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Victor Hugo Chavez Freire
Historia y Filosofía de Física

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INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA DE HISTORIA Y FILOSOFÍA DE LA FÍSICA

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INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA DE HISTORIA Y FILOSOFÍA DE LA FÍSICA

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Mediciones científicas
Las mediciones son una característica distintiva de la buena ciencia, las mediciones científicas no son algo nuevo, sino que se remontan a tiempos antiguos. se hicieron mediciones bastante exactas de los tamaños de la Tierra, la Luna y el Sol, así como de las distancias entre ellos.

Ciencia, arte y religión
La ciencia es el cuerpo de conocimiento que describe el orden dentro de la naturaleza y las causas de dicho orden. La ciencia también es una actividad humana continua que representa los esfuerzos, hallazgos y sabiduría colectivos de la raza humana, una actividad que se dedica a reunir conocimiento sobre el mundo y a organizarlo y condensarlo en leyes y teorías verificables. La ciencia y la religión también tienen similitudes, pero en esencia son diferentes, principalmente debido a que sus dominios son distintos. Las creencias y prácticas religiosas, por lo general, implican la fe en un ser supremo, y su adoración, además de la creación de la comunidad humana, no las prácticas de la ciencia.

El nacimiento de la física
La ciencia, que alguna vez fue llamada filosofía natural, abarca el estudio de las cosas vivas y de las no vivas, las ciencias de la vida y las ciencias físicas. Antes del desarrollo del método experimental, los primeros científicos o filósofos naturales, aplicaban la razón a lo que veían a su alrededor y presentaron teorías para explicarlo. Por ejemplo, cómo los cuerpos celestiales parecen moverse a través del espacio, muchos de nuestros antepasados llegaron a la conclusión de que la Tierra era el centro del Universo y que todo giraba a su alrededor. Muchas creencias supersticiosas y religiosas tienen sus raíces en la explicación de la observación del mundo.

Física: la ciencia básica
La ciencia, que alguna vez fue llamada filosofía natural, abarca el estudio de las cosas vivas y de las no vivas, las ciencias de la vida y las ciencias físicas. Antes del desarrollo del método experimental, los primeros científicos o filósofos naturales, aplicaban la razón a lo que veían a su alrededor y presentaron teorías para explicarlo. Por ejemplo, cómo los cuerpos celestiales parecen moverse a través del espacio, muchos de nuestros antepasados llegaron a la conclusión de que la Tierra era el centro del Universo y que todo giraba a su alrededor. Muchas creencias supersticiosas y religiosas tienen sus raíces en la explicación de la observación del mundo

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Cuestiones iniciales

En un principio, la indagación en la naturaleza de las cosas consistía en una amalgama de lo que hoy concebiríamos como filosofía.

El estudioso de la física absorbe la filosofía operacionalista desde el comienzo mismo: la encuentra tanto en libros de texto y cursos como en discusiones de seminario.

Los primeros filósofos naturales

Aplicaban la razón a todo aquello que veían a su alrededor y presentaban teorías para poder explicarlo

La primera persona en tratar de explicar el mundo natural fue Tales de Mileto

El primer científico verdadero fue Aristóteles, quien a su vez fue discipulo de Platón.

Aristóteles abogaba por una investigación completa de todo lo escrito previamente de un tema.

Del empirismo al experimento

El brillante Ibn Al Ibn AlHaytham (965 –- Hassan 1039) elaboró un procedimiento similar al método experimental moderno.

Los avances del Islam al final obstaculizaron las actividades de los científicos árabes.

Los escritores del periodo del Renacimientos del siglo XII empezaron a integrar el método científico embrionarios con sus propios estudios.

Francis Bacon creía que los resultados de los experimentos podían ayudar a desentrañar teorías contradictorias y ayudar a la humanidad a avanzar hacia la verdad.

La revolución científica

Galileo fue un gran partidario del razonamiento inductivo.

Robert Hooke, era uno de los primeros curadores de los experimentos de dicha sociedad, aunque en un principio, muchos de sus avances eran publicados de forma anónima.

La mejor herramienta científica: el cerebro

Aristóteles presentó modelos para la naturaleza de la materia y el comportamiento de los cuerpos bajo condiciones diferentes que funcionaban con lo que ya se sabía.

Albert Ein stein (1879 1955) revolucionó la física y el punto de vista científico del universo, usando solo pluma y papel.

Ahora tienen computadoras que les permiten llevar a cabo cálculos con tal rapidez que hubieran tardado vidas enteras en un pasado no tan distante.

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FILOSOFÍA Y CIENCIA EN LA ANTIGUA GRECIA

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FILOSOFÍA Y CIENCIA EN LA ANTIGUA GRECIA

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Enfoque científico

La civilización griega es rica en historia, cultura, filosofía y ciencia, ellos creian en varias deidades como: Zeus, Poseidón, ect.

Con la caída del museo de Alejandría, no quedó mucha información y lo que quedó vienen de versiones de segundos, principalmente de Aristóteles.

De los primeros filósofos naturales que se tenga registro en desarrollar este enfoque están los milesios Tales,  el afirmaba que la materia primordial era el agua

Anaximandro, por su parte, señala que la materia primordial es una sustancia ilimitada a la que denominada “lo no-limitado”.

