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Definición de Física

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 (Del lat. physica, y éste del gr. fusik¿, femenino de fusikÕj); sust. f.

1. Ciencia que estudia las propiedades mensurables y las interacciones de la materia y la energía: Newton fue uno de los padres de la física moderna.

Sinónimos
Mecánica, cinemática, acústica, óptica, termodinámica, electricidad, magnetismo, hidráulica, radiactividad.

 [Ciencias]

La Física nació en Grecia en los tiempos de Tales de Mileto; él y sus sucesores intentaron explicar los fenómenos recurriendo únicamente a causas naturales, pero sólo los trabajos de algunos científicos, como Arquímedes, fueron importantes para la evolución de esta ciencia; a Arquímedes se le atribuyen la ley de la palanca y los fundamentos de la estática de los sólidos y de la hidrostática (Véase Principio de Arquímedes). Sin embargo, el método experimental que caracteriza a la física no surgió hasta los siglos XVI y XVII, y sus principales protagonistas, Galileo y Newton, sentaron las bases de la Física moderna, las cuales permanecieron inalterables hasta 200 años después.

En la física galileana, se señala como objeto el establecimiento de leyes matemáticas simples, que enuncian relaciones constantes entre magnitudes, las cuales se reducen, en conjunto, a coordenadas espaciotemporales. La física cartesiana es mecanicista; lo reduce todo a la extensión y al movimiento, es decir, a variables galileanas; el progreso reside en la concepción de conjunto que implica y en el sistemático recurrir a la expresión matemática. La física newtoniana y leibniziana es la física del siglo XVIII, y descansa sobre dos ideas nuevas: la importancia de la noción de fuerza concebida como causa del movimiento (el mecanicismo cartesiano es substituido, por consiguiente, por un dinamismo), y la introducción del cálculo infinitesimal (inventado separadamente por Leibniz, con un fin matemático, y por Newton en el marco de sus trabajos sobre el movimiento de los cuerpos). Durante este periodo de tiempo, se lograron avances espectaculares en el estudio de alguna de las ramas de la Física como la Mecánica, Acústica, Óptica y Electricidad.

La física clásica del siglo XX se ha beneficiado de los progresos del análisis matemático, y se han abierto nuevos capítulos que han modificado los horizontes del Universo: la Termodinámica (Carnot, Mayer, Joule, etc.) abre el siglo del vapor, la electricidad deja de ser un entretenimiento de laboratorio, la óptica se transforma y la química progresa a pasos de gigante. El coronamiento de esta evolución es la síntesis realizada por Maxwell en el campo del electromagnetismo y su generalización a la materia, realizada por Lorentz. A la concepción clásica de la Física le sucedió una nueva imagen, marcada por las teorías de Planck y Einstein. La física relativista parece no aceptar los postulados fundamentales de la física clásica, y tratará a la variable tiempo como una dimensión más, que varía con el sistema de referencia.

Por otra parte, el estudio de lo infinitamente pequeño ha obligado a concebir nuevos métodos, como la mecánica cuántica y la mecánica ondulatoria, de una enorme abstracción. La verdadera revolución de la física moderna, es la introducción de los cuantos y las consecuencias de los trabajos de De Broglie, Schöredinger y Heisenberg, en el sentido de que los fenómenos a escala del electrón, sólo podían ser tratados por medio de la estadística y el cálculo de probabilidades.

El progreso de la Física y la Química están relacionados a lo largo de la historia, y a su vez, están vinculados con otras ramas de la ciencia, como las matemáticas e incluso la filosofía. Esta vinculación se aprecia también en las investigaciones de muchos científicos, que han contribuido al desarrollo de las dos ciencias. No obstante, y a pesar de esta conexión, la Física y la Química mantienen su propia y particular identidad. La Física investiga los principios relacionados con el orden de la naturaleza, mientras que la Química estudia las transformaciones de la materia.

Momentos claves de la física

La Antigüedad

La búsqueda de las causas que originan los fenómenos naturales y las leyes que los rigen, señala el nacimiento de la Física, como ciencia, en la Grecia Antigua. En la Edad Antigua, destaca el pensamiento de los griegos Aristóteles, Arquímedes y Ptolomeo.

