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El estudio de la radiación cósmica, así como los experimentos que se llevan a cabo en los aceleradores de partículas, han permitido comprobar la existencia de un número mucho mayor de partículas elementales, todas ellas de vida efímera, es decir, que se desintegran en otras; estas partículas han recibido los nombres de muones, tauones, mesones, hiperones, etc. El número de partículas elementales descubiertas hasta la fecha rebasa el centenar.

También se sabe que además de cada partícula existe la antipartícula correspondiente, la cual posee la misma masa que ella e igual carga pero de signo contrario. Así, el antiprotón es una partícula con la misma masa que el protón pero cuya carga es una unidad negativa; el antielectrón (que recibe el nombre de positrón) es igual que un electrón con carga positiva. Las antipartículas tienen una vida muy corta, ya que cuando se encuentran con una partícula se aniquilan liberando energía.

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¿Qué son las partículas elementales? - Foro Nuclear

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Hoy sabemos que los átomos no son indivisibles sino que están formados por unas partículas subatómicas, llamadas partículas elementales. Estas se pueden definir como entes físicos más simples que el núcleo atómico, y se considera que son el último constituyente de la materia.

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Este artículo se publicó por primera vez el 16 de junio de 2017 y ha sido ampliado el 11 de mayo de 2023.

La teoría de la relatividad de Albert Einstein es famosa por su predicción de fenómenos bastante extraños pero reales, como el envejecimiento más lento de los astronautas respecto a las personas que vivimos en la Tierra y el cambio en la forma de los objetos a altas velocidades.

La verdad es que si tienes una copia del artículo original de Einstein de 1905 sobre la relatividad, es de lectura fácil. El texto es sencillo y claro y sus ecuaciones son, en su mayoría, álgebra: nada que presente un problema para un estudiante de instituto.

Eso se debe a que el objetivo de Einstein nunca fue elaborar una estrafalaria teoría matemática. Le gustaba pensar de forma visual, creando experimentos en su mente e intentando solucionarlos en su cabeza hasta poder ver las ideas y los principios físicos con una claridad cristalina. Sus archivos llevaron incluso al FBI a investigar sus documentos.

Ahora, más de 100 años después de que el genio presentara su ecuación sobre la gravedad, el equipo de investigación del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), en Alemania, ha probado nuevamente y de manera precisa que Einstein tenía razón.

"Estudiamos un sistema de estrellas compactas, un laboratorio inigualable para probar las teorías de la gravedad en presencia de campos gravitacionales muy fuertes . Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales", afirma el autor del estudio Michael Kramer.

Los investigadores explican que las observaciones no solo están de acuerdo con la teoría, también demostraron efectos que antes no se podían estudiar, como la llamada danza de los púlsares. "Seguimos la propagación de fotones de radio emitidos por un faro cósmico, un púlsar, y rastreamos su movimiento en el fuerte campo gravitacional de un púlsar", explica Ingrid Stairs de la Universidad de British Columbia, en Vancouver (Canadá).

Con velocidades de aproximadamente un millón de kilómetros por hora, es su movimiento rotando entre sí lo que puede usarse "como un laboratorio de gravedad casi perfecto".

(Relacionado: Viajes espaciales a la velocidad de la luz: cuando el cine desafía a la ciencia)

Investigadores de todo el mundo continúan sus esfuerzos para encontrar desviaciones en la relatividad general, lo que abriría una ventana a la nueva física más allá de nuestra comprensión teórica actual del universo.

A continuación te explicamos cómo Einstein comenzó sus experimentos mentales con solo 16 años y cómo esto le llevó finalmente a crear la ecuación más revolucionaria de la física moderna.

Sus descabelladas predicciones de la relatividad acerca del comportamiento de la materia, el espacio y el tiempo han probado ser correctas durante 100 años consecutivos.

Para entonces, el desprecio mal disimulado de Einstein por los métodos educativos rígidos y autoritarios de su Alemania natal ya le había supuesto la expulsión del equivalente actual de instituto, por ello mudó su casa a Zúrich con la esperanza de asistir a la Escuela Politécnica Federal (ETH).Sin embargo, Einstein decidió que primero asistiría durante un año a una escuela en Aarau, una ciudad cercana, para prepararse. La institución hacía hincapié en métodos vanguardistas como el pensamiento independiente y la visualización de conceptos. En ese entorno feliz, pronto empezó a preguntarse cómo sería correr junto a un rayo de luz.

La oficina de Albert Einstein en Princeton, fotografiada horas después de la muerte de Einstein y capturada tal y como la dejó el ganador del Nobel, en Princeton, Nueva Jersey, el 18 de abril de 1955.

Einstein ya había aprendido en la clase de física qué era un rayo de luz: una serie de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se mueven a 299 792 458 metros por segundo, la medida de la velocidad de la luz. Si corriera junto a un rayo de luz a esa velocidad, razonaba Einstein, podría ser capaz de observar una serie de campos magnéticos y eléctricos oscilantes justo a su lado, que en el espacio serían aparentemente estáticos.

Pero eso era imposible. Para empezar, dichos campos estáticos violarían las ecuaciones de Maxwell, las leyes matemáticas que codificaban todo aquello que conocían los físicos del momento sobre la electricidad, el magnetismo y la luz. Las leyes eran (y son) bastante estrictas: cualquier onda en los campos tiene que moverse a la velocidad de la luz y no puede permanecer estática, sin excepciones.

Y lo que es peor: los campos estáticos no encajarían con el principio de relatividad, una noción que los físicos han asumido desde los tiempos de Galileo y la era de Newton en el siglo XVII. Básicamente, la relatividad afirmaba que las leyes de la física no podían depender de la velocidad a la que te movieras; todo lo que podías medir era la velocidad de un objeto en relación a otro.

Pero cuando Einstein aplicó este principio en su experimento mental, originó una contradicción: la relatividad dictaba que cualquier cosa que pudiera ver mientras corriese junto a un rayo de luz, incluyendo los campos estáticos, también debería ser algo que los físicos de la Tierra pudiesen crear en el laboratorio. Pero nunca se había observado algo así.

Einstein dio vueltas a este problema durante otros 10 años, durante sus años de universitario en la ETH y tras mudarse a Berna, capital de Suiza, donde se convirtió en examinador en la oficina de patentes suiza. Allí fue donde consiguió resolver la paradoja de una vez por todas.