Aristóteles señala a Tales como el iniciador de la filosofía y es considerado como el primer filosofo natural, al querer darle una razón física a muchos de los fenómenos que, hasta ese entonces, les eran desconocidos.

Naturaleza y número

Si bien los cimientos de la ciencia se asentaron con el enfoque científico y la racionalización de las cosas, no fue hasta Pitágoras que se le dio un enfoque para explicar los fenómenos naturales en términos de números y medidas al introducir sus conocimientos sobre aritmética y geometría aprendidos durante sus viajes por Egipto y Babilonia respectivamente.

Pitagotas fundó su propia escuela de enseñanza y sus estudiantes eran denominados «pitagóricos», aunque los conocimientos que en ella se trataban eran desconocidos para quienes no formasen parte, hasta la muerte de Pitágoras. Cada sustancia que puede ser percibida por nuestros sentidos, aparece en una cierta disposición numérica y cada entidad física puede siempre ser expresada en términos de números o mediante una fórmula matemática.

Cielo y Tierra
Cielo y Tierra La contribución griega al campo de la astronomía fue especialmente notoria en los siguientes tres ámbitos:

La mejora de las mediciones astronómicas

El desarrollo de modelos de explicación geométricos para los movimientos estelares

El cálculo de las dimensiones cósmicas.

El mejor criterio del progreso realizado en las observaciones astronómicas durante el período griego es el grado de exactitud alcanzado en la determinación de la duración del año. Metón de Atenas 'estimó la duración del año en 365 días, 6 horas, 18 minutos y 56 segundos, cálculo que solo sobrepasa en 30 minutos y 10 segundos el valor correcto.

Si tenemos en cuenta la escasez de mediciones precisas hechas por los griegos en las otras ciencias físicas, no podemos dejar de preguntamos por qué la astronomía fue una excepción. Así, la importancia de las estrellas para la navegación suele mencionarse en la poesía antigua y hay evidencia literaria procedente de tiempos remotos, sobre la conexión entre la agricultura y el conocimiento de los cielos.

Al respecto, uno de los filósofos naturales que hablaba mucho sobre lo que sucedía en el cielo y más allá es Anaxágoras, quien decía que el Sol y las estrellas son rocas ígneas; lo cual discrepaba del pensamiento de Platón, quien señalaba que las estrellas en el cosmos en realidad son divinidades basándose en dos cosas: la inmortalidad del alma como resultado del movimiento perpetuo, y el movimiento de los cielos, lo que le da la idea de que nosotros pertenecemos a la tierra y todo lo que esté arriba de nosotros pertenece al cielo, lo cual, con la idea de las divinidades, motivaba a la creación de una teoría geocéntrica, es decir, una teoría que explicaba que la Tierra es el centro del universo y todo lo que está en los cielos gira a su alrededor
El átomo y el continuo

Para explicar la pluralidad de objetos en el mundo dotados de cualidades diferentes, recurre a la suposición de que todas las cosas estarían formadas por partículas elementales, que llama con el nombre de "semillas".

Esta creencia da lugar a la escuela atomista, quienes consideran la existencia del vacío como condición necesaria del movimiento

Cada átomo se mueve en el vacío hasta que colisiona con otro átomo; así, en el mundo de los átomos toda actividad está configurada por movimientos en un vacío absoluto y por impactos de la materia en la materia

Los límites de la ciencia griega

Puede decirse que el lento progreso alcanzado por la ciencia griega contradice completamente la grandeza de su visión e ímpetu original, y que sus pocas contribuciones técnicas están muy lejos de sus logros científicos. Una de las razones para ello, podría ser el aislamiento de varios de estos hombres de ciencia respecto a las demás personas. Claro que existieron escuelas, como la de los milesios, los pitagóricos o los atomistas, pero aunque es cierto que esas instituciones también prestaron atención a las ciencias naturales y a las matemáticas, fueron estudiadas como parte de la doctrina específica de cada escuela filosófica y tuvieron una importancia secundaria dentro de la enseñanza filosófica efectiva. No hubo, por tanto, una atmósfera uniforme en que pudiera florecer una tradición constante de progreso científico. Esto nos conduce a otro aspecto que debe ser tenido en consideración. La ciencia griega, al igual que la moderna, tienen su origen en un distanciamiento revolucionario de sus predecesores.

Puesto que la cuestión central en filosofía ella, esa larga asociación de la filoso progreso de estas ú es «¿Por qué?» y el «¿Cómo?» está subordinado a fía con las ciencias naturales fue perjudicial para el ltimas.

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Las semillas de la materia

Anaxágoras buscó un punto de vista del universo material en el que la superstición o la intervención no fuera necesaria.

Dijo que la materia no podía existir de la nada, ni dejar de existir; creencia que compartía con pensadores anteriores como Mileto y Parménides.

Además, afirmó que la materia estaba compuesta por los mismos ingredientes fundamentales, propiedades esenciales y tal vez “semillas” de sustancias básicas. Las propiedades siempre existían en pares que eran opuestos polares, oscuridad luz, dulce como caliente frío, amargo, etc. Siempre había las mismas cantidades de cada propiedad en total. Las semillas eran en particular de materia orgánica (sangre, carne, corteza, piel).