Aristóteles (384-322 a. C.) Según él, la materia es continua y compacta, y la naturaleza no tolera ningún vacío. Sostuvo que la velocidad de caída de un cuerpo es proporcional a su peso.

Arquímedes (287-212 a. C.) está considerado el científico más grande del mundo antiguo. Su vida está marcada por multitud de inventos y descubrimientos, pero su importancia radica sobre todo porque fue capaz de aplicar la ciencia a los problemas de la vida práctica. Fue el primero en utilizar el método científico. Modificó los métodos de cálculo para hallar el área y el volumen encerrados en ciertas curvas, ideando un sistema similar al cálculo integral; inventó un método para calcular las cifras grandes.

Uno de sus primeros hallazgos fue el de la teoría abstracta que explica la mecánica básica de la palanca. (A él se atribuye la famosa frase “Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”), al que siguió entre otros el principio que lleva su nombre acerca del empuje hidrostático; la invención de los espejos ustorios, etc.

Ptolomeo (siglo II) representó mediante fórmulas el movimiento de los planetas. Dichas fórmulas se basaban en la hipótesis de que todos los planetas giraban en trayectorias circulares alrededor de la Tierra. Su obra sirvió de base a los estudios relativos a la astronomía durante la Edad Media.

La Edad Media y la Edad Moderna

Durante la Edad Media aún dominó el pensamiento de Aristóteles y ya en el siglo XVII resurgió con fuerza la doctrina de Demócrito sobre la naturaleza de la materia.

Copérnico (1473-1543) se planteó que el sistema ptolopmeico podría ser erróneo. Aplicando la lógica, dedujo que eran los planetas los que se movían alrededor del Sol. Además demostró que las matemáticas necesarias para explicar estos movimientos planetarios eran mucho más sencillas que en el sistema ptolomeico. Todo su pensamiento quedó recogido en su obra De Revolutionibus Orbitum Caelestium.

A Galileo (1564-1642) se le deben, entre otras aportaciones, el descubrimiento de la ley del péndulo, el rebatimiento de la teoría de Aristóteles sobre la caída de los cuerpos, el hallazgo de una manera de medir el peso de los cuerpos en el agua, el diseño de un termómetro para medir la temperatura y la construcción de un reloj hidráulico para medir el tiempo.

Galileo descubrió también las leyes que rigen la fuerza y el movimiento, definiendo exactamente la velocidad y la aceleración de los objetos en movimiento, y posteriormente enunció estas leyes de forma matemática. Estableció, además, el siguiente postulado: las leyes físicas son las mismas si el observador se encuentra en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme, y esta afirmación es el principio de relatividad, que posteriormente fue retomado por Einstein, el cual ya concibió la teoría especial de la relatividad.

Fue el primero en utilizar el telescopio en astronomía (perfeccionando el construido por Lipershey), mediante el cual descubrió cuatro satélites de Júpiter y pudo ver cómo giraban en torno al planeta. A causa de estas observaciones, tomó partido por las teorías de Copérnico. Destruyó el mito de la perfección de los cuerpos celestes, al observar la superficie lunar y descubrir manchas solares.

En definitiva, Galileo demolió la actitud científica de la época, pues basó todas sus deducciones en experimentos y pruebas reales; fue el primero en llegar a conclusiones a través del método científico moderno de combinar la observación con la lógica, y esa lógica, además, la expresó en matemáticas.

Kepler (1571-1630) fue el fundador de la astronomía moderna. Enunció las leyes sobre el movimiento de los astros, según las cuales, los planetas describen órbitas elípticas en las que el Sol ocupa uno de sus focos. Destacan también sus trabajos sobre óptica, en los que explicó el proceso visual del ojo y la refracción de la luz de la atmósfera.

Torricelli (1608-1647) descubrió, en 1643, el barómetro, y observó que el mercurio en un barómetro puede dejar un vacío en la parte superior del tubo (en oposición a la teoría de Aristóteles). A él se deben también estudios sobre la presión atmosférica, además del enunciado de los principios de la hidrodinámica y sus trabajos en la construcción de telescopios y microscopios esféricos.

Huygens (1629-1695) expuso la teoría ondulatoria de la luz, aunque suponiendo que las ondas eran transversales. Además, con un telescopio de refracción, construido por él mismo, descubrió un satélite de Saturno y el anillo de este planeta.

