Materiales; además, fue el primero en utilizar el resorte espiral para
la regulación de los relojes y desarrolló mejoras en los relojes de péndulo.
Al analizar el desarrollo científico de este siglo, obligatoriamente hay que
hablar de Isaac Newton (1642-1727), matemático y físico británico,
considerado uno de los más grandes científicos de la historia, el cual realizó
importantes aportes en muchos campos de la ciencia, fundamentalmente a la
Mecánica, con sus tres leyes fundamentales. Sus
descubrimientos y teorías sirvieron de base a la mayor parte de los avances
científicos desarrollados desde su época.
En esta etapa del Renacimiento se
fabricaron, desde el punto de vista del
diseño mecánico las ruedas de dientes helicoidales con ejes entrecruzados,
cojinetes de rodamientos, cadenas articuladas y diversas máquinas, entre otras.
Siglo XVIII
En 1774, el gran matemático sueco de este siglo Leonhard Euler, aportó ideas
fundamentales y resolvió el problema de la estabilidad de las barras esbeltas
cargadas por compresión axial (perpendicular) e introdujo el concepto de
momento de inercia, tan empleado en Física (Mecánica) como en la ingeniería.
En ese mismo año, Daniel Bernoulli (1700-1782),
científico suizo nacido en Holanda, descubrió los principios básicos del comportamiento delos
fluidos y dedujo la ecuación de la curva elástica ampliamente empleada en
ingeniería.
El físico francés Charles de Coulomb (1736-1806), pionero en la teoría
eléctrica, estudió los problemas de flexión y torsión e introdujo la
noción de tensión tangencial, y más tarde (1776) formuló
la hipótesis del cambio de forma debido a las tensiones
tangenciales. Teorías muy importantes para la Resistencia de
Materiales y el Diseño para la Ingeniería Mecánica.
En las postrimerías de este siglo, el científico e ingeniero francés Louis
Navier (1785-1836), resolvió el problema de la flexión de las barras rectas y
formuló la hipótesis que las secciones transversales de una viga
permanecen planas después de la deformación, principio e hipótesis que lo
identifican entre los fundadores de la ciencia teórica.
Es importante acotar, como a partir del Renacimiento, las obras
científico-técnicas de Da Vinci, se van reforzando y profundizando en la
fundamentación científica de leyes e hipótesis de la Mecánica, la Física y la
Resistencia de los Materiales, las cuales conjuntamente con la invención de la
máquina de vapor, a finales del siglo XVIII, revolucionaron las formas de producción
industrial, que coadyuvaron al enriquecimiento teórico-práctico del Diseño
Mecánico, supeditaba únicamente a la praxis en la antigüedad.
Siglo XIX
A inicio de este siglo, se incorpora al quehacer científico de la humanidad
tres científicos, los cuales establecieron los fundamentos de la teoría
matemática de laResistencia de los Materiales:
Siméon Denis Poisson (1781-1840), físico-matemático francés. Se le conoce,
sobre todo, por sus contribuciones teóricas a la electricidad y
almagnetismo, profundizó en los estudios realizados por Hooke, analizó y
fundamentó el fenómeno de la deformación transversal: 'Siempre que se
produce un alargamiento a lo largo de un eje de un cuerpo, se produce un
acortamiento de las dimensiones transversales de éste y varía en función del
tipo de material, por lo que es una característica inherente a cada
material'; a la relación entre la tensión aplicada y la deformación que
ésta produce en cada material se le denomina en la actualidad coeficiente de
Poisson, en honor a este notable científico. Este principio es fundamental en
los diseños actuales de: edificaciones, puentes, aeronaves espaciales,
maquinaria en general y en la conformación de los metales.
El otro científico francés fue Augustin Louis Cauchy (1789-1857), matemático
francés, considerado uno de los impulsores del análisis en el
siglo XIX. Nació en París y estudió en
la Escuela Politécnica de esa ciudad. Fue
profesor simultáneamente en el Colegio de Francia, en la Escuela
Politécnica y en la Universidad de París. En el campo de la
Física se interesó por la propagación de la luz,
la teoría de la elasticidad y a él se le atribuye los conceptos de tensión,
tensión principal y equilibrio del
elemento, entre otros trabajos.
El tercer científico del que se hace referencia es el ruso
Ostrogradsky(1801-1861), miembro de la academia rusa y fue fundador de las
escuelas de Mecánica Teórica de Moscú y San Petersburgo de aquella época.
Acerca de la flexión y torsión hay que destacar los trabajos de Barré De Saint
Venían (1797-1886); Clayperon (1799-1864), Stokes (1814-1903) y Green
(1793-1841), que fundamentaron sus trabajos en los cálculos fundamentales en el
trabajo de la deformación; Heinrich Hertz (1857-1894), físico alemán, quien
además de hacer estudios sobre las ondas magnéticas (ver 'El
desarrollo de la electricidad y el electromagnetismo y su repercusión
social' de este autor), éste fundamentó las tensiones de contacto.
En 1840, Joseph Whitworth (1803-1887), ingeniero mecánico británico, célebre
por los grandes progresos en la precisión y normalización que
introdujo en la fabricación de máquinas herramientas, ideó un sistema de
roscas para tornillos, que sirvió de base para la normalización en la
construcción de máquinas en los diseños que se emplean en la actualidad.