No fue tarea fácil. Einstein puso a prueba todas las soluciones en las que pudo pensar, pero nada funcionaba. Empujado por la desesperación, empezó a pensar en una noción simple pero radical. Las ecuaciones de Maxwell funcionan para todo, pensó, pero quizá la velocidad de la luz siempre haya sido constante.

En otras palabras, cuando ves pasar volando un rayo de luz, no importa si su fuente se mueve hacia ti, se aleja de ti o se desplaza hacia un lado, ni tampoco importaría la rapidez a la que se mueve dicha fuente. Siempre medirías la velocidad del rayo a 299 792 458 metros por segundo. Entre otras cosas, eso significaba que Einstein jamás podría ver campos estáticos oscilantes, porque nunca podría atrapar ese rayo de luz.

Esta era la única forma en la que Einstein podía reconciliar las ecuaciones de Maxwell con el principio de relatividad. Aun así, en un principio parecía que su solución tenía un gravísimo defecto. Einstein explicó posteriormente el problema mediante otro experimento mental: imagina disparar un rayo de luz a lo largo de una vía férrea mientras un tren circula en la misma dirección a unos 3200 metros por segundo.

Georges Lemaître (derecha) se reúne con Albert Einstein en el Caltech de Pasadena, California (Estados Unidos), en 1933.

Fotografía de Archives of the Catholic University of Louvain, National Geographic

Alguien que esté junto a las vías mediría la velocidad del rayo de luz mediante el número estándar: 299 792 458 metros por segundo. Si la velocidad de la luz no fuera constante, las ecuaciones de Maxwell tendrían que funcionar de forma diferente dentro del vagón de tren y se habría violado el principio de relatividad, concluyó Einstein.

Esta aparente contradicción dejó a Einstein devanándose los sesos durante casi un año. Más adelante, en una hermosa mañana de mayo de 1905, se dirigía al trabajo con su mejor amigo, Michele Besso, ingeniero al que conocía desde sus días como estudiante en Zúrich. Ambos estaban debatiendo el dilema de Einstein, algo que hacían con frecuencia. Y de repente, Einstein vio la solución. Trabajó toda la noche y cuando se volvieron a ver la mañana siguiente, Einstein le dijo a Besso: "Gracias. He resuelto completamente el problema".

La revelación de Einstein consistía en que los observadores en movimiento relativo experimentan el tiempo de forma diferente: es perfectamente posible que dos acontecimientos tengan lugar de forma simultánea desde la perspectiva de un observador, pero que ocurran en momentos diferentes desde la perspectiva del otro. Y ambos observadores estarían en lo cierto.

Einstein ilustraría posteriormente este argumento mediante otro experimento mental. Imagina que de nuevo tienes un observador que está junto a las vías mientras pasa el tren. Pero este momento, un rayo alcanza el primer y último vagón justo cuando pasa frente a él el vagón central del tren. Debido a que ambos impactos ocurren a la misma distancia del observador, su luz llega al ojo al mismo tiempo. Así que este observador puede afirmar sin equivocarse que ambos han sucedido de manera simultánea.

Mientras tanto, el otro observador está sentado en el punto medio exacto de este tren. Desde su perspectiva, la luz de ambos impactos también tiene que viajar la misma distancia, y del mismo modo medirá la velocidad de la luz como igual en ambas direcciones. Pero debido al movimiento del tren, la luz que procede del rayo en el vagón de cola tiene que viajar más distancia hasta el observador, alcanzándolo unos instantes más tarde respecto a la luz procedente del primer vagón. Debido a que los pulsos de luz han llegado en momentos diferentes, dicho observador solo puede concluir que los impactos no han sido simultáneos y que el impacto frontal sucedió primero.

En resumen, Einstein se dio cuenta de que lo que es relativo es la simultaneidad. Una vez aceptas eso, todos los efectos extraños que asociamos a la relatividad son simplemente una cuestión de álgebra.

Einstein habla durante una clase de "Ciencia y Civilización" en 1933 en el Royal Albert Hall en Londres.

Claves del Universo: las ondas gravitacionales

Desde que Albert Einstein dedujera la existencia de ondas gravitacionales, estos fenómenos cósmicos se han convertido en una pieza principal de nuestro conocimiento del universo. Imágenes de la serie 'Cosmos'.

Einstein redactó rápidamente sus ideas en un estado de euforia extrema y envió su artículo para que fuera publicado pocas semanas después. Le otorgó un título (Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento) que reflejaba su lucha por reconciliar las ecuaciones de Maxwell con el principio de la relatividad. Como conclusión incluyó un agradecimiento a Besso ("a quien agradezco por algunas sugerencias valiosas") lo que garantizó a su amigo ser recordado por la posteridad.

Sin embargo, este primer artículo no fue el último. Einstein siguió obsesionado con la relatividad durante todo el verano de 1905 y en septiembre envió un segundo artículo como una especie de idea adicional.

Estaba basado en otro experimento mental. Imagina un objeto en reposo, escribía. Ahora imagina que espontáneamente emite dos pulsos de luz idénticos en direcciones opuestas. Este objeto permanecerá quieto, pero debido a que cada pulso transporta cierta cantidad de energía, el contenido de energía del propio objeto disminuirá.

Ahora bien, decía Einstein, ¿cómo vería este proceso un observador en movimiento? Desde su perspectiva, el objeto simplemente seguiría moviéndose en línea recta mientras los dos pulsos echan a volar. Pero aunque la velocidad de los pulsos sería la misma (la velocidad de la luz) sus energías serían diferentes: el pulso que se mueve hacia delante, en la dirección del movimiento, tendría una energía mayor que el que se mueve hacia detrás.

Mediante fórmulas algebraicas, Einstein demostró que para que todo esto fuera coherente, el objeto no solo tiene que perder energía cuando emite estos pulsos de luz, sino que también tendría que perder un poco de masa. O, en otras palabras, la masa y la energía son intercambiables.

Einstein escribió una ecuación en la que relacionaba ambos conceptos. Empleando la notación actual, que abrevia la velocidad de la luz mediante la letra c, creó la que probablemente sea la ecuación más famosa de la historia: E = mc².

