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Tabla de Contenido

GENERALIDADES DE LA FISICA

Aplicaciones de la Física en otras ciencias y disciplinas

¿Qué es la Física? Los dominios de la física
Metodología de la Física. Conceptos básicos de la física
DIVISION CLASICA DE LA FISICA Ir a Página Príncipal

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 FISICA

1. ¿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.
 
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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