Con Newton (1642-1727), la física teórica alcanzó una base sólida; a partir de él, la ciencia como tal gozó de un gran prestigio. Sus trabajos sobre óptica ordenaron la teoría de la refracción de la luz, fue el primero en descubrir que la luz blanca está compuesta de varios colores que pueden separarse y recombinarse. Newton elaboró una teoría de la luz blanca para explicar por qué se refractaba en el vidrio, formando un arco iris, teoría que fue recogida en su obra Óptica o Tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz. Aunque esta hipótesis es errónea, explicaba por qué los primeros telescopios, los cuales estaban construidos con lentes que refractaban la luz, formaban imágenes rodeadas de pequeños halos de colores. Y a este fenómeno se le dio el nombre de aberración cromática. Esto le indujo a pensar que la aberración cromática no podía corregirse, por lo que decidió construir telescopios sin lentes y con espejo parabólicos, que recogían y concentraban la luz por reflexión, y que por supuesto no tenían aberración cromática. (Actualmente los mejores telescopios siguen utilizando el principio reflector.)

Entre sus aportaciones a las matemáticas destaca el binomio de Newton para expresar ciertas magnitudes algebraicas; descubrió la manera de hallar áreas limitadas por curvas, que llamó fluxiones y hoy se conoce con el nombre de cálculo diferencial e integral (Leibniz lo descubrió de forma simultánea e independiente).

Newton también aportó la Ley de la Gravitación Universal, y supuso que las fuerzas de atracción actuaban desde el centro de la Tierra, que años más tarde pudo demostrarlo matemáticamente gracias al cálculo diferencial. Enunció las tres leyes del movimiento (recogidas en su obra Philosophie Naturalis Principia Mathematica), que son las siguientes:

1ª.) Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme sobre una línea recta a no ser que se le obligue a variar dicho estado mediante fuerzas que actúan sobre él.
2ª.) La variación del movimiento es proporcional a la fuerza motora a que se le somete, y se realiza en la dirección de la recta en que la fuerza actúa.
3ª.) A toda acción se opone siempre una reacción igual y contraria.

Estas leyes completaron la obra iniciada por Galileo, y sus leyes de la gravedad universal explicaron la labor de Copérnico y Kepler, así como el movimiento de las mareas.

A lo largo del siglo XVIII se intensificaron los estudios sobre la electricidad, y a finales de siglo se descubrió que la corriente eléctrica puede producirse con elementos galvánicos.

Coulomb (1736-1806) es considerado el fundador de la Electrostática. Estudió de forma cuantitativa el hecho de que cargas del mismo signo se rechazan y cargas de signo contrario se atraen. Como consecuencia de estos trabajos, enunció la ley que lleva su nombre, dos cargas eléctricas ejercen mutuamente una fuerza atractiva o repulsiva, directamente proporcional a las cargas mismas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

A Alessandro Volta (1745-1827) se le debe el efecto que lleva su nombre (Efecto Volta), según el cual, si se ponen en contacto dos metales, los gases electrónicos correspondientes no se encontrarán al mismo nivel energético, y esto hará que en el lugar de contacto entre ellos aparezca una diferencia de potencial eléctrico.

Siglos XIX y XX

Oersted (1777-1851) realizó una serie de experimentos, en 1820, donde se mostraba la evidencia de la interacción entre la electricidad y el magnetismo, dando lugar a una nueva ciencia, el Electromagnetismo.

Ohm (1789-1854) realizó estudios sobre la resistencia eléctrica. Enunció la ley que lleva su nombre, “la intensidad de la corriente -I- es proporcional a la diferencia de potencial -V- existente entre los extremos del conductor, de forma que R = V / I”, donde R es la resistencia eléctrica, que es un valor constante típico de cada conductor.

Faraday (1791-1867), con un voltímetro ideado por él, reveló las leyes cuantitativas de la electrólisis. Además, descubrió la magnetización de la luz, el diamagnetismo y el benzol. Pero su descubrimiento más importante fue, sin duda, la inducción electromagnética, en 1831. Con ello, ofreció el primer modo práctico de convertir energía mecánica en energía eléctrica, e inició el rumbo hacia la producción en generadores, movidos por la energía mecánica del vapor o de la caída de agua.