Vídeos de Albert Einstein en 'Genius', la serie de National Geographic

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La teoría de la relatividad de Einstein explicada en cuatro simples pasos

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Este artículo se publicó por primera vez el 16 de junio de 2017 y ha sido ampliado el 11 de mayo de 2023. La teoría de la relatividad de Albert Einstein es famosa por su predicción de fenómenos bastante extraños pero reales, como el envejecimiento más lento de los astronautas respecto a las personas que vivimos en la Tierra y el cambio en la forma de los objetos a altas velocidades.

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La física atómica es la rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos ( electrones y núcleos atómicos) así como las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales. El estudio de la física atómica incluye a los iones, así como a los átomos neutros y a cualquier otra partícula que sea considerada parte de los átomos. La física atómica incluye tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que puede tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.

La física atómica y la física nuclear tratan cuestiones distintas, la primera trata con todas las partes del átomo, mientras que la segunda lo hace solo con el núcleo del átomo, siendo este último especial por su complejidad. Se podría decir que la física atómica trata con las fuerzas electromagnéticas del átomo y convierte al núcleo en una partícula puntual, con determinadas propiedades intrínsecas de masa, carga y espín.

La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar "ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los relojes atómicos); aumentar la precisión de las mediciones de constantes físicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teorías como la relatividad o el modelo estándar; medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un condensado de Bose-Einstein de pocos átomos).

Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Physics of Atoms and Molecules (2nd Edition edición). Prentice Hall. ISBN 0-582-35692-X.

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La física atómica es la rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos ( electrones y núcleos atómicos) así como las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales.

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CPAN - Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear

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La Física Nuclear estudia la estructura de los núcleos atómicos, que contienen la práctica totalidad de la masa de la materia y donde se producen reacciones que hacen brillar las estrellas o producen energía. Los protones y neutrones que forman el núcleo del átomo se encuentran unidos por la interacción nuclear, de corto alcance. El balance entre la repulsión entre protones y la atracción nuclear de protones y neutrones da lugar a todos los núcleos conocidos.

Para saber cómo aparecen los distintos elementos hemos de conocer cómo se crearon todos los núcleos a partir del hidrógeno primordial. En el origen del Universo solo se crearon hidrógeno y algunos núcleos ligeros como el helio. Los núcleos más grandes se crearon en el interior de las estrellas o en fenómenos violentos como las explosiones de supernovas. La creación de núcleos más pesados que el hierro es más compleja, ya que estos núcleos no pueden crearse por la mera fusión del combustible nuclear de las estrellas.

Para estudiar estos procesos y determinar por qué unos elementos son más abundantes que otros se recrean en el laboratorio condiciones de temperatura y presión extremas que reproducir las reacciones de creación de núcleos pesados. Estos experimentos se llevan a cabo en instalaciones como ISOLDE en el CERN, o FAIR, que se construye en el laboratorio GSI en Alemania.

La Física Nuclear no sólo nos permite responder preguntas sobre cómo está formada la materia o cómo ha evolucionado el Universo. También ha permitido el desarrollo de aplicaciones que van desde las terapias y diagnóstico médicos mediante técnicas como la tomografía por emisión de positrones (PET) o la hadronterapia, hasta la generación de energía o el análisis de obras de arte. En la actualidad, más de la mitad de los aceleradores de partículas repartidos por el mundo están en hospitales para usarse en Medicina.

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El Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN) es una Red Consolider formada por los grupos de investigación españoles en estos campos de la Física. Investigación científica de vanguardia que requiere el desarrollo de tecnologías punteras que posteriormente encuentran aplicaciones en disciplinas como la Medicina.

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La termodinámica es la parte de la física que se encarga de la relación entre el calor y el trabajo. En este apartado estudiaremos:

¿Estás preparado?

Relación entre trabajo y calor

Tanto el calor como el trabajo son modos en que los cuerpos y los sistemas transforman su energía. Esto permite establecer un equivalente mecánico del calor. Observa los siguientes ejemplos:

De trabajo mecánico a calor: Frota dos bloques de hielo, y comprobarás que se derriten, aún cuando estés en una camara frigorífica a una temperatura menor de 0 ºC

De calor a trabajo mecánico: En una máquina de vapor,la expansión del vapor de agua que se calienta produce el desplazamiento del pistón

Trabajo y calor son métodos de transferencia de energía. Utilizan la misma unidad de medida en el Sistema Internacional, el julio ( J ). Además, es habitual utilizar la caloría ( cal ) para medir el calor. La conversión entre calorías y julios viene dada por:

Esta relación entre trabajo y calor, que hoy vemos de manera clara, no lo fue hasta el S. XIX. El estudio del trabajo y del calor eran disciplinas separadas: la mecánica y la termología respectivamente. Así también las unidades en que se medían cada uno, julio y caloría. A mediados del S. XIX el científico inglés James Prescott Joule diseñó un dispositivo capaz de medir el equivalente mecánico del calor, estableciendo, así, la equivalencia señalada.

Experimento de Joule

Joule ideó una mágina conformada por una pesa unida a unas aspas por medio de un sistema de poleas, que se encuentran sumergidas en un recipiente de vidrio lleno de agua. Cuando se deja caer la pesa desde la posición A hasta B, tal y como se muestra en la figura, esta pierde su energía potencial invirtiéndose en girar las aspas dentro del líquido. La fricción de las aspas con el agua provoca un aumento de la temperatura del mismo. A partir de los resultados obtenidos con esta máquina se obtuvo la equivalencia establecida anteriormente:

¿Qué estudia la termodinámica?

La termodinámica proviene de dos disciplinas separadas hasta el S.XIX, la termología y la mecánica. La primera se encargaba de los fenómenos exclusivamente térmicos y la segunda trataba el movimiento, la fuerza y el trabajo.

La termodinámica es la parte de la física que estudia las transferencias de calor, la conversión de la energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. Las leyes de la termodinámica explican los comportamientos globales de los sistemas macroscópicos en situaciones de equilibrio.

Tiene las siguientes características:

Se aplica al estudio de sistemas que contienen muchas partículas y no al estudio de moléculas, átomos o partículas subatómicas

Estudia el sistema en situaciones de equilibrio, que son aquellas a las que sistema tiende a evolucionar y caracterizadas porque en ellas todas las propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas

Sus postulados son indemostrables, están basados en las experiencias y no en razonamientos teóricos

Es importante que te familiarices con los conceptos que vamos a introducir a continuación, pues, aunque en una primera aproximación pueden parecer algo abstractos, te permitirían estudiar el comportamiento de sistemas concretos ( un motor, un inflador de aire, etc ) con bastante precisión.

