Praxis 24

LA BUSQUEDA DE LOS PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
DE LA MECANICA: EULER Y D’ALEMBERT∗ †
Ángel E. Romero
RESUMEN
A través de este escrito se pretende dar a conocer algunos aportes de lafundamentación de la ciencia de la mecánica en el siglo XVIII adelantados porLeohnard Euler y ponerlos en relación con algunas de las respectivaspropuestas de Jean le Rond d’Alelmbert. Se resalta, en particular, que laspreocupaciones de estos dos pensadores no se limitan sólo a una intención dematematización de la ciencia de la mecánica. También existe en ellos la intenciónexplícita de clarificación de la mecánica a través de la reorganizaciónconceptual de las nociones primeras y de la identificación de los principios enlos que debe fundamentarse esta ciencia, ambas intenciones soportadas enpresupuestos epistemológicos sobre la certeza y la validez de nuestroconocimiento.
Palabras clave : Fundamentos de la Mecánica, Leonhard Euler, Jean le Rond
D’alembert, formalización, relación entre física y matemáticas, conceptua-
lización física.
RÉSUMÉ
Dans ce travail, on espère faire connaître certaines des contributions apportéespar Leohnard Euler à l’établissement des fondements de la science de lamécanique dans le XVIIIème siècle et les mettre en relation avec quelquesunes des propositions correspondantes chez Jean le Rond d’Alembert. Onsouligne, en particulier, que les préoccupations de ces deux penseurs ne selimitent pas au seul dessein de mathématiser la science de la mécanique. Ilexiste aussi chez eux l’intention déclarée de clarifier la mécanique par uneréorganisation conceptuelle des notions premières et par l’identification desprincipes sur lesquels doivent s’établir les fondements de cette science ; ettous les deux fondent leurs perspectives sur des présupposés épistémologiquescommunes concernant la validité et la certitude de notre connaissance.
∗ Recibido Marzo de 2007; aprobado Mayo de 2007.
† Este artículo hace parte de los resultados de la investigación Los procesos de formalización y el papel de la experiencia en la construcción del conocimiento sobre los fenómenos físicos.
El caso de los fenómenos mecánicos, UdeA-CODI, UPN-CIUP, 2004-2007. Una versióninicial de este texto fue presentado en la Conferece “d’Alembert i lumini, l’Europe”, celebradoentre el 24 y 29 de septiembre de 2006 en Trento, Italia.
Praxis FilosóficaNueva serie, No. 24, Enero-Junio 2007: 21-43 Mots clés : Fondements de la mécanique, Leonhard Euler, Jean le Rond
D’alembert, formalisation, rapport entre physique et mathématiques,
conceptualisation physique.
1. Introducción
Usualmente se considera la mecánica como una rama de las matemáticas.
En este sentido se afirma comúnmente que los orígenes de lo que hoy seconoce como mecánica analítica en el siglo XVIII corresponden a la historiade la transformación adelantada por un reducido número de “geómetras” o“algebristas”, quienes tenían la sola intención de expresar matemáticamentelas leyes que rigen la experiencia física.
En la mayoría de los casos estas afirmaciones son justificadas en el hecho que los “geómetras” del siglo XVIII estuvieron muy preocupados por distinguirentre lo que ellos llamaban verdades necesarias y verdades contingentes.
Las primeras fueron para ellos las verdades generales, demostrables a prioripor el razonamiento. Las segundas, al contrario, designaban las verdadesexperimentales, sea que se verifiquen directamente por la experiencia, o queafirmen un hecho físico verificable por sus consecuencias.
De acuerdo con esta interpretación, se considera que la tendencia general en el siglo XVIII fue querer hacer de la Mecánica una ciencia tan racionalcomo la geometría, es decir una ciencia cuyos enunciados se puedan deducirlógicamente de un reducido número de proposiciones asumidas como axiomasy, consecuentemente, como un esquema teórico-conceptual sin el concursode la experiencia.
No obstante, si bien es incontestable que esta intención de racionalización de la mecánica jugó un papel fundamental en el surgimiento y desarrollo dela mecánica analítica del siglo XVIII, algunas investigaciones históricas hanmostrado que la actividad de quienes participaron en este proceso no puedeconsiderarse como limitada a hacer de la mecánica una teoría lógico-deductiva1 . Paralelo a este proyecto de racionalización, los así llamados“geómetras” del siglo XVIII tuvieron también fuertes preocupacionesepistemológicas, relativas tanto a la organización de la experiencia sensiblecomo al grado de validez y certeza de nuestro conocimiento, característicosdel pensamiento científico, en particular físico.
En este contexto interpretativo, es bien conocida la propuesta adelantada por uno de los “geómetras” representativos de la historia de la mecánica delsiglo XVIII, a saber Jean Le Rond d’Alembert. Como se sabe, son objetivos 1 Hankins, T. [1970]; Paty, M. [1977], [2001] & [2004]; Gaukroger, S. [1982]; Harman, P.
explícitos del programa d’alembertiano el fundar en necesidad los principiosde la mecánica, de manera que permitan erigir la teoría del movimiento enuna ciencia puramente racional, y reducir sus principios al número máspequeño posible. Es igualmente bien conocido, que tal organización de laciencia de la mecánica por parte de d’Alembert obedece a una serie depresupuestos filosóficos que hacen imposible plantear una disociación entreel cuadro de contribuciones puramente científicas y técnicas, y el conjuntode presupuestos epistemológicos sobre la validez y la certeza de nuestroconocimiento.
En contraste, no son bien conocidos los aportes de organización y fundamentación de la mecánica adelantadas por la misma época por otro delos principales “geómetras” del siglo XVIII: Leonhard Euler. Euler es muybien conocido como matemático y como físico-matemático, pero es malconocido (e incluso muchas veces menospreciado) como físico y comopensador fuertemente comprometido con reflexiones epistemológicasrelacionadas con la fundamentación de la mecánica.
Usualmente se afirma que la mayor parte de los trabajos de Euler fueron de carácter técnico –matemático o físico-matemático. Sin embargo, se constataque una parte sustancial del enorme conjunto de sus publicaciones tiene un carácter “metafísico” (en el sentido de reflexión científica) y conciernenprincipalmente a su pensamiento sobre la constitución de la materia y a sutentativa de reestructuración de los fundamentos de la mecánica.
2. Tradición cartesiana e inteligibilidad por el análisis
Es en la Mechanica sive motus scientia anatytice exposita (1736)
donde Euler presenta sus primeras organizaciones de la mecánica, concebida como la ciencia que estudia el movimiento, su generación y su alteración.
En esta obra, Euler comienza a materializar su intención general dereorganizar la mecánica a través del uso del “método analítico” y de lacorrelativa formulación de los principios generales en los que se ha de fundar esta ciencia. De hecho, en el titulo mismo de la obra se sintetiza su programa:La Mecánica o la ciencia del movimiento expuesta analíticamente.
El denominado “método analítico” no es otro que el uso sistemático del simbolismo y significación del cálculo diferencial e integral, que Euler ya bien conocía en esta época a través de sus coterráneos los hermanos Jakoby Johann Bernoulli.