Joule (1818-1889) interpretó los efectos térmicos de la corriente eléctrica. Sus investigaciones contribuyeron a la enunciación del principio de conservación de la energía en todas sus formas, mecánica, calorífica o eléctrica.

Kirchhoff (1824-1887) realizó aportaciones a la Termodinámica, pero destacan sus reglas sobre los conductores eléctricos, las cuales son consecuencia de la Ley de Ohm. Las leyes que enunció Kirchhoff son las siguientes:

1ª.) En un punto de la red en el que confluyen más de dos conductores, la suma de las intensidades que salen del nudo tiene que ser igual a la suma de las intensidades que se dirigen a él.
2ª.) En una malla, la suma de los productos de las resistencias por las intensidades de corriente respectivas es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices de dicha malla.

James Clerk Maxwell (1831-1879) expuso las ideas de Faraday sobre la teoría de las ondas electromagnéticas mediante fórmulas, en 1873. Además, contribuyó a la elaboración de la teoría cinética de los gases.

Röntgen (1845-1923) aportó a la Física fue descubrimiento de los rayos X (o rayos Röentgen, llamados así en su honor), y su estudio posterior. Descubrió su propagación en línea recta, su poder de penetración y que no se desvían por la influencia de campos magnéticos o eléctricos. Este descubrimiento dio paso a una nueva rama de la ciencia, la Radiología, y dio origen a la etapa de la electrónica en la Física. Röetgen fue el primer Premio Nobel de Física, en 1901.

Bequerel (1852-1908) descubrió los rayos que llevan su nombre, los cuales emiten ciertas sales de uranio capaces de impresionar placas fotográficas. También desarrolló investigaciones, entre otras, sobre la fosforescencia, la polarización atmosférica, la absorción de la luz por los cristales y el magnetismo terrestre.

Lorentz (1853-1928) realizó una formulación matemática de su teoría sobre la electrodinámica de los cuerpos móviles, según la cual, la velocidad de un cuerpo va acompañada de un acortamiento de dicho cuerpo y de un aumento de su masa. Esta representación matemática recibe el nombre de transformadas de Lorentz, que fueron utilizadas por Einstein para la formulación de su teoría de la relatividad.

Hertz (1857-1894) demostró en 1888 que las vibraciones eléctricas se propagan en forma de ondas electromagnéticas (denominadas, por ello, ondas hertzianas), y estableció una relación entre los fenómenos electromagnéticos y los ópticos. Descubrió, también, el efecto fotoeléctrico producido por los rayos X. De forma casi simultánea, en concreto en 1897, se obtuvieron las pruebas de la existencia del electrón. Y a partir de este momento comenzaron a aparecer las modernas teorías de la electrovalencia y de la covalencia.

En el último decenio del siglo XIX se descubrió la radiactividad, y la estructura atómica pasó a ser uno de los principales objetivos de la investigación.

Planck (1858-1947) reflexionó sobre las radiaciones del cuerpo negro, lo que le llevó a la hipótesis de que la luz se emite en forma de cuantos o paquetes de la luz, es decir, supuso la discontinuidad de la energía. Esta teoría cambió radicalmente toda la física.

Chadwick (1891-1974) descubrió, en 1932, una nueva partícula elemental, el neutrón, de masa aproximadamente igual a la del protón, con lo que confirmaba la sospecha de Rutherford. También descubrió el tritonio y colaboró en el proyecto de la bomba atómica.

Louis de Broglie (n. 1892) completó las hipótesis sobre las ondas de la materia que acompañan a todas las partículas; hecho que fue el punto de partida de la mecánica ondulatoria y revolucionó toda la física moderna.

Albert Einstein (1879-1955) revolucionó la Física con sus nuevas concepciones de los entes fundamentales: tiempo, espacio, masa y energía. Con ello, dio origen a una nueva mecánica de la que la clásica de Newton es una aproximación válida para velocidades pequeñas en comparación con la velocidad de la luz.