A finales de este siglo surge un fenómeno social que revolucionó al mundo y fue
la llamada Revolución Industrial, que condujo
la sociedad de unaeconomía agrícola tradicional hasta otra
caracterizada por procesos de producción mecanizados para fabricar bienes a gran escala,
que evidentemente, la causa fundamental de estos cambios de debe, en gran
medida, al desarrollo de la máquina de vapor.
Es bueno apuntar, que en este período ya se había inventado
la imprenta (1450), la máquina de vapor por Dennis Papin(1647-1714) y
perfeccionada o mejorada por Jaime Watt (1764) y el invento de un telar
mecánico accionado por una máquina de vapor (1785), por el británico Richard
Arkwright: Tres elementos, que evidentemente sustentaban las bases tecnológicas
para el ulterior desarrollo de los medios de producción que devino en
la Revolución Industrial, lo que a su vez sirvió de base a la ciencias para su
desarrollo. En esta etapa se observa que los fundamentos de la Física y la
Mecánica no se limitaba únicamente a estudiar las leyes del movimiento físico,
sino que se comenzó a desarrollar los estudios de lo que ocurría internamente
en los materiales, o lo que es lo mismo, el estudio intermolecular de
la materia.
Siglo XX hasta la actualidad
Sería interminable la lista de científicos, ingenieros, físicos
y personal técnico que han contribuido al
desarrollo del Diseño Mecánico y de lamanufactura en este período
histórico analizado, por lo que sólo limitaremos a enunciar por su relevancia
algunos hechos y trabajos en esta etapa.
Este autor considera que uno de las personalidades que
revolucionó el siglo XX en el diseño y manufactura ingenieril, fue el
industrial estadounidense Henry Ford (1863-1947). Trabajó como
mecánico de 1888 a 1899, y después jefe de éstos en la Edison Illuminating Company.
En 1893, tras experimentar un tiempo en sus
ratos libres, logró construir su primer automóvil, y en 1903 creó la
Ford Motor Company. A él se le conoce por sus
innovadores métodos en la industria de losvehículos a
motor, es considerado el introductor de la fabricación en serie o mediante
cadena de montaje y el pionero en la utilización del principio
de intercambiabilidad de las piezas de sus autos. Principios altamente empleados en las actuales industrias.
Lo más significativo en esta etapa es que conjuntamente con el desarrollo de la
electricidad (ver artículo de este autor) y la Electrónica, el Diseño
Mecánico está a un nivel altamente calificado, mediante el empleo de
la Ingeniería Concurrente -la Ingeniería Concurrente es la aproximación
sistemática a la integración, del diseño racional de productos y
procesos relacionados, que tiene en cuenta, su fabricación y suministro-, que
incluye los sistemas computarizados de CAD-CAM (Diseño Asistido
por Computadoras- Manufactura Asistido por Computadoras)(6), conjuntamente
con los paquetes ingenieriles que permiten
el cálculo de variables finitas, el diseño óptimo de
estructuras y la selección adecuada de material, con
un ahorrosustancial en su elaboración, entre otros.
Por el propio desarrollo de la ciencia y la técnica, cada una de éstas se han
subdividido en ramas muy específicas; por ejemplo, antes un físico abarcaba
todo un conjunto de especialidades, sin embargo, hoy en día existen hombres de
ciencia que se dedican a la Hidráulica, al Magnetismo, etc.; de igual forma
ocurre con la ingeniería, que dentro de la propia Mecánica existen
especialistas en estructuras metálicas y en no metálicas, por citar algunos.
Por esta razón en laactualidad, para realizar la actividad
de proyecto o de diseño mecánico, es imprescindible aglutinar a un
conjunto de expertos, técnicos e inclusive obreros altamente calificados,
constituyendo un equipo multidisciplinario que posibilitan la realización
adecuada, funcional, óptima, ergonómica y económica de dicho proyecto.
Se puede afirmar que gracias al desarrollo de las distintas ciencias, en
particular la Física, el Diseño Mecánico ha llegado a un
alto progreso científico-técnico, ligado a los grandes descubrimientos
científicos, formulación de leyes, teorías de otras ciencias que le han servido
de base para su ulterior perfeccionamiento.
Este desarrollo fue en aumento, en la medida que el hombre ha ido
acumulando conocimientos precedentes, con una constante interrelación
dialéctica, que ha sido el fruto de cientos de miles de grandes estudiosos a lo
largo de la historia de la humanidad, lo cual ha hecho posible pasar de los
simples diseños de maquetas y croquis sustentado por la praxis en las distintas
obras de la antigüedad hasta el diseñó de ingenios espaciales, en los cuales para
su realización resulta necesario el trabajo multidisciplinario de cientos de
destacados profesionales en cada una de las distintas y disímiles ramas de la
ciencia e ingeniería.
Sirva este artículo para rendir un sencillo homenaje, en el Año Internacional
de la Física, declarado por la UNESCO, a todos estos insignes científicos,
físicos e ingenieros, que han contribuido a este progreso.