Es importante resaltar que el análisis para Euler, más que un procedimiento algorítmico, es ante todo una forma de pensar: un verdadero métodoheurístico sin el cual no solo no sería posible representar matemáticamente los conceptos y proposiciones de la mecánica, sino que incluso no se llegaría a concebirlos. Ya desde el Prefacio de su tratado Euler señala críticamente las dificultades que presentan las obras de sus antecesores en este campode adquirir un conocimiento “claro y distinto”, debido a la ausencia de talmétodo: […] lo que pasa con todos los escritos que han sido compuestos sin análisis pasasobre todo con aquellos que tratan de la mecánica, a saber que el lector, incluso si estáconvencido de la verdad de las cosas que ellos enuncian, no llega sin embargo aadquirir un conocimiento suficientemente claro y distinto, de suerte que si se cambiasolo un poco las mismas cuestiones, él difícilmente puede resolverlas por sus propias Tal es el caso particular de los Principia (1687) de Newton y la Phoronomia (1716) de Hermann. Bien que Euler resalta el progreso queestas obras han dado a la ciencia del movimiento, su dificultad, es decir laimposibilidad para el lector de seguir racionalmente el proceso de resoluciónde los problemas propuestos, radica en que en ellas se trata la mecánica“sintéticamente según el método de los antiguos”, basado exclusivamenteen el uso de demostraciones geométricas.
Dicha dificultad no podrá ser superara, según Euler, a menos que se desarrollen las mismas proposiciones y problemáticas que abordaran estasobras, con la ayuda de “une método simple y uniforme”3 , un método quepermitiera dar a esta ciencia su carácter de inteligibilidad. Es en estecontexto justificativo que Euler, apoyado en esta forma analítica de pensar,se propone como intención general hacer de la mecánica una ciencia racional,una ciencia cuyos principios sean absolutamente necesarios, es decirsusceptibles de ser establecidas sin el concurso de la experiencia: Estos principios habiendo sido hasta aquí muy ligeramente establecidos, yo los hedemostrado de forma que se comprenda que ellos no sólo son ciertos sino inclusonecesariamente verdaderos4 .
2 Euler, L. [1736]. Prefacio. «… ce qui se passe avec tous les écrits qui ont été composés sans analyse se passe surtout avec ceux qui traitent de la mécanique, à savoir que le lecteur, mêmes’il est convaincu de la vérité des choses qu’ils énoncent, ne parvient cependant pas à enacquérir une connaissance suffisamment claire et distincte , en sorte que si on change un tantsoit peu les mêmes questions, il peut difficilement les résoudre par ses propres capacités.”Todas las citas textuales de esta obra son tomadas de la traducción francesa inédita de Firode, A.
3 Ibídem. “… une méthode simple et uniforme”. Una expresión similar sería utilizada por Lagrange en su Mécanique Analytique para caracterizar su método algebraico propuesto: “Onne trouvera point de figures dans cet Ouvrage. Les méthodes que j’y esposse ne demandent ni constructions, ni raisonnements géométriques ou méchaniques, mais seulement des opérations algébriques, assujetties à une marche réguliere et uniforme”. Lagrange, J. L. [1788].
4 Ibídem. “Ces principes ayant été jusqu’ici trop légèrement établis, je les ai donc démontrés de façon qu’on comprenne qu’ils sont non seulement certains mais encore nécessairement vrais”.
Como es bien conocido, esta misma intención de rendir inteligible la mecánica a través de las matemáticas es propuesta igualmente pord’Alembert. Ya desde el prefacio a su Traité de Dynamique (1743),d’Alembert invoca la “certeza de las matemáticas” tanto en lo que se refierea la simplicidad y abstracción de su objeto de estudio, como por estar fundadassobre “principios necesariamente verdaderos y evidentes por ellos mismos”.
Es por ello que considera que para abordar las otras ciencias a través delmejor método posible, no sólo “es necesario introducir y aplicar tanto comose pueda, conocimientos potentes de las ciencias más abstractas y porconsecuente más simples [el álgebra y la geometría], sino incluso considerarde la manera más abstracta y simple que se pueda, el objeto particular deesta ciencia”5 .
Es precisamente con este pensamiento guía que d’Alembert se propone el doble objetivo de reducir los principios de la mecánica al más pequeñonúmero y de darles toda la claridad que se les pueda establecer. Esta claridadreclamada no es otra que la justificación racional de tales principios en elsentido de poder deducirlos lógicamente de un reducido número deproposiciones consideradas como evidentes y, por consiguiente, no necesitaren su formulación el recurso a la experiencia.
Es precisamente debido a este doble objetivo de reorganizar conceptualmente la ciencia de la mecánica haciendo uso del análisis y deformular sus principios fundadores, que puede afirmarse que los programaseuleriano y d’alembertiano de la mecánica están fuertemente influenciadospor las tradiciones lebniziana y cartesiana.
3. Los conceptos primarios de la mecánica: espacio, tiempo y
movimiento
Tanto para Euler como para d’Alembert, la significación de la ley de la inercia está estrechamente relacionada con su concepción de espacio, tiempoy movimiento como conceptos fundamentales de la mecánica.
Es en la Mechanica (1736) que Euler comienza a plantear su concepción a cerca de estos conceptos fundamentales y a hacer explícito su enfoquemetodológico para abordar los problemas relativos a su certeza y validez. Elcapítulo 1 del primer tomo, De motu in genere, abre con las definiciones de las nociones básicas de movimiento y lugar como “el trasporte de un cuerpodel lugar que ocupaba a otro” y “una parte del espacio inmenso o infinito en 5 D’Alembert, [1736]. Prefacio. “… il est nécessaire d’y introduire & d’y appliquer autant qu’il se peut, des connoissances puisées dans des Sciences plus abstraites, & par conséquent plus simples [la Geométrie et l’Algebre], mais encore d’envisager de la manière la plus abstraite & la plus simple qu’il se puisse, l’objet particulier de cette Science”, p.iv.
el que se encuentre el universo”6 , respectivamente. Según Euler, “lo propiode los cuerpos es ocupar un lugar”7 y las ideas de movimiento y reposo nopueden adjudicarse sino a las cosas que ocupan un lugar, es decir, a loscuerpos; de esta manera, “ningún cuerpo puede existir que no sea ni enmovimiento ni en reposo”8 .
Euler retoma, a este respecto, la tradición newtoniana no sólo al concebir el cuerpo como esencialmente diferente del espacio y al adjudicarle, en virtudde esta diferencia, la propiedad de movilidad sino, además, al enfatizar en ladistinción entre los conceptos de espacio y movimiento verdaderos y absolutosde los correspondientes conceptos relativos. De hecho, luego de sus dosprimeras definiciones, Euler señala la dificultad que tenemos de percibir en laexperiencia un tal espacio absoluto y justifica el uso de los conceptos relativos: Como no podemos formarnos ninguna idea certera de este espacio inmenso y de suslímites de los cuales se hace mención en las definiciones dadas, en lugar de ellosestamos acostumbrados a considerar un espacio finito y límites corporales a partir delos cuales juzgamos el movimiento de los cuerpos y su reposo9 .
Como ya se evidencia a partir de las definiciones y comentarios mencionados, la concepción euleriana de movimiento (absoluto) estáestrechamente relacionada con su concepción misma de espacio y de tiempo.
Pero, bien que para Euler, de la misma forma que lo fuera para Newton,estos conceptos son considerados como los contenedores de los objetosmateriales y de los eventos, el papel que ellos desempeñan dentro de laciencia de la mecánica debe mirarse, ante todo, dentro de la perspectivacaracterística de todo el siglo XVIII dentro de la cual Euler es un claroexponente: al enfrentar los problemas relativos a la fundamentación del losconceptos primarios de la mecánica, lo que se discute no es ya la existenciatales conceptos fundamentales sino su cognoscibilidad.
En este sentido, bien que imbuido en la tradición newtoniana, los conceptos mismos de espacio y tiempo y su justificación son, para Euler, mas neutros,por así decirlo, a consideraciones metafísicas, que lo que fueron para Newton.
Euler afirma: 6 Euler, L. [1736]. §§1-3. “… le transport d’un corps du lieu qu’il occupait dans un autre” y “… une partie de l’espace immense ou infini dans lequel se tient l’univers”.