En su primera etapa, Einstein estudió los principios estadísticos de la Termodinámica, el movimiento browniano y contribuyó al desarrollo de la Física Cuántica con su teoría cuántica del efecto fotoeléctrico, la teoría de la electrodinámica de los cuerpos en movimiento (primera enunciación de los principios de la relatividad).

En una segunda etapa, publicó la obra Fundamentos de la Teoría General de la Relatividad (en 1916), que constituye una generalización de la relatividad para campos gravitatorios, y es, sin lugar a dudas, su mayor contribución al pensamiento científico.

En la última parte de su vida, se dedicó a buscar una teoría que unificase toda la Física (Teoría del Campo Unificado).

Schrödinger (1887-1961) desarrolló la mecánica ondulatoria. Su principal aportación es la ecuación diferencial, que lleva su nombre, de la mecánica ondulatoria, con sus aplicaciones a la física atómica.

Heisenberg (1901-1976) investigó la mecánica de los cuantos y descubrió el llamado principio de indeterminación. Con posterioridad, estudió la física nuclear, los rayos cósmicos y el ferromagnetismo. Introdujo en la física el concepto de la cuantificación del espacio, y uno de sus más grandes descubrimientos fue la unificación de los cuatro campos, conocidos en la física moderna en un campo unitario, cuyas manifestaciones se rigen por la expresión matemática conocida como la ecuación de Heisenberg.

Dirac (1902-1984) dio una nueva formulación de la mecánica cuántica, partiendo del álgebra conmutativa como base. Dirac formuló, en 1925, una teoría sobre el electrón, en la que asignaba un espín al electrón y predecía la existencia de una nueva partícula, el positrón (cuya existencia fue confirmada posteriormente por Anderson). En 1930 trabajó en la cuantificación del campo electromagnético. Es también, junto con Fermi, de la estadística Fermi-Dirac.

La investigación actual

En los últimos años, la investigación se ha dedicado, entre otros aspectos, al estudio de la estructura de los núcleos y a las partículas que aparecen en la fisión de tales núcleos, a la explotación rentable de la fusión nuclear, al fenómeno de la superconductividad, a la naturaleza de los agujeros negros, etc.

Se está buscando la obtención de energía procedente de la fusión nuclear debido a que los residuos que origina no son radiactivos, en oposición a los procedentes de la fisión nuclear. No obstante, aunque actualmente ya se ha logrado la fusión de átomos a pequeña escala, no se ha podido rentabilizar su explotación, a causa de que se necesita una gran cantidad de energía y aún no se dispone de confinamientos capaces de resistirla.

La Superconductividad es la propiedad que poseen ciertos metales de disminuir bruscamente su resistencia eléctrica cuando se enfrían a una temperatura menor a la denominada temperatura de transición. Aunque este fenómeno fue descubierto en 1911 por Onnes, actualmente se están investigando sus posibles aplicaciones. A lo largo del siglo XX se han ido descubriendo más características de los materiales superconductores, así, en 1933, Meisner observó que tenían la propiedad de impedir la penetración en su interior de los campos magnéticos externos. Éstos son realmente rechazados si son menores a un cierto valor crítico, pero si la intensidad magnética supera ese valor crítico, el campo penetra parcialmente en el interior.

Ya en 1957, Bardeen, Cooper y Schrieffer interpretaron la superconductividad de la siguiente manera: en la temperatura de transición, aparece un estado de mínima energía para los electrones de la red, los cuales forman pares acoplados a la vibración de la red metálica.

Los superconductores se usan para obtener potentes campos magnéticos, que se consiguen al hacer pasar una corriente eléctrica por alambres superconductores. Son superconductores el mercurio, el estaño, el aluminio, el cinc, el uranio, el plomo, etc. La investigación se está orientando hacia la aplicación de este tipo de materiales en la electrónica y en la medicina.

El estudio de la naturaleza de los agujeros negros realizado por Stephen Hawking (n. 1942) ha sido uno de los grandes descubrimientos de la actualidad. Hawking ha contribuido, de esta manera, a la comprensión de la gravedad. Un Agujero negro es una región de enorme atracción gravitatoria alrededor de un punto denominado singularidad cuya densidad es tan alta que ni siquiera la luz puede escapar de él después de traspasar el horizonte de sucesos (borde del agujero).

