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Tabla de Contenido
Objetivos Generales de
este Módulo:
Obtener una visión global acerca de los temas más
cercanos al mundo de la física. Obtener una definición
aproximada del término Física, su metodología, rasgos,
aplicaciones, dominios y algunos conceptos básicos de esta
ciencia. Todo esto como un preámbulo al Curso de Física a
realizarse en el marco del cuarto nivel de licenciatura en
Matemáticas y computación en la Universidad Antonio Nariño,
sede Medellín
GENERALIDADES DE LA FISICA1. ¿Qué
es la Física?
La Física es el estudio
sistemático de las propiedades básicas del universo.
Cada una de estas propiedades esta relacionada con las
interacciones entre los objetos que se encuentran en el
universo. En la rama de la física que conocemos con el
nombre de cosmología, la estructura total del universo
se analiza teniendo en cuenta las interacciones entre
cada parte del universo y todas las demás; pero en las
ramas más típica de la física se supone que cualquier
objeto puede intercalar en forma significativa solamente
con otros objetos que no están muy distantes de Él. De
este modo una propiedad se puede estudiar considerando
las interacciones entre un grupo limitado de objetos,
así como las interacciones que este grupo pueda tener
con otros objetos cercanos. Este grupo de objetos se
llama SISTEMA. Los SISTEMAS físicos más pequeños los
investiga la Física de las partículas elementales;
estos sistemas son como los pequeños ladrillos con los
cuales se construye todo lo demás. El sistema físico
más grande es el universo, que constituye el objeto de
la cosmología.
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-
2. Metodología de la
Física.
- La Metodología que se utiliza en el
estudio de los sistemas físicos es una de las más
poderosas invenciones de la mente humana. Sus frutos han
cambiado completamente el modo de vivir de la especie
Humana, su modo de pensar y hasta el mundo que habita.
Rasgos de la metodología de la física
La metodología de
la física tiene tres rasgos fundamentales:
* Según el primer rasgo, el análisis de un
sistema físico tiende a realizarse sobre la base de las
propiedades de sistemas más sencillos. Al investigar un
sistema, el físico analiza separadamente cada factor que
influye en su comportamiento. Esto generalmente orienta
su atención hacia un conjunto de sistemas más
sencillos, cada uno de los cuales esta relacionado de
algún modo importante con el sistema original, pero
posee un numero menor de factores vitales en su
comportamiento. Siendo más sencillos, estos sistemas se
pueden investigar hasta entender bien sus propiedades.
Una vez que se obtenga el conocimiento de cada sistema,
se puede hacer una reconstrucción mental hasta lograr
entender las propiedades del sistema original. Pero
aveces este paso no se da, o solamente se da en parte,
porque se ha encontrado que la información de
significado mas general para los físicos se obtiene en
el análisis de los sistemas más sencillos.
* El segundo rasgo metodológico parte del
principio de que la física se fundamenta necesariamente
de la experimentación. A veces la teoría sugiere el
experimento, pero más frecuentemente un experimentador
realiza el trabajo inicial en un área particular de la
física y luego el físico teórico sintetiza los
resultados de los experimentos y perfecciona el
entendimiento de su significado. Un físico teórico
competente puede proponer nuevos e interesantes
experimentos aptos para confirmar los hechos que se
investigan. Además el físico teórico puede ir mas
allá al sugerir nuevas áreas de interés.
Un físico puede inclinarse por la física teórica o por
la experimental, pero, sea como sea, reconoce que las
ideas tienen que demostrarse siempre con experimentos. No
importa que una idea pueda parecer muy buena ni importa
como se haya concebido, los físicos se apresuran a
abandonar dicha idea si no concuerdan con la evidencia de
un experimento crucial. Pero la experiencia repetida
innumerables veces ha demostrado que una idea que se
abandona nunca es tan bella como la que surge en ultimo
momento para dar la descripción precisa de un fenómeno
natural.
* El tercer
rasgo metodológico se refiere al uso frecuente de las
matemáticas. Probablemente se ha escuchado decir que las
matemáticas es el lenguaje de la física. ¿Qué
significa esto? La física estudia las interacciones
entre los objetos. Sabemos que los objetos interaccionan
de acuerdo con ciertas leyes, se conozcan o no. Puesto
que las leyes físicas son casi cuantitativas, es
esencial poder establecer relaciones lógicas
cuantitativas al estudiar los sistemas físicos. Las
reglas que gobiernan todas estas relaciones, tengan o no
algo que ver con el universo físico, son objetos de las
matemáticas. Por tanto, la mayoría de las reglas y
procedimientos de la matemática son directamente
aplicables al entendimiento de la física. La matemática
se emplea en la física por que todas las situaciones,
con excepción de las más sencillas, ofrecen la forma
más conveniente para expresar las relaciones lógicas
que se presentan en el análisis de los sistemas
físicos. Es muy importante comprender sin embargo que lo
anterior no quiere decir que la matemática sea física o
la Física sea matemática. Cuando obtenemos un resultado
a partir de una demostración matemática nos interesamos
principalmente tanto en el significado físico de los
pasos dados para lograrlo como en la verificación
experimental del resultado.
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3. Aplicaciones de
la Física en otras ciencias y disciplinas
Se puede decir que durante largos periodos
del desarrollo de la física, desde el siglo XVI, el uso
de sus métodos y estrategias se ha extendido a todos los
campos de la ciencia.
La física en la psicología y la economía
Algunas disciplinas como la psicología y la economía,
se consideran científicas por cuanto usan los mismos
métodos de la física o parte de ellos. La física es la
ciencia más simple porque estudia los sistemas más
simples. Por esta razón, la física es la base de todas
las demás ciencias.