7 Ibídem., §2. Colorario 1 a la definicion 1. “… le propre des corps est d’occuper un lieu”.
8 Ibídem., §3. Colorario 2 a la definicion 1. “aucun corps ne peut exister qui ne soit ni en 9 Ibídem. Scolie I, §8. “Comme nous ne pouvons nous former aucune idée certaine de cet espace immense et des ses bornes dont ils est fait mention dans les définitions données, aulieu de ceux-ci, nous sommes accoutumés à considérer un espace fini et des limites corporelles à partir desquelles nous jugeons du mouvement des corps et de leur repos”.
[…] No sostenemos que sea dado un espacio infinito de esta clase, que tenga referenciasfijas e inmóviles; pero, que exista o que no exista, demandamos que quien considereel movimiento absoluto y el reposo absoluto debe representarse un tal espacio yjuzgar por su medio el estado de los cuerpos, sea de reposo o de movimiento10 .
De esta forma, la certeza que debe asignársele a los conceptos absolutos de espacio y tiempo no radica en postularlos, en razón de su pertinenciametafísica u ontológica, como verdades inmanentes e identificarlos, a partir deello, con un sustrato substancial independiente tanto de los objetos materialescomo de los sujetos cognoscentes. Por el contrario, la concepción de espacioabsoluto -y de tiempo absoluto- para Euler se establece en función de uncriterio metodológico: nuestras significaciones de estos conceptos debenser tales que sean precisamente las “apropiadas a las leyes del movimiento”.
Así, estos conceptos se constituyen, como bien lo menciona Cassirer, en elpostulado de una representación11 : una representación que debenecesariamente hacerse quien quiera juzgar el movimiento y reposo absolutosy, por consecuencia, quien quiera considerar la ley de la inercia como válida.
Una crítica similar a los conceptos de espacio y tiempo absolutos como entes con existencia por sí mismos, sería planteada algunos años más tardepor d’Alembert. Bien que la intención al plantear tal crítica y los fundamentos en los que se basa es diferente a la que tuviera Euler, la forma de resolver estaproblemática por parte de los dos autores presenta notables semejanzas. Enefecto, retomando igualmente la distinción newtoniana entre cuerpo y espacio,d’Alembert no solo distingue los cuerpos de la extensión que ellos ocupan sinoque considera que tal distinción es precisamente la que permite comprender elmovimiento mismo. En su Traité de Dymamique (1743), él afirma que: [.] para tener una idea de Movimiento, se no puede dispensar (evitar, eludir) dedistinguir al menos por el espíritu de dos clases de extensión: una, que sea observadacomo impenetrable y que constituye aquello que se llama propiamente los Cuerpos;la otra, que siendo considerada simplemente como extensión, sin examinar si ella espenetrable o no, sea la medida de la distancia de un cuerpo a otro y cuyas partes, consideradas como fijas e inmóviles, puedan servir para juzgar el reposo o elmovimiento de los cuerpos12 .
10 Euler, L. [1736]. Escolio II, § 9. “[…] nous ne soutenons pas qu’est donné un espace infini de cette sorte, qui aurait des repères fixes et immobiles ; mais, qu’il existe ou qu’il n’existepas, nous demandons que celui qui considérera le mouvement absolu et le repos absolu, sereprésente un tel espace et juge par son moyen de l’état des corps, soit de repos soit demouvement”.
11 Cassirer, E. [1927].
12 D’Alembert, J. le R. [1743], p. vi. “pour avoir une idée claire du Mouvement, on ne peut se dispenser de distinguer au moins par l’esprit deux sortes d’étendue: l’une, qui soit regardée comme impénétrable, & que constitue ce qu’on appelle proprement les Corps; l’autre, qui Así, de forma análoga a como Euler lo propusiera, d’Alembert justifica su concepción de espacio en función de un criterio metodológico13 : con laintención de tener una representación clara del movimiento, es la noción deespacio la que debe adaptarse a este requerimiento. Sin embargo, debido asu programa “antimetafísico” por el cual la ciencia de la mecánica debereferirse en última instancia a la “consideración del sólo movimiento”,d’Alembert rechaza toda idea de espacio y de tiempo como entes conexistencia propia antes de toda materia, para concebirlas como verdadesde evidencia, es decir como ideas simples y evidentes que no tienennecesidad de ser definidas y respecto a las cuales no hay ningún referentesubstancial u ontológico. Según d’Alembert, el conocimiento del movimientorequiere la intervención de una abstracción del espíritu para identificar las“ideas simples” contenidas en la “idea compuesta” de movimiento; el espacioy el tiempo son precisamente tales ideas simples que el espíritu abstrae apartir de la experiencia14 .
Para Euler, al contrario, los conceptos de espacio y tiempo absolutos no pueden ser considerados como meras abstracciones que nuestro pensamientorealiza a partir de la experiencia sensible; la certeza de estos conceptos debe, más bien, buscarse en un criterio lógico que les asegure su validezincondicional como fundamentos de la ciencia de la mecánica. Esprecisamente al interior de esta intención de fundamentación de los conceptosde espacio y tiempo que debe comprenderse el papel desempeñado por elprincipio de inercia en la concepción euleriana, tal y como él mismo loexplicitaría en su memoria Reflexions sur l’espace et le temps (1748).
El estilo de argumentación de dicha memoria es similar al propuesto en la Mechanica (1736), pero mucho más explicito: tomando como fundamentola incuestionable validez del principio de inercia, Euler se propone establecerla naturaleza del espacio y del tiempo absolutos como condiciones deposibilidad de tal principio. Teniendo este objetivo en mente, contrario aimponer definiciones predeterminadas de los términos “espacio” y “tiempo”,Euler propone que las concepciones que debemos de tener de dichosconceptos deben ser tales que no entren en contradicción con los principiosreconocidos de la mecánica.
étant considérée simplement comme étendue, sans examiner si elle est pénétrable ou non, soitla mesure de la distance d’un Corps à un autre, & dont les parties envisagées comme fixes &immobiles, puissent servir a juger du repos ou de Mouvement des Corps”.
13 Este criterio metodológico sería manifiesto por d’Alembert recurrentemente; ver a este respecto d’Alembert, J. le R. [1751] & [1767].
14 Para un análisis más detallado de la concepción del espacio y el tiempo en d’Alembert ver Paty, M. [1977] et Firode, A. [2001].
Es precisamente esta “incontestable validez” del principio de inercia la que lo llevaría a adoptar en esta memoria una concepción más “realista” delos conceptos de espacio y tiempo, que la que presentara en la Mechanica(1736). De acuerdo esta concepción, si se quiere que este principio no pierdasu carácter de validez, el espacio y el tiempo absolutos no deben ser asumidoscomo meras ideas abstractas construidas por nuestro espíritu, sino que seles debe atribuir alguna existencia real, cualquiera que ella sea, y se lesdebe dotar de una naturaleza tal que no contradiga dicho requerimiento,puesto que “sería absurdo sostener que puras imaginaciones puedan servirde fundamento de los principios reales de la Mecánica”15 .
Euler propone, de esta forma, una solución positiva al problema de la naturaleza del espacio y del tiempo: estos conceptos encierran una realidadinnegable, no porque así lo acrediten nuestras sensaciones, ni porque loimponga como un enunciado a priori nuestro espíritu; su realidad se estableceporque son indispensables para la nuestra representación científica(matemática) del mundo.
Es precisamente en este sentido que Cassirer afirma que, según Euler, el contenido objetivo de los conceptos fundamentales de la mecánica debedeterminarse exclusivamente atendiendo a la función que cumplen dentro del sistema de la física matemática16 . Los principios de la mecánica (elprincipio de inercia y los principios que reglan del movimiento) se han deconstituir en las premisas necesarias de toda explicación científica de losfenómenos, de tal suerte que si nuestros conceptos psicológicos o metafísicosson demasiado estrechos para encuadrar el contenido que la ciencia físicanos ofrece, la culpa de ello deberá atribuirse a estos conceptos mismos. Ental caso, todo el esfuerzo tendrá que dirigirse a corregir y transformar tales conceptos en la medida necesaria para que puedan cumplir plenamente lafunción a la que se destinan y en gracia a la cual existen.