Concepciones de la física

Física clásica

La física que impera hasta finales del siglo XIX se fundamenta en la relación causa-efecto (todo efecto es producido por una causa de existencia previa), en la creencia de que el único límite al conocimiento de las cosas reside en la sofisticación del aparato de medida necesario para obtenerlo y en que las leyes de la física son expresables mediante una ecuación matemática, más o menos sencilla, cuya solución es única y determinista. Concibe la transmisión del efecto con velocidad infinita (relación causa-efecto instantánea). Las herramientas de que dispone son la concepción galileana del espacio, las leyes de Newton de la dinámica y el cálculo infinitesimal.

Esta física explica en términos de ecuaciones sencillas y fenómenos bien conocidos la mayoría de los efectos naturales observables a simple vista, dando una descripción adecuada y muy útil de ellos.

Física relativista

Tras los trabajos de A. Einstein, en los que el tiempo pasaba de ser una variable independiente del espacio a ser una variable más, acoplada a las variables espaciales, el concepto de simultaneidad de sucesos dejó de tener sentido como absoluto y pasa a depender explícitamente de la posición y estado dinámico del observador, es decir, se relativiza. Esta concepción de relatividad obligó a revisar conceptos clave como masa y energía.

La física clásica es deducida de la física relativista cuando la velocidad de los observadores es mucho menor que la velocidad de la luz, que se toma como constante universal.

Física cuántica

El estudio experimental de ciertos fenómenos atómicos entró en conflicto con las teorías clásicas de la dinámica, lo que produjo la sorprendente revelación de que los fenómenos físicos no ocurren de manera continua sino en cantidades discretas. Se debió de abandonar conceptos tales como posición, sustituido por probabilidad de presencia, y se puso un límite a la precisión del conocimiento. Asimismo, se concluyó que los fenómenos físicos sólo se pueden tratar mediante el cálculo estadístico a escala microscópica, aunque sus efectos pueden ser observables a escalas mayores (incluso cósmicas).

Para la física clásica, la materia se toma como un continuo, infinitamente divisible. Esta visión clásica de la naturaleza se recupera en los postulados de la física cuántica cuando el tamaño de la partícula estudiada es mucho mayor que su longitud de onda asociada, que viene dado por el cociente entre la constante de Planck y el producto de su masa y su velocidad.

(Véase Mecánica cuántica)

Física caótica

A mediados de los años 70 surgen de varias disciplinas distintas (meteorología, informática, matemática) una serie de resultados, tanto teóricos como experimentales, que indican que la regularidad de las soluciones de las ecuaciones que describen los sistemas dinámicos presentan el curioso aspecto de ser impredecibles. Las importantes consecuencias de este hecho (el abandono de toda regularidad de las soluciones a las ecuaciones dinámicas) aún no han podido valorarse adecuadamente, aunque sin duda constituirán una nueva revolución en la concepción física del mundo.

Ramas de la física

Suele dividirse la física en diferentes disciplinas, dependiendo del tipo de fenómenos que éstas estudien. No obstante, se encuentran muy a menudo interrelacionadas. Todas ellas contemplan su campo de acción tanto clásica como cuántica y relativistamente.

Con el desarrollo y la evolución de las grandes áreas de la Física clásica aparecen nuevas ramas de la Física más especializadas, que a menudo comparten sus campos de acción con la Química como: Física del estado sólido; Física de las altas energías; Física relativista; Física cuántica; Física Química; Física nuclear; Electrónica.

Mecánica

Parte de la Física que estudia las fuerzas y los movimientos que éstas originan. La Mecánica es la más antigua de las ciencias físicas y se suele dividir en dos áreas: la Mecánica estática que estudia el equilibrio de los cuerpos, y la Mecánica cinética, que trata del movimiento y de las fuerzas que actúan, tanto en una partícula como en un sistema de partículas. La Cinética es una ciencia física que incluye la Cinemática y la Dinámica. La Dinámica estudia los movimientos y las fuerzas que los provocan, mientras que la Cinemática prescinde de éstas.

Dependiendo del sistema que se esté estudiando se puede hablar de la Mecánica de Sistemas, que estudia el movimiento de un sistema constituido por un conjunto de partículas; de la Mecánica del sólido rígido, que estudia el movimiento de un cuerpo indeformable; y la mecánica de cuerpos deformables.