Componentes de un sistema termodinámico

Sistema

El sistema es la parte del universo que vamos a estudiar. Por ejemplo, un gas, nuestro cuerpo o la atmósfera son ejemplos de sistemas que podemos estudiar desde el punto de vista termodinámica.

Entorno o ambiente

Todo aquello que no es sistema y que se sitúa alrededor de él, se denomina ambiente o entorno. Los sistemas interaccionan con el entorno transfiriendo masa, energía o las dos cosas. En función de ello los sistemas se clasifican en:

Masa y energía (trabajo o calor)

Reacción química en tubo de ensayo abierto

Ni materia ni energía

Termo para mantener bebidas a temperatura constante

Adiabático
Ni materia ni calor, pero si energía en forma de trabajo

Termo con tapa que permita variar volumen

Frontera o paredes del sistema

A través de ellas se comunica el sistema con el entorno. Existen los siguientes tipos:

Fijas: Mantienen el volumen constante

Móviles: El volumen es variable y depende de la presión en el lado del sistema y de la del entorno

Conductoras o diatérmanas: Al conducir calor permiten que la temperatura a ambos lados de la misma sea igual

Adiabáticas: No conducen calor. Son los aislantes térmicos

Variables y ecuación de estado

Las variables de estado son el conjunto de valores que adoptan ciertas variables físicas y químicas y que nos permiten caracterizar el sistema. A las variables de estado también se las llama funciones de estado. No todos los sistemas termodinámicos tienen el mismo conjunto de variables de estado. En el caso de los gases son:

Las variables de estado de una sustancia se relacionan a través de una ecuación de estado propia de la sustancia de manera que, estableciendo un valor a varias de ellas, quedan determinadas el resto. Por ejemplo, se comprueba experimentalmente que si establecemos el volumen y la temperatura de una determinada cantidad de un gas, su presión no se puede modificar. En este tema nos centraremos a menudo en el estudio de los gases, además de por su relativa simplicidad, por ser de gran interés para el estudio de sistemas termodinámicos como por ejemplo el motor de la máquina de vapor, precursor de los actuales motores.

La ecuación de estado de los gases ideales sigue la expresión:

Donde:

p : Presión. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el pascal ( Pa ) aunque también se suele usar la atmósfera ( atm ). 1 atm = 101325 Pa

V : Volumen. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es metro cúbico () aunque también se suele usar el litro ( l o L ). 1 L = 1 =10⁻³

n : Número de moles. Se trata de una unidad de masa. Un mol de una sustancia se compone del número de Avogadro, = 6.023·10²³ de moléculas de esa sustancia, y su peso coincide con la masa molecular de la sustancia expresada en gramos. La unidad de medida en el Sistema Internacional para el número de moles es el mol ( mol )

R : Constante universal de los gases. Su valor en unidades del Sistema Internacional es R = 8.31 J / mol·K, aunque también se usa R = 0.083 atm·l / mol·K

T : Temperatura. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvin ( K ) aunque también se suele usar el grado centígrado o celsius ( ºC ). T = + 273.15

Recuerda que un gas ideal no es más que un gas teórico en el que sus partículas, con desplazamiento aleatorio, no interactúan entre sí. La mayoría de los gases reales, a temperaturas relativamente altas y presiones pequeñas pueden considerarse gases ideales y por tanto podemos aplicar esta expresión como su ecuación de estado en los ejercicios de este tema.

Finalmente, decimos que un sistema ha alcanzado el estado de equilibrio cuando sus variables de estado permanecen constantes. Todas las propiedades del sistema en equilibrio quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas. La termodinámica sólo se ocupa de sistemas en estado de equilibrio.

Variables intensivas y extensivas

Intensivas: Son aquellas que no dependen del tamaño del sistema. Por ejemplo la presión, la temperatura, la concentración o la densidad

Extensivas: Son aquellas que dependen del tamaño del sistema. Por ejemplo el volumen, la masa o la energía

Las leyes de la termodinámica

Las leyes de la termodinámica son principios empíricos que no se pueden demostrar por estar basados en la experiencia y no en razonamientos teóricos. Están referidos a sistemas en estado de equilibrio. Son cuatro, aunque los más importantes son el primero y el segundo:

Criterio de signos en termodinámica

Existen dos criterios de signos ampliamente extendidos en termodinámica para relacionar el trabajo y el calor que intercambia un sistema con el entorno:

1. Criterio de la IUPAC: Se considera positivo todo lo que aumenta la energía del sistema, es decir, calor recibido y trabajo recibido

2. Criterio Tradicional: Se considera positivo el calor recibido por el sistema y el trabajo que realiza el sistema sobre el entorno. Este criterio es util en el estudio de máquinas térmicas en el que interesa que el trabajo realizado por las máquinas (el sistema) sea positivo

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La termodinámica es la parte de la física que se encarga de la relación entre el calor y el trabajo. En este apartado estudiaremos: ¿Estás preparado? Tanto el calor como el trabajo son modos en que los cuerpos y los sistemas transforman su energía. Esto permite establecer un equivalente mecánico del calor.

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Te explicamos qué es la óptica, su historia, impacto en otras ciencias y en qué se diferencian la óptica física, la geométrica y la moderna.

La óptica es una rama de la física que se dedica al estudio de la luz visible: sus propiedades y su comportamiento. También analiza sus eventuales aplicaciones en la vida del ser humano, como es la construcción de instrumentos para detectarla o valerse de ella.

La luz ha sido definida por la óptica como una franja de emisiones electromagnéticas, cuyo comportamiento es similar al de otras formas invisibles (para nosotros) del espectro electromagnético, como la radiación ultravioleta o infrarroja.

Esto significa que su comportamiento puede ser descrito según la mecánica de ondas (excepto en contextos muy específicos en los que la luz actúa como una partícula) y los planteamientos de la electrodinámica clásica de la luz.

La óptica es un campo de investigación muy importante y que nutre de herramientas a las demás ciencias, especialmente a la astronomía, la ingeniería, la fotografía y la medicina (oftalmología y optometría). A ella debemos la existencia de espejos, lentes, telescopios, microscopios, láseres y sistemas de fibra óptica.

Puede servirte: Velocidad de la luz

El campo de la óptica ha sido parte de las preocupaciones del ser humano desde tiempos antiguos. Los primeros intentos de lentes conocidos datan del antiguo Egipto o la antigua Mesopotamia, como el lente de Nirmud (700 a. C.) fabricado en Asiria.