4. El principio de proporcionalidad entre la fuerza y el elemento
de velocidad
En la Mechanica (1736), Euler se refiere a la fuerza con el término potencia [potentia] y la define en relación al cambio de movimiento queella produce sobre el cuerpo, siendo su acción a lo largo de una dirección 15 Ibídem., §5. “… serait absurde de soustenir, que des pures imaginations pouvaient servir de fondement à des principes réels de la Mécanique”.
16 Ver Cassirer, E. [1907], pp. 404 y ss.
A pesar de los nexos con la forma que Newton define su concepto de fuerza impresa, para tener una visión más justa del enfoque euleriano esnecesario tener presente más ampliamente el contexto teórico alrededor delcual su concepto de fuerza adquiere significado.
De una parte, la dinámica euleriana está fundada sobre la estática en el sentido que retoma el concepto de fuerza estática y lo extiende a la mecánicacomo concepto estructurador. Con esta intención, retoma el principio decomposición de fuerzas, que se fundamenta en la idea de equivalencia estáticade las fuerzas, y lo extiende al caso de la mecánica haciendo equivalente elefecto que dichas potencias pudieran generar en un instante posterior a suaplicación si actuaran independientemente18 . Adicionalmente, dado que laspotencias en mecánica cambian de dirección y magnitud en cada instante,para realizar una tal comparación se debe determinar para cada instante lapotencia equivalente a las potencias que solicitan el cuerpo y, para ello, “notiene sino que suponerse que aquel es afectado por la misma potencia pormás tiempo que durante un elemento de tiempo infinitamente pequeño”19 .
De esta forma, retomando el principio de composición de fuerzas bajo la significación del efecto que dichas fuerzas producirían en un instante dado, y extendiendo su aplicación a cada instante del movimiento del cuerpo, Eulertrata de explicitar y formalizar el modo de acción de una fuerza durante unelemento diferencial de tiempo dt, formalización que lo conduciría a laenunciación de su principio general del movimiento.
Esta significación del principio de composición de fuerzas en términos del efecto que tales fuerzas producen actuando en el mismo instante sobreun cuerpo, sería igualmente retomado por d’Alembert en su Traité (1743)como fundamento de su mecánica20 . No obstante, las intenciones de suenunciación son bien diferentes para los dos autores. Para Euler, este principioes aplicable en cada instante del movimiento, caso en el que debe considerarseque la fuerza actúa continuamente durante todo el movimiento, permitiendopor ello constituir una explicación de la generación del movimiento en términosdel modo de acción de las fuerzas en el tiempo; d’Alembert, al contrario,critica explícitamente las perspectivas que consideran al movimiento comodebido a la acción continua de una fuerza motriz, y trata de construir unademostración independiente de toda suposición del modo de producción delmovimiento.
19 Ibídem. §110. “…il ne faut pas supposer que celui-ci est affecté par la même puissance plus longtemps que durant un élément de temps infiniment petit”.
20 D’Alembert, J. Le R. [1743]. Chapitre II, du mouvement composé, §§21 y ss. Para un análisis al respecto ver Paty, M. [1970].
Complementariamente, considerando que el efecto de una potencia absoluta sobre una partícula es el mismo si ella se encuentra en reposo omovimiento, Euler propone que el efecto de una potencia actuando sobreuna partícula en movimiento es doble: cambio de velocidad y cambio dedirección. Además, la acción de una potencia es tal los incrementos develocidad son proporcionales a los tiempos en los que ellos se producen, esdecir, “el incremento de velocidad durante el tiempo dt es al incremento develocidad adquirido durante el tiempo dô ?[dô?= ndt] como dt a dô”21 .
Estos análisis, junto con la consideración que los elementos de espacios recorridos en virtud del incremento de velocidad producido por una potencia,en un tiempo dt, son como la potencia, conducen a Euler a proponer suconocido enunciado: siendo dc el incremento de velocidad experimentadopor una partícula durante el tiempo dt, por la acción de una potencia p, “esteincremento de velocidad será, para un tiempo y potencias cualesquiera, comopdt, es decir, como la potencia multiplicada por el tiempo”22 . Según Euler,este enunciado no es solamente verdadero “sino también es necesariamenteverdadero, de modo que implicaría contradicción colocar dc = p2dt o p3dt oalguna otra función de p en lugar de p”.23 Esta ecuación es para Euler la expresión analítica del efecto producido por una potencia cualquiera sobre una partícula cualquiera y contiene elfundamento de la expresión que años más tarde erigiría como “el principiogeneral y fundamental de toda la mecánica”.
El concepto de fuerza como causa externa a los cuerpos que genera en ellos cambios en el estado de movimiento fue muy criticado en la primeramitad del siglo XVIII, siendo d’Alembert uno de los principales gestores yexponentes de tal crítica en el continente.
Según su proyecto de constituir la mecánica en una ciencia cuyo primer y principal objeto fuese el estudio del movimiento y sus propiedades generales,d’Alembert rechazó el carácter operacional o la utilidad de la noción defuerza externa, al considerarlo como un “axioma vago y oscuro” y, por tanto, inútil en el intento de hacer de la mecánica una ciencia fundamentadaen nociones claras y evidentes por sí mismas. Dado que a principio del sigloXVIII la significación usual de este concepto estaba directamente relacionadacon el principio por el cual se establece la proporcionalidad entre la fuerza aceleratriz y el elemento diferencial de velocidad, el rechazo de este concepto 21 Euler, L. [1736], §130. “l’increment de vitesse durant le temps dt est à l’incrément de vitesse acquis durant le temps dô ?[dô = ndt] comme dt à dô”.
23 Ibídem., §152. “mais aussi qu’il est nécessairement vrai, de sorte que cela impliquerait contradiction de poser dc = p2dt ou p3dt ou tout autre fonction de p au lieu de p”.
es justificado por la vía del rechazo a dicho principio. Así, en su Traité deDynamique (1743) d’Alembert no sólo pone en duda las pruebas dadas afavor de este principio sino que explicita su intención de ser expulsarlo de laciencia de la mecánica: No examinaremos si este principio es de verdad necesaria; afirmamos solamente quelas pruebas que de ello se han dado hasta aquí no nos parecen convincentes; no loasumiremos tampoco, con ciertos geómetras, como verdad puramente contingente, loque arruinaría la certeza de la Mecánica y la reduciría a no ser más que una cienciaexperimental: nos contentaremos con observar que cierto o dudoso, claro u oscuro, esinútil a la Mecánica y, por consecuente, debe ser expulsado de ella24 .
No obstante, esto no significa que d’Alembert no admitiera la noción de causa externa a priori. De hecho, en virtud del principio de inercia, élconsidera que “el movimiento uniforme de un cuerpo no puede ser alteradosino por una causa externa” 25 . Sin embargo, de tales causas o fuerzas lasúnicas cuyos efectos se está en posibilidad de determinar por su conocimientodirecto son las fuerzas de impulso (choque); las otras se conocen únicamentepor la constatación de los efectos que ellas produce sobre los cuerpos, esdecir a través de los cambios de estado de movimiento (aceleraciones) y, por tanto, han de identificarse con ellos.