Si la Mecánica de partículas se centra en el estudio de los astros, se tiene la Mecánica celeste; si lo hace en el estudio de los átomos y sus componentes se denomina Mecánica Cuántica.

En cuanto a la mecánica de cuerpos deformables se divide en cuatro partes: Teoría de la elasticidad, Resistencia de Materiales, Mecánica de líquidos y Mecánica de Gases.

La aplicación de fuerzas a un sistema fluido o sólido tiende a colocar este sistema en cierto estado de equilibrio, de reposo, o imprimirle determinado movimiento. El principio fundamental de la Mecánica de Newton (Mecánica Clásica) es la ley de inercia, que establece que toda partícula material libre de fuerzas persiste en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme. La mecánica clásica supone la independencia de las medidas espaciales o temporales respecto del sistema de referencia en el que se hayan hecho.

Cuando se aplica el Principio de la Relatividad a la Mecánica, se habla de la Mecánica Relativista.

Electricidad y Magnetismo

El Magnetismo es la parte de la física que estudia las interacciones entre imanes y entre cargas eléctricas en movimiento y la Electricidad es la parte de la Física que estudia todo lo relativo a los fenómenos eléctricos.

La interacción magnética es un tipo de interacción que se observa en la Naturaleza. Ya en la Antigüedad, el hombre observó que ciertos minerales de hierro, tal como la variedad de magnetita encontrada en la región Griega de Magnesia, tenían la propiedad de atraer pequeños trozos de hierro; esta propiedad no era atribuible a las fuerzas gravitatoria o eléctrica, y se le dio el nombre de fuerza magnética. Las regiones de un cuerpo en las que el magnetismo parece concentrado se denominan polos. Un cuerpo magnetizado se llama imán. A diferencia de los campos eléctrico y gravitatorio, el campo magnético no tiene fuentes ni sumideros; además, tampoco es conservativo.

Hasta el siglo XIX no se descubrió que los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, estableciendo así la conexión entre electricidad y magnetismo. Surgió entonces el Electromagnetismo como una ciencia que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos unificados en una sola teoría, que parte de cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan los campos eléctricos y magnéticos y son conocidas como las ecuaciones de Maxwell.

Más tarde, la introducción de los conceptos cuánticos en las ecuaciones de maxwell y la descripción de las interacciones entre partículas cargadas basándose en la emisión y absorción de fotones virtuales, que son el cuanto de campo electromagnético, condujo a una reformulación del electromagnetismo, fundamental para describir los procesos de absorción y emisión de energía a escala atómica, naciendo la llamada electrodinámica cuántica.

Termodinámica

El estudio del calor como fenómeno físico y como fuente de energía, de la energía almacenada en los átomos y moléculas y de las leyes que describen las propiedades térmicas de los gases y los sólidos se encuentran en esta rama. Se estudian aquí los distintos modelos que permiten, a partir de ciertos principios básicos, relaciones entre las distintas propiedades físicas como compresibilidad, punto de ebullición, etc.

A partir de los trabajos de Boltzmann, en el que se obtienen las propiedades térmicas de los gases en función de sus átomos, se establece la estadística como el método de análisis propio de la Termodinámica, debido al alto número de átomos siempre presente en ellos. Una descripción más detallada de ellos se realiza en la mecánica estadística, llamada así por partir de las propiedades dinámicas de las partículas (masa, cantidad de movimiento) para deducir las ecuaciones termodinámicas de un sistema formado por muchas de ellas.

Óptica

Parte de la física que estudia la luz y los fenómenos relacionados con ésta. Algunos de éstos son descritos sobre la base de conceptos de geometría, como la propagación de la luz y la reflexión y refracción; otros pueden ser explicados solamente mediante el lenguaje de propagación de las ondas, como los fenómenos de interferencia, difracción y polarización. Por ello, dentro de la Óptica cabe distinguir la óptica geométrica y la óptica física. Dentro de la óptica geométrica se estudian los fenómenos de refracción y reflexión así como las aplicaciones de las lentes. La óptica física, en cambio, pretende describir las propiedades físicas de las ondas luminosas, dejando de lado la interacción radiación-materia, que es el objeto de la óptica cuántica, y apartando el problema de su propagación, que es el objeto de la óptica geométrica. La óptica física se basa en las ecuaciones de la electrodinámica clásica y comprende la interacción entre ondas de luz, lo que da lugar a los fenómenos de interferencia y difracción, y los problemas de la percepción subjetiva de los atributos de la luz.