Los antiguos griegos también se preocuparon por entender la naturaleza de la luz, que comprendían en base a dos perspectivas: su recepción o visión y su emisión, ya que los antiguos griegos pensaban que los objetos emitían copias de sí mismos mediante la luz (llamadas eidola). Filósofos como Deócrito, Epicuro, Platón y Aristóteles estudiaron profusamente la óptica.

Al relevo de estos estudiosos lo constituyeron los alquimistas y científicos islámicos durante la época medieval europea, como Al-Kindi (c. 801-873) y en especial Abu Ali-al-Hasan o Alhazén (965-1040), considerado el padre de la óptica por su Libro de óptica (siglo XI), donde explora los fenómenos de la refracción y reflexión.

El Renacimiento europeo llevó ese conocimiento a Occidente, en especial gracias a Roberto Grosseteste y Roger Bacon. Los primeros anteojos prácticos se fabricaron en Italia alrededor de 1286. Desde entonces, la aplicación de lentes ópticos a distintos fines científicos no ha cesado.

Gracias a la óptica, genios de la talla de Copérnico, Galileo Galilei y Johannes Kepler pudieron llevar a cabo sus estudios astronómicos. Más adelante, los primeros microscopios permitieron el descubrimiento de la vida microbiana y el inicio de la biología y la medicina modernas. La Revolución Científica entera se debe, en gran medida, al aporte de la óptica.

La óptica física es aquella que considera la luz como una onda propagándose en el espacio. Es la rama de la óptica que más fiel se mantiene a los principios y razonamientos de la física, echando mano a conocimientos previos como las Ecuaciones de Maxwell, por citar un ejemplo importante.

De esa manera, se preocupa por fenómenos físicos como la interferencia, polarización o difracción. Además, propone modelos predictivos para saber cómo se comportará la luz ante determinadas situaciones o en determinados medios, cuando no sistemas de simulación numérica.

La óptica geométrica nace de la aplicación geométrica de las leyes fenomenológicas en torno a la refracción y la reflexión de Willebrord Snel van Royen (1580-1626), el científico holandés conocido como Snell.

Para ello, esta rama de la óptica parte de la existencia de un rayo luminoso, cuyo comportamiento es descrito mediante las reglas de la geometría para hallar fórmulas correspondientes a lentes, espejos y dioptrios. De ese modo es posible estudiar fenómenos como los arcoíris, la propagación de la luz y los prismas. Todo ello empleando el lenguaje de las matemáticas.

La rama contemporánea de la óptica surge con la física cuántica y los nuevos campos del saber que esta última hizo posible, así como sus eventuales aplicaciones de la mano de la ingeniería. De ese modo, la óptica moderna comprende una enorme variedad de campos nuevos de investigación respecto a la luz y sus aplicaciones, que incluyen:

Los mecanismos de láser (amplificación de la luz por emisión simulada de radiación).

Las células fotoeléctricas, luces LED y metamateriales.

La optoelectrónica, de la mano de la informática, y el procesamiento digital de imágenes.

La ingeniería de la iluminación, con aplicaciones en la fotografía, el cine y otros campos.

La óptica cuántica y el estudio físico del fotón como partícula lumínica y onda lumínica a la vez.

La óptica atmosférica y la comprensión de los procesos lumínicos atmosféricos.

Sigue con: Teoría del color

Referencias:

Última edición: 22 de junio de 2020. Cómo citar: "Óptica". Autor: María Estela Raffino. De: Argentina. Para: Concepto.de. Disponible en: https://concepto.de/optica/. Consultado: 04 de agosto de 2020.

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Te explicamos qué es la óptica, su historia, impacto en otras ciencias y en qué se diferencian la óptica física, la geométrica y la moderna. La óptica es una rama de la física que se dedica al estudio de la luz visible: sus propiedades y su comportamiento.

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La estática es la rama de la física que analiza los cuerpos en reposo: fuerza, par / momento y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo. La primera ley de Newton implica que la fuerza neta y el par neto (también conocido como momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero. De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión. La red de fuerzas de igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio, y el par neto igual a cero se conoce como la segunda condición de equilibrio. Un cuerpo esta en reposo cuando su velocidad es igual a cero y está en equilibrio cuando la aceleración es igual a cero.

El punto de aplicación de la resultante de la fuerza de gravedad que la Tierra ejerce sobre todas y cada una de las partículas que se encuentran constituidas por un cuerpo se llama centro de gravedad.

El equilibrio puede ser de tres clases:

Estable: Un péndulo, plomada o campana.(el centro de gravedad está por debajo del punto de suspensión)

Inestable: Un bastón sobre su punta.(el centro de gravedad está por encima del punto de suspensión)

Indiferente o neutro: Una rueda en su eje.(el centro de gravedad y punto de suspensión son coincidentes)

Se llama momento de una fuerza (Mf) con respecto a un eje de rotación al producto resultante de multiplicar la intensidad de la fuerza por la distancia que existe entre la recta de acción de la fuerza y el eje de rotación. A esta distancia se le llama brazo de la fuerza.

Análisis del equilibrio

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Estas dos condiciones, mediante el álgebra lineal, se convierten en un sistema de ecuaciones; la resolución de este sistema de ecuaciones es la solución de la condición de equilibrio.

Existen métodos de resolución de este tipo de problemas estáticos mediante gráficos, heredados de los tiempos en que la complejidad de la resolución de sistemas de ecuaciones se evitaba mediante la geometría, si bien actualmente se tiende al cálculo por ordenador.

Para la resolución de problemas hiperestáticos (aquellos en los que el equilibrio se puede alcanzar con distintas combinaciones de esfuerzos) es necesario considerar ecuaciones de compatibilidad. Dichas ecuaciones adicionales de compatibilidad se obtienen mediante la introducción de deformaciones y tensiones internas asociadas a las deformaciones mediante los métodos de la mecánica de sólidos deformables, que es una ampliación de la mecánica del sólido rígido que, además, da cuenta de la deformabilidad de los sólidos y sus efectos internos.

Existen varios métodos clásicos basados en la mecánica de sólidos deformables, como los teoremas de Castigliano o las fórmulas de Navier-Bresse.