Así, lo que d’Alembert rechazo fue, mas bien, la consideración de la fuerza motriz como concepto claro y distinto y, consecuentemente, posiblede ser considerado como fundamento de la mecánica. En este orden deideas, el término fuerza no designa para d’Alembert, a diferencia de lo quefuera para Newton y Euler, una realidad externa cuya acción sobre loscuerpos ocasiona determinados efectos físicos observables. Este términono tiene sentido sino cuando se lo relaciona con los efectos en sí mismos,efectos que son descritos en términos de las magnitudes cinemáticas quecaracterizan el movimiento.
Las magnitudes cinemáticas, a partir de las cuales es posible dar cuenta de los efectos del movimiento, son definidas por d’Alembert en su Traité apartir de la representación geométrica del movimiento en términos de unacurva cuyas abscisas representan el tiempo gastado t, y las ordenadas del 24 D’Alembert, J. le R. [1743], Prefacio, p. xi. “Nous n’examinerons point si ce principe est de vérité nécessaire; nous avouerons seulement que les preuves qu’on en a données jusqu’ici,ne nous paraissent pas fort convaincantes; nous n’adopterons pas non plus, avec quelquesgéomètres, comme de vérité purement contingente, ce qui ruineront la certitude de la Mécanique, & la réduirait à n’être plus qu’une science expérimentale: nous nous contenterons d’observer, que vrai ou douteux, clair ou obscur, il est inutile à la Mécanique, & que par conséquent il doiten être banni”.
espacio recorrido e26 . Apoyándose exclusivamente en este diagrama,d’Alembert se esfuerza en demostrar que la curva e = e(t), que representaun movimiento acelerado o retardado cualquiera, es necesariamente soluciónde una ecuación de la forma ϕdt2 = ± dde, donde ϕ designa simplementeuna función que relaciona el elemento diferencial de segundo orden delespacio (dde) y el cuadrado del elemento del tiempo (dt2).
D’Alembert, entonces, conceptualiza la aceleración ϕ a partir de la relación existente entre el elemento diferencial de segundo orden del espacio(dde) y el cuadrado del elemento del tiempo (dt2), puesto en evidencia en laecuación diferencial de la curva e = e(t), y establece a partir de ello unaexpresión analítica que da cuenta del movimiento y sus cambios sin volverobjeto de análisis la causa de variación de tal movimiento. Esta expresión lepermite definir, a su vez, la aceleración o fuerza aceleratriz como ϕ = du/dt = dde/ dt2, y la fuerza motriz como mϕ = mdu/dt = mdde/ dt2, siendo mla masa del cuerpo27 .
De esta manera, la formula ϕdt = du (du siendo el elemento diferencial de la velocidad) es para d’Alembert, al igual que lo fuera para Euler, unarelación que sintetiza la representación analítica del cambio de movimiento.
No obstante, es justificada y significada por los dos autores de forma biendiferente.
Notemos, en primer lugar, que Euler considera que esta relación expresa la naturaleza causal de la fuerza, en el sentido que representa analíticamenteel modo de acción de las fuerzas en el tiempo; d’Alembert, por su parte, nove en dicha relación más que una simple definición nominal del concepto defuerza aceleratriz y por lo tanto libre de toda significación sobre el estatusantológico de su modalidad. En segundo lugar, si bien d’Alembert comparte con Euler la idea que las leyes de la mecánica han de ser verdades necesarias,rechaza la concepción según la cual la proporcionalidad entre variación develocidad y su causa sea erigida como principio; según él cuando la causa del cambio de movimiento es desconocida, es decir en aquellos casos distintos a las colisiones entre los cuerpos, ϕ en la expresión ϕdt = du debe sersiempre dada o por la experiencia o por hipótesis y, por tanto, lo que sedenomina fuerza aceleratriz, a diferencia de quienes ven en ella un principio, 26 Ibídem. Primera parte, capítulo primero Du mouvement acceleré ou retardé, §§14-20.
27 Es precisamente por esta identificación efectiva y simultánea de la causa con el efecto que ella produce que, según Paty, subyace a la concepción d’alembertiana una causalidad ensentido puramente físico, puesta en evidencia en la significación de la ecuación diferencial ödt2= ± dde. Ver a este respecto Paty, M. [2004].
Por el contrario, en su memoria titulada Découverte d’un nouveau principe de mécanique (1752) Euler enuncia este principio en toda sugeneralidad. Allí, la expresión 2Mddx = ± Pdt2 es erigida por Euler como el“principio fundamental de la Mecánica” en la medida en que expresa elcomportamiento mecánico de los elementos infinitesimales que se consideraestá constituido todo cuerpo, y sintetiza la relación existente entre la magnitudy dirección de cualquier fuerza externa con su efecto producido sobre elelemento en consideración. Esta expresión es explicada por Euler al referirlaa un sistema de coordenadas rectangulares fijas (x, y, z) respecto al cualtoda fuerza puede ser descompuesta. De esta forma, Euler obtiene el conjuntode ecuaciones diferenciales: I. 2Mddx = Pdt2, II. 2Mddy = Qdt2, III. 2Mddz= Rdt2, donde P, Q y R son las componentes de la fuerza siguiendo lasdirecciones x, y, y z, respectivamente29 . Según Euler, el conjunto de estasecuaciones diferenciales se constituyen en los axiomas a partir de los cualesse pueden deducir los diferentes principios de la mecánica30 .
El intento de construcción de un modelo físico explicativo de la forma como ocurre una interacción, sería complementado por Euler en su memoriaRecherches sur l’origen des forces (1750), donde propone que es en la propiedad de la impenetrabilidad de los cuerpos donde reside el origen detodas las fuerzas de la naturaleza.
Resaltemos que, retomando la tradición newtoniana, la impenetrabilidad es tanto para D’Alembert como para Euler una propiedad esencial de lamateria que implica una concepción de espacio como diferente de cuerpo y,por tanto, una propiedad de carácter físico. No obstante, la importancia y elestatus que Euler asigna a este concepto no se corresponden a la significaciónque d’Alembert le atribuyera. Para D’Alembert, la impenetrabilidad es unapropiedad fundamental al punto de considerarla, junto con capacidad deatracción, como el origen de los cambios de movimiento percibidos en loscuerpos31 . Por el contrario, la impenetrabilidad para Euler no solo es unapropiedad esencial, sino también un concepto fundamental en la constituciónde un modelo explicativo para el origen de los cambios de movimiento queexperimentan los cuerpos32 .
Las diferencias entre sus concepciones residen también en el hecho que Euler la asume como una propiedad absolutamente primitiva. En efecto,mientras que la impenetrabilidad es para d’Alembert, al igual que la extensióno la atracción, una propiedad de los cuerpos que nos es conocida por la 30 Ibídem., §18.
31 D’Alembert, J. le R. [1743], p. x.
32 Ver a este respecto Gaukroger, S. [1982] et Romero, A. [2007].
experiencia, para Euler se trata de una propiedad tanto auto-evidente comonecesaria: es una propiedad de la materia que no es inferida de la experienciasino que es previa a ésta y, de esta forma, a partir de la cual nos es posibleel conocimiento de la existencia de la materia33 .
Es precisamente esta concepción de la impenetrabilidad como concepto auto-evidente y necesario la que permite considerar la perspectiva eulerianacomo fuertemente influenciada por la metodología cartesiana, cuyo propósitoprincipal era construir una mecánica basada en fundamentos auto-evidentesy necesarios y cuyos conceptos básicos residieran en la esencia de loscuerpos. Adicionalmente, dado que según Euler todos los cambios de estadode movimiento que experimentan los cuerpos tienen su origen en laimpenetrabilidad y que, por consiguiente, esta propiedad de la materia es laúnica fuente de todas las fuerzas del mundo, las diversas interacciones entrelos cuerpos son necesariamente interacciones por contacto. Esprecisamente por esta razón que conduce a Euler a rechazar la concepciónnewtoniana de acción a distancia y a considerar, de la misma forma que lofuera para Descartes, al impacto como el modelo de acción de todas lasfuerzas de la naturaleza.