Astronomía

Ciencia relativa a todo cuanto se refiere a los astros; es la ciencia del universo físico. El estudio y la evolución de los astros, que se ha servido de múltiples hipótesis propuestas a lo largo de la historia, desde Ptolomeo que demostró las posiciones y movimientos relativos de los cuerpos en el siglo II a.C. hasta Newton que formuló las leyes de la gravitación universal.

La importancia que los instrumentos ópticos de exploración del cosmos tiene hace que la interrelación de la Astronomía con la Óptica sea grande. Asimismo, las preguntas surgidas tanto del origen del universo como de sus situación actual, debido a la alta temperatura que el universo tenía en el big-bang, han obligado a interpretarlo en términos de física de partículas fundamentales.

Acústica

Parte de la Física que explica la naturaleza, producción y transmisión del sonido, los fenómenos de reflexión, refracción y las leyes que los rigen. Por tanto, la Acústica estudia desde el mecanismo de la percepción de los sonidos y todo lo relativo al órgano auditivo hasta los movimientos oscilatorios que se propagan en los sólidos, líquidos y gases y que tienen las mismas velocidades y frecuencias del sonido.

Física del estado sólido

Parte de la física que se ocupa del estudio de la descripción atómica y de las propiedades que presentan los sólidos cuando se encuentran reunidos en una cantidad notable de átomos. La moderna ciencia de materiales tiene en esta rama su fundamento, y sus contribuciones a otras ramas como la electrónica, la informática y la óptica son notables.

Debido a la naturaleza netamente estadística de los fenómenos térmicos, éstos son mucho más fácilmente observados a muy baja temperatura, donde dichos procesos ocurren en muy pocas cantidades. Así, la física de bajas temperaturas, que implica tanto el estudio del comportamiento térmico y electromagnético de distintos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto como de los distintos métodos criogénicos experimentales tiene aquí su espacio. En él se estudian fenómenos como la superconductividad, la superfluidez y los métodos de enfriamiento magnético. La mecánica estadística es la principal herramienta de análisis de esta disciplina.

También tiene su cabida el estudio de la física de superficies, de los fenómenos de adsorción de átomos y el diseño y crecimiento de materiales y dispositivos con propiedades mecánicas y electrónicas específicas.

Véase Física del estado sólido y Electrónica.

Física atómica y Química-física

Trata del estudio de los átomos como elementos aislados y de su unión a otros formando moléculas. Basado casi únicamente en los postulados cuánticos, proporciona una descripción de los orbitales atómicos en los que se encuentran los electrones y estudia las propiedades químicas de los elementos en función de su ocupación o desocupación, así como los enlaces que dichos átomos presentan entre sí en función del solapamiento de dichos orbitales. Su interdependencia con la química es relevante.

Examinando con ayuda de la mecánica cuántica los orbitales ocupados por los electrones, se pueden deducir, con ayuda de las ecuaciones electrodinámicas (tanto clásica como cuántica) las propiedades ópticas de los elementos químicos, sus espectros de absorción y emisión.

Física nuclear

Trata del estudio del núcleo atómico, de los distintos modelos de estructura nuclear y de los fenómenos de desintegración que en ellos se producen. Fenómenos como la fisión termonuclear y fusión tienen cabida en esta disciplina, así como los estudios de los distintos tipos de radiación y la construcción de todo tipo de detectores. (Véase Energía nuclear)

Física de partículas (subatómicas)

El estudio de los constituyentes últimos de la materia, los quarks y leptones, junto con el de las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan su comportamiento y la construcción de teorías coherentes que expliquen cómo surgen las mismas se realiza en este área de la física, conocido también como física teórica. También entran dentro de esta rama el diseño y construcción de los sofisticados aparatos experimentales que el estudio de las partículas subatómicas requiere.

Temas relacionados

Historia de la Ciencia en España.

FÍSICA

Fuente: Britannica

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