Suma de fuerzas

Cuando sobre un cuerpo o sólido rígido actúan varias fuerzas que se aplican en el mismo punto, el cálculo de la fuerza resultante resulta trivial: basta sumarlas vectorialmente y aplicar el vector resultante en el punto común de aplicación.

Sin embargo, cuando existen fuerzas con puntos de aplicación diferentes es necesario determinar el punto de aplicación de la fuerza resultante. Para fuerzas no paralelas esto puede hacerse sumando las fuerzas dos a dos. Para ello se consideran dos de las fuerzas que trazan rectas prolongando las fuerzas en ambos sentidos y buscando su intersección. Esa intersección será un punto de paso de la fuerza suma de las dos. A continuación se substituyen las dos fuerzas por una única fuerza vectorial suma de las dos anteriores aplicada en el punto de intersección. Esto se repite n-1 veces para un sistema de n fuerzas y se obtiene el punto de paso de la resultante. En el caso límite del que se tengan n fuerzas paralelas puede emplearse el polígono funicular para hallar el punto de paso de la resultante.

Aplicaciones

Por esta cuestión es que la estática resulta ser una materia indispensable en carreras y trabajos como los que llevan a cabo la ingeniería estructural, mecánica y de construcción, ya que siempre que se quiera construir una estructura fija, como ser, un edificio, en términos un poco más extendidos, los pilares de un rascacielos, o la viga de un puente, será necesario e indiscutible su participación y estudio para garantizar la seguridad de aquellos que luego transiten por las mencionadas estructuras.

La estática abarca el estudio del equilibrio tanto del conjunto como de sus partes constituyentes, incluyendo las porciones elementales de material.

Uno de los principales objetivos de la estática es la obtención de esfuerzos cortantes, fuerza normal, de torsión y momento flector a lo largo de una pieza, que puede ser desde una viga de un puente o los pilares de un rascacielos.

Su importancia reside en que una vez trazados los diagramas y obtenidas sus ecuaciones, se puede decidir el material con el que se construirá, las dimensiones que deberá tener, límites para un uso seguro, etcétera, mediante un análisis de materiales. Por tanto, resulta de aplicación en ingeniería estructural, ingeniería mecánica, construcción, siempre que se quiera construir una estructura fija. Para el análisis de una estructura en movimiento es necesario considerar la aceleración de las partes y las fuerzas resultantes.

El estudio de la Estática suele ser el primero dentro del área de la ingeniería mecánica, debido a que los procedimientos que se realizan suelen usarse a lo largo de los demás cursos de ingeniería mecánica.

Sólidos y análisis estructural

La estática se utiliza en el análisis de las estructuras, por ejemplo, en arquitectura e ingeniería estructural y la ingeniería civil. La resistencia de los materiales es un campo relacionado de la mecánica que depende en gran medida de la aplicación del equilibrio estático. Un concepto clave es el centro de gravedad de un cuerpo en reposo, que constituye un punto imaginario en el que reside toda la masa de un cuerpo. La posición del punto relativo a los fundamentos sobre los cuales se encuentra un cuerpo determina su estabilidad a los pequeños movimientos. Si el centro de gravedad se sitúa fuera de las bases y, a continuación, el cuerpo es inestable porque hay un par que actúa: cualquier pequeña perturbación hará caer al cuerpo. Si el centro de gravedad cae dentro de las bases, el cuerpo es estable, ya que no actúa sobre el par neto del cuerpo. Si el centro de gravedad coincide con los fundamentos, entonces el cuerpo se dice que es metaestable.

Para poder saber el esfuerzo interno o la tensión mecánica que están soportando algunas partes de una estructura resistente, pueden usarse frecuentemente dos medios de cálculo:

La comprobación por nudos.

La comprobación por secciones.

Para lograr obtener cualquiera de estas dos comprobaciones se debe tomar en cuenta la sumatoria de fuerzas externas en la estructura (fuerzas en x y en y), para luego comenzar con la comprobación por nudos o por sección. Aunque en la práctica no siempre es posible analizar una estructura resistente exclusivamente mediante las ecuaciones de la estática, y en esos casos deben usarse métodos más generales de resistencia de materiales, teoría de la elasticidad, mecánica de sólidos deformables y técnicas numéricas para resolver las ecuaciones a las que esos métodos llevan, como el popular método de los elementos finitos.se puede utilizar en poleas.

Véase también

Referencias

Bibliografía

Beer, F.P. and Johnston Jr, E.R. (1992). Statics and Mechanics of Materials. McGraw-Hill, Inc.

Beer, Johnston, and Eisenberg (2009). Vector Mechanics for Engineers: Statics, 9th Ed. McGraw Hill. .

Enlaces externos

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La estática es la rama de la física que analiza los cuerpos en reposo: fuerza, par / momento y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo.

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La mecánica (en griego, Μηχανική y en latín, mēchanica) o arte de construir una máquina es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.​ Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos. En ese enfoque la mecánica estudia también las ecuaciones de evolución temporal de sistemas físicos como los campos electromagnéticos o los sistemas cuánticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos físicos.

El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales:

La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como estas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.

Esta rama de la física tiene sus orígenes en la Antigua Grecia con los escritos de Aristóteles y Arquímedes.​​​ Durante el período moderno temprano, científicos como Galileo, Kepler y Newton sentaron las bases de lo que ahora se conoce como mecánica clásica. Es una rama de la física clásica que se ocupa de partículas que están en reposo o que se mueven con velocidades significativamente menores que la velocidad de la luz. También se puede definir como una rama de la ciencia que se ocupa del movimiento y las fuerzas sobre cuerpos que no están en el reino cuántico. Hoy en día, el campo se conoce menos en términos de teoría cuántica.

La mecánica clásica está formada por áreas de estudio que van desde la mecánica del sólido rígido y otros sistemas mecánicos con un número finito de grados de libertad, a sistemas como la mecánica de medios continuos (sistemas con infinitos grados de libertad). Existen dos formulaciones diferentes, que difieren en el grado de formalización para los sistemas con un número finito de grados de libertad:​

Aplicados al espacio euclídeo tridimensional y a sistemas de referencia inerciales, las dos formulaciones son básicamente equivalentes.