5. El establecimiento de los principios generales
A pesar de esforzarse en justificar su pertinencia, para Euler el principio
de proporcionalidad entre la fuerza motriz y el elemento diferencial develocidad tiene una validez restringida. Este principio no concierne sino a loscuerpos infinitamente pequeños o a los que se pueden considerar comotales, es decir aquellos que despreciando el movimiento relativo de sus partespueden asumirse como concentrados en su centro de gravedad. Pero cuando se desea dar cuenta del movimiento de sistemas de cuerpos finitos, estosprincipios no son ya de ninguna utilidad. Según Euler, esta insuficiencia nodebe ser imputada al cálculo o al análisis sino a la falta de principios adecuadospara el análisis de los movimientos compuestos que experimentan tales sistemas de cuerpos y, por consecuente, nuevos principios deben ser propuestos.
En su memoria Dissertation sur la meilleure construction du cabestan (1745) Euler afirma la necesidad de probar la insuficiencia de los principiosde la mecánica hasta entonces conocidos para la resolución de problemas relativos al movimiento de cuerpos rígidos y considera la necesidad de “irmás lejos y descubrir principios que, fortificados con el Análisis, puedanconducirnos a una solución completa”34 . En esta memoria Euler analiza el 34 Euler, L. [1745], §3. “… le besoin où l’on est d’aller plus loin, & d’en découvrir de nouveaux qui, fortifiés de l’Analyse, puissent nous conduire à une solution complete”.
caso de la rotación de un cuerpo rígido respecto a un eje fijo que pasa por sucentro de gravedad cuando es actuado por fuerzas cualesquiera.
Considerando la independencia de los movimientos de translación y rotación,él obtiene lo que hoy denominamos el principio de momento angular τ = Iα,siendo τ el momento de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo (ΣF r ), I el momento de inercia del cuerpo respecto al eje de rotación (Σm r 2) y α la aceleración angular, o force de rotation en términos de Euler35 . El principiopara el caso general en el que el eje de rotación varia en el tiempo no seríaobtenido sino en su memoria Découvert d’un nouveau principe demécanique (1750), donde Euler encuentra las ecuaciones diferencialesgenerales de la dinámica del cuerpo rígido (conocidas como ecuaciones deEuler)36 .
Necesidad del establecimiento de nuevos principios y métodos para determinar el movimiento de sistemas más complejos que aquellos por losque se considera los cuerpos como puntos materiales estaba, en la primeramitad del siglo XVIII, al orden del día.
Maupertuis ya había planteado en 1740, la necesidad de contrastar los principios newtonianos con otra clase de principios “menos simples y frecuentemente difíciles de encontrar”37 , dentro de los cuales invoca elprincipio de máximo descenso del centro de gravedad y el de conservaciónde fuerzas vivas. Dentro de esta clase de principios se encuentra tambiénsu ley del reposo. Esta ley expresa que para que un sistema de cuerpos demasa m , actuado por fuerzas centrales V , V ’, V ’’, … tales que son funciones especiales de la distancia a los respectivos centros z , permanezca en equilibrio se requiere que “la suma de los productos de cada masa, por la intensidadde su fuerza y por la potencia n+1 de su distancia al centro de fuerza […]sea un máximo o un mínimo”38 ; proposición equivalente a afirmar que Σ mi(V z + V’ z’ + V’’ z’’ + …) = 0.
D’Alembert no niega que la expresión de proporcionalidad entre la fuerza aceleratriz y el elemento de velocidad sea de gran importancia, pues sintetizael uso del análisis a la dinámica en el sentido que a través de ella los problemasde la mecánica son tales que “la dificultad no es sino de cálculo”39 . Noobstante, de la misma forma que lo hiciera Euler, es explicito en afirmar quesu uso está restringido al caso que “el cuerpo sea observado como un 35 Euler presentó este principio también en su obra Scienta Navalis (1741).
36 Euler, L. [1752], §18.
37 Maupertuis, P-L. M. [1740]. “… moins simples… et souvent difficiles à trouver”.
38 Ibídem. “… la somme des produits de chaque masse, par l’intensité de sa force, et par la puissance n+1 de sa distance au centre de sa force […] fasse un Maximum ou un Minimum”. 39 D’Alembert, J. le R. [1743], p.20.
punto”40 . Además, debido a su concepción de fuerza aceleratriz, consideraque su uso en dichos casos está limitado al conocimiento de la forma deacción de la fuerza y una tal expresión no es suficiente para determinar elmovimiento de los cuerpos y nuevos métodos y principios deben serpropuestos.
Señalando que la mayor parte de las soluciones que se han dado a este difícil problema se han apoyado en principios “que nadie ha demostrado aúnde manera general”41 , él manifiesta en su Traité (1743) la posibilidad dealcanzar dicho objetivo a través de un “método muy simple y muy directo”42basado exclusivamente en la combinación de los principios de equilibrio y decomposición de movimientos. Tal método no es otro que su principio generalde la dinámica.
Como se sabe, tal principio se basa en la consideración que en un sistema de cuerpos interactúantes los movimientos iniciales que posee cada cuerpo,independientemente de sus relaciones con los otros, pueden ser consideradoscomo compuestos de otros dos movimientos: el movimiento resultante quelos cuerpos adquirirían por su interacción mutua (fuerzas aceleratrices) –que son los movimientos a determinar– y el movimiento perdido o ganadodebido a tal interacción (fuerzas de inercia). Teniendo en cuenta esto, el principio de d’Alembert establece que para todo sistema de cuerpos queinteractúan de una manera cualquiera los mencionados movimientoscomponentes son tales que se neutralizarían o en cada instante, el conjuntode fuerzas aceleratrices que actúan realmente sobre el sistema y las fuerzasde inercia son tales que serían capaces de mantener el sistema en equilibrioen el estado mismo que el presenta en ese instante.
De acuerdo con este principio, todo fenómeno dinámico puede ser considerado como un fenómeno de equilibrio. Además, dado que es obtenidoa partir de sus tres leyes generales (el principio de inercia, el principio decomposición de fuerzas y el principio del equilibrio), justificadas a su vezracionalmente por la consideración del movimiento solo, este principio condensa todo su programa de reducir los principios de la mecánica al máspequeño número y de rendirlos inteligibles. En este sentido, en su artículoDynamique, d’Alembert afirmaría que: Yo creo poder asegurar que no hay ningún problema dinámico que no se resuelvafácilmente y casi divirtiéndose, por medio de este principio, o al menos que sereduzca fácilmente en ecuación; pues es ésto todo lo que se puede exigir de laDinámica, y la resolución o integración de la ecuación es luego un aspecto de 41 D’Alembert, J. le R. [1743], p.xxiv.
42 Ibídem. “… une méthode fort simple & fort direct”.
puro análisis. […] Me parece que este principio reduce en efecto todos losproblemas del movimiento de los cuerpos a la consideración más simple, aquelladel equilibrio43 .
Euler, por su parte, en el primer apéndice de su obra Methodus Inveniendi (1744), De curvis elasticis, discute la existencia de dos métodos, igualmentefructíferos, para dar cuenta de los efectos percibidos en el universo: el métodode las causas efectivas (o eficientes), llamado también método directo, y elmétodo de las causas finales o método indirecto. El primero de estos métodossuministrara la solución de los problemas mecánicos determinando los efectosa partir sus causas efectivas, a través de la utilización del “principiofundamental de la mecánica”. Por otra parte, cuando se busca analizar losefectos según sus finalidades, se puede siempre conjeturar a priori quetodo fenómeno natural presenta un máximo o un mínimo y deducir, a partirde ello, el efecto correspondiente. Contrariamente a considerarlos comométodos contrapuestos, ellos son complementarios: Si las causas finales nos son demasiado ocultas, mientras que las causas efectivas nosson más fácilmente accesibles, el problema es más fácilmente resuelto por el métodoindirecto; por el contrario, el método directo es empleado si es posible determinar el efecto de las causas efectivas. Pero es necesario percatarse que ambas formas deacercarse de solución del problema permanecen abiertas; de esta manera, no solo unasolución es reforzada por la otra, sino, más que eso, del acuerdo entre las dos solucionesaseguramos el más alto grado de satisfacción44 .
