Que es la fisica

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  • 1. ¿QUE ES LA FISICA?La física, como tal, es el estudio de la naturaleza. Pero hay que verlo, en elsentido amplio de la palabra. De hecho, la palabra proviene del griego, phusis,que quiere decir naturaleza. Dentro de los estudios que se realiza en la física,podemos encontrar diversos temas.Los cuales son desarrollados, de manera empírica. Ya que la física, es unaciencia empírica y se le considera, como la más exacta de su tipo. Por lomismo, es que la física, estudia los fenómenos naturales, las moléculas, eluniverso, el tiempo, la energía y todo aquello, que podamos considerar, comoefecto de la naturaleza Ens.. Por lo mismo, es que señalábamos, que la física,es el estudio de la naturaleza, pero en su sentido más amplio.Fueron los griegos, quienes comenzaron a desarrollar, incipientemente, lafísica. Ya que ellos dejaron de entender todo, como un hecho de los dioses, porlo que quisieron comprender la naturaleza que los rodeaba. Al igual que elespacio y su composición. Claro que los primeros atisbos de la física, fueronbastante pobres. Pero hay que tomar en cuenta, las nulas o precariasherramientas, con que contaban los griegos. De hecho, la mayoría de lasinvestigaciones realizadas, tuvieron un corte, netamente filosófico.Fueron ellos, quienes desarrollaron la teoría, de que la tierra era el centro deluniverso. La cual fue derribada, recién en el siglo XVII, por Galileo Galilei, elque apoyó férreamente las teorías de Copérnico, sobre el sistemaheliocéntrico. O sea, la tierra no era el centro del universo e incluso algo peor,que los astros no giraban alrededor de la tierra, sino que esta giraba alrededordel sol. Debido a esto, Galileo, sufrió la furia de la Inquisición Católica, porproponer tal aberración. Teniendo que negar aquello, que el sabía como algocierto e irrefutable. Uno de sus grandes aportes a la ciencia y a la física, fue eldesarrollo del telescopio. Con el cual, pudo ver mucho más allá, de lo quenunca antes se había visto. Incluso descubrió, que Júpiter poseía diversaslunas.Posteriormente, Isaac newton, realizó grandes descubrimientos en el campo dela física. Aportando con invalorables teorías. Como la ley del inverso delcuadrado, de la gravitación. Asimismo, desarrolla el cálculo de fluxiones,generaliza el teorema del binomio y pone de manifiesto la naturaleza física delos colores.Luego vendrían otros aportes a la estructura de la física, como latermodinámica y la física de los fluidos.Fue durante el siglo XIX y el XX, que la física llegó a ser lo que es hoy en día.En el fondo, paso de la juventud a la adultez plena. Gracias a la teoría delelectromagnetismo, el comienzo de la física nuclear, la teoría de la relatividadgeneral, de Einstein, quien hasta el día de hoy, goza de un sitial privilegiadodentro de la física.
  • 2. Ahora, dentro de la física, existen dos ramas. La física clásica y la moderna.Todo aquello que fue descubierto antes del siglo XX, se inserta en la clásica.Los posterior a éste siglo, es física moderna. La diferencia está, en que en laprimera, se estudian fenómenos que ocurren a una velocidad menor que la dela luz. En la moderna, los fenómenos, ocurren a la velocidad mencionada. TEORIAS DE LA FISICAMecánica clásica.Como mecánica clásica se conoce a la descripción del movimiento decuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en comparación lavelocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de ésta mecánicaconocidas como mecánica newtoniana y mecánica analítica.La mecánica newtoniana, como su nombre lo indica, lleva intrínsecos lospreceptos de Newton. A partir de las tres ecuaciones formuladas porNewton y mediante el cálculo diferencial e integral se llega a una muyexacta aproximación de los fenómenos físicos. Ésta formulación tambiénes conocida como mecánica vectorial y es debido a que a variasmagnitudes se les debe definir su vector en un sistema de referenciainercial privilegiado.La mecánica analítica es una formulación matemática abstracta sobre lamecánica, nos permite desligarnos de esos sistemas de referenciaprivilegiados y tener conceptos más generales al momento de describirun movimiento con el uso del cálculo de variaciones. Existen dosformulaciones equivalentes, la llamada mecánica lagrangiana es unareformulación de la mecánica realizada por Joseph Louis Lagrange que sebasa en la, ahora llamada, ecuación de Euler-Lagrange (ecuacionesdiferenciales de segundo orden) y el principio de mínima acción; la otrallamada mecánica hamiltoniana es una reformulación máss teóricabasada en una funcional llamada hamiltoniano realizada por WilliamRowan Hamilton. En última instancia las dos son equivalentes.En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: eltiempo es absoluto, la naturaleza de forma espontánea realiza la mínimaacción y la concepción de un universo determinado.