El supuesto básicos que caracteriza a la mecánica clásica es la predictibilidad: teóricamente infinita, matemáticamente si en un determinado instante se conociera (con precisión infinita) las posiciones y velocidades de un sistema finito de N partículas teóricamente pueden ser conocidas las posiciones y velocidades futuras, ya que en principio existen las funciones vectoriales que proporcionan las posiciones de las partículas en cualquier instante de tiempo. Estas funciones se obtienen de unas ecuaciones generales denominadas ecuaciones de movimiento que se manifiestan de forma diferencial relacionando magnitudes y sus derivadas. Las funciones se obtienen por integración, una vez conocida la naturaleza física del problema y las condiciones iniciales.​

Existen otras áreas de la mecánica que cubren diversos campos aunque no tienen carácter global. No forman un núcleo fuerte para considerarse como disciplina:

Mecánica de medios continuos

Mecánica estadística

Mecánica de medios continuos

La mecánica de medios continuos trata de cuerpos materiales extensos deformables y que no pueden ser tratados como sistemas con un número finito de grados de libertad.​ Esta parte de la mecánica trata a su vez de:

La mecánica de medios continuos usual es una rama de generalización de la mecánica clásica, aunque durante la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron formulaciones relativistas de los medios continuos, aunque no existe un análogo cuántico equivalente ya que dicha teoría interpreta los medios continuos en forma de partículas.

También existe la mecánica de medios continuos relativistas, aunque existen algunos problemas abiertos en relación con las generalizaciones relativistas de la mecánica de medios clásicas. Por otro lado, no hay generalizaciones cuánticas que sean el análogo cuántico de la mecánica de medios continuos.

Mecánica estadística

La mecánica estadística trata de sistemas con muchas partículas y que por tanto tienen un número elevado de grados de libertad, al punto que no resulta posible escribir todas las ecuaciones de movimiento involucradas y, en su defecto, trata de resolver aspectos parciales del sistema por métodos estadísticos que dan información útil del comportamiento global del sistema sin especificar qué sucede con cada partícula del sistema.​ Los resultados obtenidos coinciden con los resultados de la termodinámica. Usa tanto formulaciones de la mecánica hamiltoniana como formulaciones de la teoría de probabilidad. Existen estudios de mecánica estadística basados tanto en la mecánica clásica como en la mecánica cuántica.

La mecánica relativista o teoría de la relatividad ​ comprende:

La Teoría de la relatividad especial, que describe adecuadamente el comportamiento clásico de los cuerpos que se mueven a grandes velocidades en un espacio-tiempo plano (no-curvado).​

La Teoría general de la relatividad, que generaliza la anterior describiendo el movimiento en espacios-tiempo curvados, además de englobar una teoría relativista de la gravitación que generaliza la teoría de la gravitación de Newton.​

Existen varias propiedades interesantes de la dinámica relativista, entre ellas:​

La fuerza y la aceleración no son en general vectores paralelos en una trayectoria curva, ya que la relación entre la aceleración y la fuerza tangenciales es diferente que la que existe entre la aceleración y fuerza normales. Tampoco la razón entre el módulo de la fuerza y el módulo de la aceleración es constante, ya que en ella aparece el inverso del factor de Lorentz, que es decreciente con la velocidad, llegando a ser nulo a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

El intervalo de tiempo medido por diferentes observadores en movimiento relativo no coincide, por lo que no existe un tiempo absoluto, y no puede establecerse un presente común a todos los observadores, aunque se mantienen relaciones de casualidades estrictas.

Otro hecho interesante de la mecánica relativista es que elimina la acción a distancia. Las fuerzas que experimenta una partícula en el campo gravitatorio o electromagnético provocado por otras partículas depende de la posición de las partículas en un instante anterior, siendo el "retraso" en la influencia que ejercen unas partículas sobre otras del orden de la distancia dividida entre la velocidad de la luz:

Sin embargo, a pesar de todas estas diferencias, la mecánica relativista es mucho más similar a la mecánica clásica desde un punto de vista formal, que por ejemplo la mecánica cuántica. La mecánica relativista sigue siendo una teoría estrictamente determinista.

La mecánica cuántica trata con sistemas mecánicos de pequeña escala o con energía muy pequeña (y ocasionalmente sistemas macroscópicos que exhiben cuantización de alguna magnitud física).​ En esos casos los supuestos de la mecánica clásica no son adecuados. En particular el principio de determinación por el cual el estado futuro del sistema depende por completo del estado actual no parece ser válido, por lo que los sistemas pueden evolucionar en ciertos momentos de manera no determinista (ver postulado IV y colapso de la función de onda), ya que las ecuaciones para la función de onda de la mecánica cuántica no permiten predecir el estado del sistema después de una medida concreta, asunto conocido como problema de la medida. Sin embargo, el determinismo también está presente porque entre dos medidas filtrantes el sistema evoluciona de manera determinista de acuerdo con la ecuación de Schrödinger.

La evolución no determinista y las medidas sobre un sistema, están regidas por un enfoque probabilístico. En mecánica cuántica este enfoque probabilístico, lleva por ejemplo en el enfoque más común renunciar al concepto de trayectoria de una partícula. Peor aún el concepto la interpretación de Copenhague renuncia por completo a la idea de que las partículas ocupen un lugar concreto y determinado en el espacio-tiempo. La estructura interna de algunos sistemas físicos de interés como los átomos o las moléculas solo pueden ser explicados mediante un tratamiento cuántico, ya que la mecánica clásica hace predicciones sobre dichos sistemas que contradicen la evidencia física. En ese sentido la mecánica cuántica se considera una teoría más exacta o más fundamental que la mecánica clásica que actualmente solo se considera una simplificación conveniente de la mecánica cuántica para cuerpos macroscópicos.

También existe una mecánica estadística cuántica que incorpora restricciones cuánticas en el tratamiento de los agregados de partículas.

La mecánica cuántica relativista trata de juntar la mecánica relativista y mecánica cuántica, aunque el desarrollo de esta teoría lleva a la conclusión de que en un sistema cuántico relativista el número de partículas no se conserva y de hecho no puede hablarse de una mecánica de partículas, sino simplemente de una teoría cuántica de campos. Esta teoría logra aunar principios cuánticos y teoría de la relatividad especial (aunque no logra incorporar los principios de la relatividad general). Dentro de esta teoría, no se consideran ya estados de las partículas sino del espacio-tiempo. De hecho cada uno de los estados cuánticos posibles del espacio tiempo viene caracterizado por el número de partículas de cada tipo representadas por campos cuánticos y las propiedades de dichos campos.​

Es decir, un universo donde existan partículas del tipo i en los estados cuánticos E ₁, ..., E Ni representa un estado cuántico diferente de otro estado en el que observamos en mismo universo con un número diferente de partículas. Pero ambos "estados" o aspectos del universo son dos de los posibles estados cuánticos físicamente realizables del espacio-tiempo. De hecho la noción de partícula cuántica es abandonada en la teoría cuántica de campos, y esta noción se substituye por la de campo cuántico. Un campo cuántico es una aplicación que asigna a una función suave sobre una región del espacio-tiempo un operador autoadjunto. La función suave representa la región donde se mide el campo, y los valores propios del operador número asociado al campo el número de partículas observables a la hora de realizar una medida de dicho campo.