No obstante la incuestionable influencia de Maupertuis45 , la propuesta metodológica de Euler es novedosa en el sentido que puede interpretarsecomo una demanda de proliferación teórica: la certeza de los conceptos yprincipios físicos nacientes debe fundamentarse en la concordancia de lasdeducciones que podamos desprender de ellos con las deducciones de losconceptos y principios que, por consenso, ya se han aceptado46 .
43 D’Alembert, J. le R. [1751-1780]. Art. Dynamique. “Je crois pouvoir assûrer qu’il n’y a aucun problème dynamique, qu’on ne résolve facilement & presque en se joüant, au moyen dece principe, ou du moins qu’on ne réduise facilement en équation ; car c’est là tout ce qu’onpeut exiger de la Dynamique, & la résolution ou l’intégration de l’équation est ensuite uneaffaire de pure analyse. […] Il me semble que ce principe réduit en effet tous les problèmesdu mouvement des corps à la considération la plus simple, à celle de l’équilibre”.
44 Ibídem.
45 Esta oposición entre dos métodos diferentes pero concordantes en cuanto a los resultados que ellos proporcionan ya había sido señalada por Maupertuis en su memoria Loi du repos des corps (1740). Ver a este respecto Panza, M. [1995].
46 Esta misma concepción es puesta en obra por Euler para fundamentar la existencia de espacio y tiempo absoluto en su memoria Reflexions sur l’espace et le temps [1748].
Euler resalta que a pesar de los numerosos casos de problemas físicos resueltos por la utilización de ambos métodos, el objetivo del método indirectode encontrar, para cada tipo de problema dado, la cantidad que ha de tomarsecomo un extremal resulta ser muy difícil de determinar unívocamente dadoque es “un problema que parece pertenecer mas a la ciencia natural(metafísica) que a las matemáticas”47 . No obstante, esta dificultad puedesuperarse si se presta especial atención a la solución de los problemasmecánicos a través del método directo, pues a través del balance de talessoluciones se podrá determinar, en todos los casos, la expresión general queha de satisfacer tal condición de máximo o mínimo.
Así, Euler afirma la de existencia de una “causa final” actuando en el mundo, la cual no puede ser caracterizada más que de una manera formal:el movimiento de los cuerpos o sistemas es tal que respondería siempre alfin de rendir máximo o mínimo una cierta expresión que, en principio, puedeser siempre representada algebraicamente.
Teniendo como guía estas ideas, Euler considera que el hecho que un cuerpo siga una trayectoria más que alguna otra cuando es solicitado porfuerzas, depende de la correspondencia de dicha trayectoria con una ley demáximos o mínimos, y el problema planteado es, entonces, establecer esta ley determinando la expresión matemática asociada a la trayectoria quecorrespondería a un máximo o un mínimo. Así, si M denota la masa delcuerpo y v (=vh)48 la velocidad que el cuerpo tendría mientras que recorreel elemento diferencial de espacio ds, Euler afirma que la trayectoria seguidapor el cuerpo será de una forma tal que “entre todas las líneas que tienen losmismos extremos, la expresión ∫Mdsvh, o dado que M es constante, laexpresión ∫dsvh sea un mínimo”49 . Esta expresión puede también traducirseen relación con las fuerzas vivas a ∫Mv2dt = Min50 .
Una vez enunciado de esta forma su principio, Euler procede a justificarlo.
Para tal efecto, pone en juego su principio en el análisis algunos casosparticulares tales como el movimiento de un cuerpo en ausencia de fuerzas, 47 Ibídem.
48 He cambiado la notación vv, utilizada originalmente por Euler para expresar la velocidad, por la notación más moderna vh = v. No se trata aquí de “une faute d’impression” que escapo a Euler en la corrección de sus pruebas, tal como lo dice Brunet [1938], ni una “inquientanteincossistencia” (bothersome inconsistency) en la manera de definir la velocidad por parte deEuler, tal como lo afirma Goldstine [1980]; más bien, Euler hace uso aquí de la identidadpropuesta en la Mechanica [1736],vv = c, para definir la velocidad instantanea c de un cuerpoen un momento dado, en términos de la velocidad que tal cuerpo adquiriria si, al dejarsele caerlibremente, recorriera una distancia v.
49 Ibídem. “… parmi toutes les lignes ayant mêmes extremités, l’expresion ∫Mdsvh, ou puisque M est constant, l’expresion ∫dsvh soit un minimum”.
el movimiento de un cuerpo proyectado en el vacío y actuado por una fuerzay el movimiento de un cuerpo bajo la acción de una fuerza central. Como yase ha mencionado anteriormente, su procedimiento es partir de la variaciónde la expresión propuesta igualada a cero, d∫vds = 0, y deducir de ella lasmismas soluciones ya conocidas haciendo uso del denominado método directo.
Para ilustrar su modo de proceder consideremos el primer caso. Euler señala que, en virtud del principio de inercia, en ausencia de fuerzas unapartícula debe moverse con velocidad constante, es decir con un movimientorectilíneo y uniforme. De acuerdo con su principio, la trayectoria seguidapor el cuerpo es tal que para toda trayectoria posible que tenga los mismospuntos extremos la expresión ∫vds = v∫ds sea un mínimo, es decir que lalongitud total de la trayectoria s sea un mínimo. Este hecho que implica quela trayectoria es una línea recta, como de hecho se sabe a partir del uso losprincipios conocidos de la mecánica (método directo). Por argumentossimilares se desarrollan los casos más generales.
Resaltemos que Euler es conciente de las restricciones de su principio.
Analizando sus límites “a fin de no atribuirle más de lo que su naturaleza depermite”51 , él considera, que este procedimiento de justificación solo tiene sentido para el caso que la velocidad del cuerpo depende exclusivamente desu posición. En términos modernos, este argumento propuesto por Eulerpara justificar su principio, tomando como hipótesis que la velocidad v seafunción solo de las coordenadas espaciales, corresponde a considerar unajustificación del principio de mínima acción para el caso de fuerzas queadmiten un potencial52 .
Poco tiempo después, Euler hace explicita su concepción física y atribuye al principio toda su generalidad al identificar la concordancia que existenteentre la ley de reposo y la expresión de debe minimizarse en su principio [Σ?Mvds = ?ΣV dv ]53 (V siendo las fuerzas que actúan sobre el i-abo cuerpo y v el elemento diferencial de la distancia). Además, resalta la estrecha relación que él percibe entre la expresión que propone como cantidadde acción para el caso del equilibrio de la cuerda elástica [?dsΣVdv] y laexpresión de la ley de reposo que Maupertuis utiliza al analizar el equilibriode una masa fluida [Σ?Vdv], a pesar que se trata de situaciones diferentes.
Según Euler, por la evidencia de tal acuerdo “no puede haber ninguna dudaque tanto el uno como el otro estén fundados sobre los mismos principios”54 .
51 Euler, L. [1744], §14. Cf Jouguet, E. [1924], tome 1, p.204.
53 Lettres a Maupertuis, du 4, 8 et 12 juin 1748. Cf. Brunet, P. [1938].
54 Euler, L. [1748]. cf. Brunet, p. 70. “… il ne peut y avoir aucun doute que l’une et l’autre
soient fondées sur les mêmes principes”.