  • 3. Electromagnetismo.El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas concampos eléctricos y magnéticos. Se puede dividir en electrostática, elestudio de las interacciones entre cargas en reposo, y la electrodinámica,el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y laradiación. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la fuerza deLorentz y en las ecuaciones de Maxwell.La electrostática es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerposcargados en reposo. Como se describe por la ley de Coulomb, estoscuerpos ejercen fuerzas entre sí. Su comportamiento se puede analizaren términos de la idea de un campo eléctrico que rodea cualquier cuerpocargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campoestará sujeto a una fuerza proporcional a la magnitud de su carga y de lamagnitud del campo en su ubicación. El que la fuerza sea atractiva orepulsiva depende de la polaridad de la carga. La electrostática tienemuchas aplicaciones, que van desde el análisis de fenómenos comotormentas eléctricas hasta el estudio del comportamiento de los tuboselectrónicos.La electrodinámica es el estudio de los fenómenos asociados a loscuerpos cargados en movimiento y a los campos eléctricos y magnéticosvariables. Dado que una carga en movimiento produce un campomagnético, la electrodinámica se refiere a efectos tales como elmagnetismo, la radiación electromagnética, y la inducciónelectromagnética, incluyendo las aplicaciones prácticas, tales como elgenerador eléctrico y el motor eléctrico. Esta área de la electrodinámica,conocida como electrodinámica clásica, fue sistemáticamente explicadapor James Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen losfenómenos de esta área con gran generalidad. Una novedaddesarrollada más reciente es la electrodinámica cuántica, que incorporalas leyes de la teoría cuántica a fin de explicar la interacción de laradiación electromagnética con la materia. Paul Dirac, Heisenberg, yWolfgang Pauli fueron pioneros en la formulación de la electrodinámica
  • 4. cuántica. La electrodinámica relativista da unas correcciones que seintroducen en la descripción de los movimientos de las partículascargadas cuando sus velocidades se acercan a la velocidad de la luz. Seaplica a los fenómenos involucrados con aceleradores de partículas y contubos electrónicos funcionando a altas tensiones y corrientes.El electromagnetismo abarca diversos fenómenos del mundo real comopor ejemplo, la luz. La luz es un campo electromagnético oscilante que seirradia desde partículas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, lamayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia deelectromagnetismo.Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones endiversas disciplinas afines, tales como las microondas, antenas,máquinas eléctricas, comunicaciones por satélite,bioelectromagnetismo, plasmas, investigación nuclear, la fibra óptica, lainterferencia y la compatibilidad electromagnéticas, la conversión deenergía electromecánica, la meteorología por radar, y la observaciónremota. Los dispositivos electromagnéticos incluyen transformadores,relés eléctricos, radio / TV, teléfonos, motores eléctricos, líneas detransmisión, guías de onda, fibras ópticas y láseres.Relatividad.La relatividad es la teoría formulada principalmente por Albert Einstein aprincipios del siglo XX, se divide en dos cuerpos de investigación:la relatividad especial y larelatividad general.En la teoría de la relatividad espacial, Einstein, Lorentz, Minkowski entreotros, unificaron los conceptos de espacio y tiempo, en unramadotetradimensional al que se le denominó espacio-tiempo. Larelatividad especial fue una teoría revolucionaria para su época, con laque el tiempo absoluto de Newton quedo relegado y conceptos como lainvariancia en la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo, lacontracción de la longitud y la equivalencia entre masa y energía fueronintroducidos. Además con las formulaciones de la relatividad especial,
  • 5. las leyes de la física son invariantes en todos los sistemas de referenciainerciales, como consecuencia matemática se encuentra como límitesuperior de velocidad a la luz y se elimina la causalidad determinista quetenía la física hasta entonces. Hay que indicar que las leyes delmovimiento de Newton es un caso particular de esta teoría donde lamasa al viajar a velocidades muy pequeñas no experimenta variaciónalguna en longitud ni se transforma en energía y el tiempo se le puedeconsiderar absoluto.Por otro lado, la relatividad general estudia la interacción gravitatoriacomo una deformación en la geometría del espacio-tiempo. En estateoría se introducen los conceptos de la curvatura del espacio-tiempocomo la causa de la interacción gravitatoria, el principio de equivalenciaque dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes dela relatividad especial son invariantes y la introducción del movimientode un partícula por líneas geodésicas. La relatividad general no es laúnica teoría que describe a la atracción gravitatoria pero es la que masdatos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente a lainteracción gravitatoria se la describía matemáticamente por medio deuna distribución de masas, pero en esta teoría no solo la masa percibeesta interacción si no también la energía mediante la curvatura delespacio-tiempo y es por eso que se necesita otro lenguaje matemáticopara poder describirla, el cálculo tensorial. Muchos fenómenos, como lacurvatura de la luz por acción de la gravedad y la desviación en la órbitade Mercurio son perfectamente predichas por esta formulación. Larelatividad general también abrió otro campo de investigación en lafísica, conocido como cosmología y es ampliamente utilizada en laastrofísica.Termodinámica y mecánica estadística.La termodinámica trata los procesos de transferencia de calor, que esuna de las formas de energía y como puede producir un trabajo con ella.En esta área se describe como la materia en cualquiera de sus estados(sólido, líquido, gaseoso) va transformándose. Desde un punto de vista