Enlaces externos

Referencias

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Mecánica - Wikipedia, la enciclopedia libre

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La mecánica (en griego, Μηχανική y en latín, mēchanica) o arte de construir una máquina es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.​ Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos.

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La física moderna tiene sus comienzos a principios del siglo XX. En la época cuando el alemán Max Planck investigó sobre el "cuanto" de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles. También explicaba que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica, por ello nace esta nueva rama de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. A esta rama de la Física también se le llama física cuántica. Anteriormente, la física clásica no servía para resolver todos los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, lo que provocó dificultades para adaptarse a las nuevas ideas. Los temas tratados anteriormente no podían ser resueltos por la física clásica. trata de explicar los fenómenos que ocurren a nivel sub atómico, en especial las colisiones de partículas.

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La física moderna tiene sus comienzos a principios del siglo XX. En la época cuando el alemán Max Planck investigó sobre el "cuanto" de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles.

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Qué es la física clásica:

La física clásica o física newtoniana es una disciplina que se basa en las leyes básicas del movimiento sobre los objetos cotidianos.

La física clásica se conoce como tal, con la publicación en 1687 de las Leyes de Newton, formulación matemática de Isaac Newton (1643-1727) en su obra Philosophiae naturalis principia mathematica. Las Leyes de Newton son la base de la física y de la mecánica clásica.

La física clásica se divide en las siguientes disciplinas:

Cinemática

Mecánica clásica

Hidrostática e hidrodinámica

Termodinámica

Ondas y óptica

Electricidad y magnetismo (posterior electromagnetismo)

Diferencia entre física clásica y física moderna

La física moderna nace en el siglo XX con el nacimiento, por un lado, de la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein publicado en 1905 y, por otro lado, de la mecánica cuántica conocida como la ciencia que estudia el comportamiento de las partículas a nivel atómico y subatómico.

Vea también: Física moderna

Las Leyes de Newton

La física clásica se fundamenta en las tres leyes de Newton:

Primera Ley de Newton o Ley de inercia

La Primera Ley de Newton afirma que un objeto se mantendrá en reposo o en Movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.) a no ser que una fuerza externa actúe sobre él.

Esta ley solo se aplica a los problemas estándares de los objetos que tienen una fuerza interna neta de 0. Además, los objetos también se caracterizan por sufrir ficción de dos fuerzas: la fuerza de movimiento circular y la fuerza de gravedad.

Para ejemplificar la primera Ley de Newton imaginemos a una persona girando sobre sí misma con los brazos estirados sosteniendo una cuerda con una pelota en su extremo. La pelota tendrá una órbita circular en torno a la persona. Si la cuerda se rompe, la pelota seguirá en la línea recta donde la cuerda dejó a la pelota, dibujando un movimiento rectilíneo uniforme.

Vea también Movimiento rectilíneo uniforme.

Segunda Ley de Newton o Principio fundamental de la dinámica

La Segunda Ley de Newton o Principio fundamental de la dinámica fue un avance el estudio del movimiento, ya que, no se enfocaba solamente a describir el movimiento sino a determinar sus causas mediante la siguiente fórmula:

Donde F representa la fuerza neta del objeto, m es la masa del objeto y a es la aceleración. Esta fórmula ayuda a estudiar los resultados que una misma fuerza ejerce sobre objetos de diferente masa.

Ver también Segunda Ley de Newton

Tercera Ley de Newton o Principio de acción-reacción

La Tercera Ley de Newton estipula que todas las fuerzas del Universo ocurren en pares, o sea, tienen una fuerza de igual magnitud pero opuesta. Esto indica la inexistencia de fuerzas aisladas y constituye uno de los principios fundamentales sobre la simetría del Universo.

La Tercera Ley indica que si existe una fuerza externa, tal fuerza será contrarrestada por otra igual pero en la dirección opuesta. La Ley también aplica a las fuerzas internas que la mantienen de este modo en reposo, ya que, no conseguirá producir fuerza neta sobre la totalidad del sistema para ponerse en movimiento. Sólo la interacción con otro objeto externo podrá moverlo.

Vea también:

Cómo citar: Editorial, Equipo (25/09/2020). "Física Clásica". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/fisica-clasica/ Consultado:

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La física es la ciencia que estudia la Naturaleza en su sentido más amplio. La física es la ciencia básica que estudia el cosmos, es decir, el todo desde el punto de vista científico. Aunque, aparentemente, la física consiste en buscar o encontrar una materialización de la realidad observable, no es así. Lo que ocurre es que la matemática es el idioma en que se puede expresar con mayor precisión lo que se dice en física.

Desde un punto de vista aplicado, el campo de la física es mucho más amplio, ya que se utiliza, por ejemplo, en la explicación de la aparición de propiedades emergentes, más típicos de otras ciencias como Sociología y Biología. Esto hace que la física y sus métodos se pueda aplicar y utilizar en otros campos de la ciencia y se utilicen para cualquier tipo de investigación científica.

La física es una de las Ciencias Naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del hombre porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar explicación a los diferentes fenómenos de la naturaleza, que se presentan cotidianamente en nuestra vida diaria. Como por ejemplo, algo tan común para algunas personas como puede ser la lluvia, entre muchos otros.

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Instrucciones: Analiza el vídeo que se proporciona en base a ello elabora un mapa mental interconectando cada una de las ramas de la física según corresponda.

NOTA: Para ello mueve cada uno de los recuadros seleccionando con un click sostenido arrastrando y acomodando según corresponda a la clasificación de la física clásica o moderna, posteriormente con la flecha apuntadora del mouse selecciona con un click en los tres puntitos buscando la opción conectar a una publicación.

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Aplicaciones basadas en ubicación usando Google Maps y otras APIs #devHangout 143 con @DezkaReid