Adicionalmente, resalta el carácter físico que debe atribuírsele a la expresión que debe tomarse como cantidad de acción para los diferentessistemas. Según Euler, la cantidad a ser minimizada no puede considerarcomo una cantidad matemática abstracta, pues depende de la naturaleza delos sistemas físicos considerados. Sin embargo identifica una generalidad:designado Σ?V dv la cantidad de acción de las fuerzas V que actúan sobre una partícula M en un cierto instante (siendo tales fuerzas funciones de lasdistancias v a los centros de fuerza), la expresión ?dsΣ?V dv designará la suma de todas las acciones que actúan sobre los elementos de un cuerpocualquiera, sea sólido o fluido, rígido o elástico, y por tanto será esta expresiónla que habrá que minimizar si dicho cuerpo se encuentra en equilibrio.
De manera análoga, la expresión ?dtΣ?V dv designará la suma de todas las acciones instantáneas que actúan sobre un cuerpo y será la expresión aminimizar para obtener el movimiento del sistema55 .
A modo de conclusión
Esta puesta en relación de algunas de las contribuciones y enfoque
aportados por Euler y d’Alembert al establecimiento de los fundamentos dela mecánica, pone en evidencia que, bien que los fundamentos epistemológicos en los que se basan sus concepciones sobre la mecánicason diferentes, bien que la respectiva identificación de los conceptos-magnitudes significativas y su elección de los principios generales a travésde los cuales los relacionan son divergentes, estos pensadores tienen encomún características importantes del estilo científico: sus preocupacionesno se limitan sólo a una intención de matematización, también existe en ellosla intención explícita de clarificación conceptual de la mecánica a través dela reconceptualización de las nociones primeras y de identificación de los principios en los que debe fundamentarse esta ciencia, ambas intencionesfundamentadas, respectivamente, en presupuestos epistemológicos sobre lacerteza y la validez de nuestro conocimiento.
Este análisis permite también afirmar que la mecánica no puede considerarse meramente como una rama de las matemáticas. Ella comporta,en efecto, proposiciones, enunciados y argumentos que no se reducen a lasola evidencia racional. La relación entre la física y las matemáticas existentedesde los inicios de su desarrollo permite afirmar, más bien, siguiendo a Paty, que la mecánica es una ciencia matematizable de un género particular,porque sus magnitudes y relaciones, abstractas como ellas son, permitendescribir fenómenos del mundo físico, sin que este mundo sea en sí mismoconcebido idealmente56 .
Referencias Bibliográficas
d’ALEMBERT, J. le R. [1743]. Traité de dynamique, David, Paris, 1743. 2eme ed., modif. et augm., David, Paris, 1758.
d’ALEMBERT, J. le R. & Diderot [1751-1780]. Encyclopédie ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers. Rééd. Frommann, 35 vol., Struttgart-Bad Cannstadt, 1966-67.
BRUNET, P. [1938]. Etude historique sur le principe de la moindre action. Hermann CASSIRER, E. [1907]. Le probléme de la connaissance dans la philosophie et la science des temps modernes. Tome 2, De newton à Kant. Traduction françaisepar Fréreux, R. Les Editions du cerf, Paris, 2005.
DUHEM, P. [1903]. L’évolution de la mécanique. Reproduction par Librairie EULER, Leonhard [1736]. Mechanica sive motus scientia analytice exposita. Opera Omnia II, 1-2, Basel-Zürich, 1911-1986.
EULER, Leonhard [1744]. Methodus inveniendi lineas curvas maxime minimive EULER, Leonhard [1745]. Dissertation sur la meilleure construction du cabestan.
Piece qui a remporte le prix de l’académie royale des sciences 1741, 1745, pp.
EULER, Leonhard [1748]. Réflexions sur l’espace et le temps. Mémoires de l’académie des sciences de Berlin, (1748), 1750, pp. 419-447. También en Opera Omnia II,5, Commentationes mechanicae, pp. 109-131.
EULER, L. [1752a]. Découverte d’un nouveau principe de mécanique. Mémoires de l’académie des sciences de Berlin 6, (1750) 1752, pp. 185-217. También enOpera Omnia II, 5, Commentationes mechanicae, pp. 81-109.
EULER, L. [1752b]. Recherches sur l’origine des forces. Mémoires de l’académie des sciences de Berlin 6, (1750) 1752, pp. 419-447. También en Opera OmniaII, 5, Commentationes mechanicae, pp. 110-131.
EULER, Leonhard [1760-62]. Lettres a une princesse d’Allemagne sur divers sujets FIRODE, Alain [2001]. La dynamique de d’Alembert. Bellarmin / Vrin, Montreal, FRASER, Craig [1983]. J.L. Lagrange’s Early Contributions to the Principles and Methods of Mechanics, Arch. For Hist. of Ex. Sci., vol. 2, No. 3, pp. 197-241.
FRASER, Craig [1985]. J.L. Lagrange’s Changing Appoach to the Foundations of the Calculus of Variations, Arch. For Hist. of Ex. Sci., vol. 32, No. 2, pp. 151-191.
GAUKROGER, S. [1982] The metaphysics of impenetrability: Euler’s conception of force. British Journal of History of Science, 1982, 15, pp. 132-154.
HARMAN, P. M. [1993]. Concepts of inertia: Newton to Kant. In After Newton: Essays on Natural Philosophy. Variorum, Vermont, 1993.
HANKINS, Thomas L. [1970]. Jean d’Alembert. Science and the Enlightenment.
Clarendon Press, Oxford, 1970. Reprint Gordon and Breach, New York, 1990.
MAUPERTUIS, P-L. M. [1740]. Loi du repos. Hist. Acad. Roy. Sci. [de Paris], Mém.
Math. Phy., (1740) 1742, pp. 170-176.
MAUPERTUIS, P-L. M. [1744]. Accord de différents Loix de la Nature qui avoient jusqu’ici paru incompatibles. Mémoires de l’académie des sciences de Berlin2, (1744) 1748, pp. 417-426.
MAUPERTUIS, P-L. M. [1746]. Les loix du mouvement et du repos déduites d’un principe métaphysique. Mémoires de l’académie des sciences de Berlin 2,(1746) 1748, pp. 267-294.
NEWTON, I. [1687]. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Traducción española por Escohotado, A. y Sáenz de Heredia, M. (1993), Ediciones AltayaS.A., Barcelona.
PANZA, M. [1995]. De la nature épargnante aux forces généreuses : le principe de moindre action entre mathématiques et métaphysique. Maupertuis et Euler,1740-1751. Revue d’histiore des sciences, 1995, 48, pp. 435-520.
PANZA, M. [2003]. The Origins of Analytic Mechanics in the 18th Century. In Ch. 5, PATY, M. [2001]. “La notion de grandeur et la légitimité de la mathématisation en physique”, in Espinoza, Miguel (éd.), De la science à la philosophie.
Hommage à Jean Largeault, L’Harmattan, Paris, 2001, p. 247-286.
PATY, M. [2004]. L’élément différentiel de temps et la causalité physique dans la dynamique de D’Alembert. In Morelon, Regis & Hasnawi, Ahmad (eds.) De Zénon d’Élée a Poincaré. Recueil d’études en hommage a Roshdi Rashed,Éditions Peeters, Louvain (Be), 2004, pp. 391-426.
ROMERO, A. E. [2007]. La Mécanique d’Euler. Prolégomènes à la pensée physique des milieux continus. Principes et concepts physiques, et analytisationmathématique. Thèse de Doctorat en Epistémologie et Histoire des sciences,Université Paris 7-Denis Diderot, Paris, 2007.

Source: http://praxis.univalle.edu.co/numeros/n24/angel_romero.pdf