*La física en la
ingeniería
La relación de la física y la ingeniería es más
directa que la existe entre la física y cualquier otra
ciencia. Los ingenieros trabajan con sistemas a los que
se le aplican inmediatamente los principios de la
física. La ingeniería eléctrica por ejemplo en gran
parte la aplicación del trabajo realizado por los
físicos en los siglos XIX y XX. Cualquiera que sea la
rama de la ingeniería o de la ciencia a la que uno se
dedique, va a encontrar a cada paso la aplicación de las
nociones que aprendió en la física.
*La física en la
Medicina.
El sistema circulatorio, la constitución misma de los
huesos, tejidos y músculos están estrechamente
relacionado en su estudio con la física.
*La física y el Derecho
La demostración de la trayectoria de un objeto por la
aplicación de los principios físicos han permitido
esclarecer dudas y resolver problemas ante un tribunal.
Es decir en conclusión podemos afirmar que la física
tiene un amplio espacio en todas las ciencias del saber
humano.
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4. Los dominios de
la física
Debido a la gran dimensión del tema de la
física se hace necesario dividirla de acuerdo con los
tamaños de los objetos estudiados así:
*Primera división de la Física
DOMINIOS NO CUANTICOS (Objetos Grandes)
DOMINIOS CUANTICOS (Objetos Pequeños)
*Segunda división de la Física- DOMINIO NO RELATIVISTA
(Velocidades Bajas)
DOMINIO NEWTONIANO
(Objetos Grandes) (Velocidades Bajas)
*Tercera división de la Física
DOMINIO RELATIVISTA (Velocidades Altas)
* PRIMERA
DIVISION: los objetos se
consideran grandes si son más grandes que un átomo.
Esta división se da en campos a objetos grandes y
objetos pequeños. El campo de los objetos pequeños son
llamados Cuánticos y el campo de los objetos grandes son
llamados no Cuánticos. Esta división de acuerdo con el
tamaño no es absolutamente rígida, ya que en ciertas
circunstancias algunos fenómenos del dominio cuántico
se pueden observar en objetos grandes.
* SEGUNDA
DIVSION: Esta división de la
física se hace de acuerdo con las velocidades de los
objetos estudiados. Si las velocidades son pequeñas
comparadas con la velocidad de la luz, se consideran
pequeñas. Si son comparables con la velocidad de la luz,
se consideran elevadas. El dominio de las velocidades
elevadas se conoce como el Dominio Relativista y el
dominio de las velocidades bajas se conoce como Dominio
no Relativista. (Esta división es flexible al igual que
la división por el tamaño).
* TERCERA
DIVISION: Esta división esta
dada por las combinaciones de las divisiones de acuerdo
con el tamaño y la velocidad. Donde encontramos objetos
grandes y velocidades bajas. Esta división tiene un
significado grande e importante pues esta parte de la
física es la que mas comúnmente trabajamos a diario y
se le ha dado el nombre de Dominio Newtoniano, en honor a
Isaac Newton, físico del siglo XVII que jugo un papel
importante en el desarrollo de la física de los objetos
grandes que se mueven a bajas velocidades.
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5. Conceptos
básicos de la física
- I. CINEMATICA: Proviene
del termino griego Kinemato, que significa movimiento. La
CINEMATICA: Es la descripción del movimiento sin tener
en cuenta su causa. La cinemática proporciona el
lenguaje necesario para describir cómo se mueven los
objetos. Pero no dice nada de por qué lo hacen así. La
cinemática se puede dar en una, dos y tres dimensiones.
II. ENERGIA:
Es la facultad que posee un cuerpo para
realizar un trabajo.
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- III. TERMODINAMICA:
Se llama termodinámica del equilibrio, al
estudio de los cambios, en los |cuales el sistema no se
aparta significativamente de su estado de equilibrio.
Dado que los macroestados inicial y final de un sistema
están en equilibrio térmico, es posible utilizar la
termodinámica del equilibrio para describir los cambios
globales que tienen lugar cuando el sistema pasa de uno a
otro a a través de una serie de macroestados que se
apartan significativamente del equilibrio; en este caso
el estudio de los procesos en si requiere la aplicación
de la termodinámica del no equilibrio.
- IV. OPTICA GEOMETRICA:
La óptica geométrica es una
aproximación en la cual se ignora la difragcion.
V. LEY BASICA DE LA OPTICA
GEOMETRICA: La luz se
propaga en forma de rayos rectos, siempre y cuando lo
haga a través de un material uniforme.
VI. OPTICA GEOMETRICA: Es el estudio científico de la luz, y como esta
se transmite a través de ondas, llamadas ondas
ondulatorias las cuales tienen relación con la
radiación electromagnética. En 1800 el astrónomo
británico William Herschel utilizo el termómetro para
detectar la radiación proveniente del sol con longitudes
de onda un poco mayores que la de la luz roja
correspondiente al extremo superior de longitudes de onda
del espectro visible; la radiación en este intervalo de
longitudes de onda se conoce como radiación INFRAROJA.
Un poco mas tarde se detecto por primera vez la
radiación solar ULTRAVIOLETA.
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- 5. DIVISION CLASICA DE LA
FISICA
-
- La fisica tiene la siguiente subdivisión
clásica.
-
- *La mecanica: Interacciones que conducen a un cambio de
movimiento.
- *El calor: Las
interacciones en el interior de la materia.
- *La acústica: Interacciones entre particulas en movimiento
periódico
- *La optica: Interacciones
de la luz con la materia
- *La electricidad: Interacciones debidas a las cargas eléctricas
- *La física atómica: Interacciones en el interior del átomo
- *La fisica nuclear: Interacciones en el interior del átomo.
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