  • 6. macroscópico de la materia se estudia como ésta reacciona a cambios ensu volumen, presión, temperatura entre otros. La termodinámica se basaen cuatro leyes principales: el equilibrio termodinámico (o ley cero), elprincipio de conservación de la energía (primera ley), el aumentotemporal de la entropía (segunda ley) y la imposibilidad del ceroabsoluto (tercera ley).Una consecuencia de la termodinámica es lo que hoy se conoce comomecánica estadística. Ésta rama estudia, al igual que la termodinámica,los procesos de transferencia de calor, pero contrario a la anterior desdeun punto de vista molecular. La materia como se conoce esta compuestapor moléculas y el conocer el comportamiento de una sola de susmoléculas nos lleva a medidas erróneas. Es por eso que se debe tratarcomo un conjunto de elementos caóticos o aleatorios, y se utiliza ellenguaje estadístico y consideraciones mecánicas para describircomportamientos macroscópicos de este conjunto molecularmicroscópico.Mecánica cuántica.La mecánica cuántica es la rama de la física que trata los sistemasatómicos y subatómicos y sus interacciones con la radiaciónelectromagnética, en términos de cantidades observables. Se basa en laobservación de que todas las formas de energía se liberan en unidadesdiscretas o paquetes llamados cuantos. Sorprendentemente, la teoríacuántica sólo permite normalmente cálculos probabilísticos oestadísticos de las características observadas de las partículaselementales, entendidos en términos de funciones de onda. La ecuaciónde Schrödinger desempeña el papel en la mecánica cuántica que lasleyes de Newton y la conservación de la energía hacen en la mecánicaclásica. Es decir, la predicción del comportamiento futuro de un sistemadinámico, y es una ecuación de onda en términos de una función deonda la que predice analíticamente la probabilidad precisa de loseventos o resultados.
  • 7. Según las teorías anteriores de la física clásica, la energía se tratabaúnicamente como un fenómeno continuo, en tanto que la materia sesupone que ocupa una región muy concreta del espacio y que se muevede manera continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y seabsorbe en cantidades discretas y minúsculas. Un paquete individual deenergía, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como unapartícula de materia. Por otro lado, se encontró que las partículasexponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimientoy ya no son vistas como localizadas en una región determinada sino másbien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiación emitida oabsorbida por un átomo sólo tiene ciertas frecuencias (o longitudes deonda), como puede verse en la línea del espectro asociado al elementoquímico representado por tal átomo. La teoría cuántica demuestra quetales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz,o fotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del átomosólo pueden tener ciertos valores de energía permitidos. Cuando unelectrón pasa de un nivel a permitido a otro, una cantidad de energía esemitida o absorbida cuya frecuencia es directamente proporcional a ladiferencia de energía entre los dos niveles.El formalismo de la mecánica cuántica se desarrolló durante la década de1920. En 1924, Louis de Broglie propuso que al igual que las ondas de luzpresentan propiedades de partículas, como ocurre en el efectofotoeléctrico, las partículas a su vez también presentan propiedadesondulatorias. Dos formulaciones diferentes de la mecánica cuántica sepresentaron después de la sugerencia de Broglie. En 1926, la mecánicaondulatoria de Erwin Schrödinger implica la utilización de una entidadmatemática, la función de onda, que está relacionada con laprobabilidad de encontrar una partícula en un punto dado en el espacio.En 1925, la mecánica matricial de Werner Heisenberg no hace menciónalguna de las funciones de onda o conceptos similares, pero hademostrado ser matemáticamente equivalente a la teoría deSchrödinger. Un descubrimiento importante de la teoría cuántica es elprincipio de incertidumbre, enunciado por Heisenberg en 1927, quepone un límite teórico absoluto en la precisión de ciertas mediciones.Como resultado de ello, la asunción clásica de los científicos de que el
  • 8. estado físico de un sistema podría medirse exactamente y utilizarse parapredecir los estados futuros tuvo que ser abandonada. Esto supuso unarevolución filosófica y dio pie a numerosas discusiones entre los másgrandes físicos de la época.La mecánica cuántica se combinó con la teoría de la relatividad en laformulación de Paul Dirac de 1928, lo que, además, predijo la existenciade antipartículas. Otros desarrollos de la teoría incluyen la estadísticacuántica, presentada en una forma por Einstein y Bose (la estadística deBose-Einstein) y en otra forma por Dirac y Enrico Fermi (la estadística deFermi-Dirac), la electrodinámica cuántica, interesada en la interacciónentre partículas cargadas y los campos electromagnéticos, sugeneralización, la teoría cuántica de campos, y la electrónica cuántica.El descubrimiento de la mecánica cuántica a principios del siglo XXrevolucionó la física, y la mecánica cuántica es fundamental para lamayoría de las áreas de la investigación actual. Unidades básicas de la física Símbolo NombreLongitud metro mMasa kilogramo KgTiempo segundo sIntensidad de Corriente ampere AEléctricaTemperatura Termodinámica kelvin KCantidad de Sustancia mol molIntensidad Lumínica candela cd