La mente anima la materia
Su “mente” no era un creador inteligente, sino algún tipo de elemento inspirador que ponía en movimiento las fuerzas físicas que arremolinó la mate ria elemental, causando que se separara, diferenciara y formara cuerpos como la Tierra y el Sol.
Todo es cambio

Anaxágoras tenía su modelo de que la materia no se podía crear ni destruir, la mutabilidad del mundo a nuestro alrededor se explica por el cambio de la materia con el pasar del tiempo.

Si se corta un árbol y la madera se convierte en un bote, la mat eria se ha movido y reacomodado, pero es del mismo tipo y cantidad.

Anaxág oras se dio cuenta de que para hacer que esto funcion a s e , las partes componentes de la materia, o sea las semillas, deben ser en extremo pequeñas ya que de otra manera no serían posibles los tipos de cambios que vemos todos los días.

Porciones imposibles de cortar
La palabra “átomo” procede de la palabra griega “atomos” que significa “imposible de cortar o indivisible”

Si los átomos son partículas diminutas y homogéneas (llamadas homeóm eros en ese entonces), existe una pregunta evidente: ¿por qué no se puede dividir más? Si Demócrito tenía una respuesta a ello, no sobrevivió, aunque puede haber sido que, al ser homogéneos, no tenían vacío interno  y solo esto significa que no se pueden dividir.
Cosas y no cosas: la materia atómica y elemental.

Cosas y no cosas: la materia atómica y elemental
Hasta el momento, el atomismo parece muy similar al modelo de Anaxágoras; sin embargo, él tenía a toda la materia flotando en el aire o aether , que es una sustancia física, mi entras que los atomistas tenían a las partículas de materia existiendo en un vacío.
Cuando algo se mueve, no solo avanza en el espacio vacío o empuja el espacio vacío, también deja espacio vacío detrás
Demócrito confió en la evidencia de nuestros sentidos para establecer el vacío como un modelo válido.

¿Cuatro o cinco elementos?
Empédocles (aprox. 490 toaprox. 430 a.C.) enseñó que do está formado por cuatro “raíces”: tierra, aire, agua y fuego.
Cada elemento se caracteriza por dos propiedades de contrarios naturales: calor frío y húmedo seco. Así, la tierra es fría y seca, el agua es fría y húmeda, el aire es caliente y húmedo y el fuego es caliente y seco.
Aunque el modelo atomista de Demócrito estaba en verdad mucho más cerca de la realid ad como se comprende en la actualidad, fue la idea favorecida por Empédocles, Platón y Aristóteles de un mundo formado por cuatro elementos la que demostró ser más popular.
Cuando los pensadores árabes de principios de la Edad Media revitalizaron y desarro llaron el pensamiento de la Grecia clásica, fue este modelo elemental el que fomentaron. De ahí se tradujo al latín y a otros idiomas europeos; siendo esta teoría la piedra fundamental del pensamiento sobre la naturaleza de la materia por más de dos milenios.

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Atomismo hindú
Los filósofos hindúes también sugirieron que la materia podía estar formada de partículas diminutas; aunque no se sabe si fue antes o después de los griegos, ni si lo desarrollaron de manera independiente.
El filósofo hindú Kanada (Kashyapa) teorizó sobre cinco tipos diferentes de átomos, uno por cada uno de los cinco elementos que formaban el modelo hindú de la materia: fuego, agua, tierra, aire y aether.
La variedad y las diferentes propiedades de la materia se explicaban mediante combinaciones y proporciones distintas de los cinco tipos de parmanu.
Por otro lado, la teoría jaina del atomismo considera que todo el mundo, excepto las almas, está compuesto por átomos, cada uno de los cuales tenía un tipo de gusto, olor, color y dos tipos de tacto. Los átomos jaina estaban en movimiento constante, generalmente una línea recta, aunque podía ser curva si eran atraídos por otros átomos.

Atomismo islámico
Había dos formas principales de atomismo islámico, una más cercana al hindú y una con el pensamiento aristotélico. La más exitosa fue la obra asharita de Al-Ghazali (1058 – 1111). Para él, los átomos son los únicos objetos materiales que son eternos; todo lo demás dura solo un instante y se dice que es “accidental”. Los objetos accidentales no pueden ser la causa de nada, excepto la percepción.
La iglesia católica adoptó estas enseñanzas siempre que no contradijeran directamente a la Biblia o a los pensadores cristianos influyentes.

Los corpúsculos
En el siglo XIII, un alquimista anónimo conocido como Pseudo-Geber expuso una teoría de la materia basada en diminutas partículas a las que denominó “corpúsculos”.
Creía que toda la materia, el espacio y el tiempo estaban formados por átomos, puntos e instantes, y que todo cambio era resultado de reacomodar átomos.
Pensadores posteriores no adoptaron su punto de vista de que el tiempo es granular, al igual que la materia, al estar formado por instantes discretos.
El atomismo no revivió en verdad hasta que Pierre Gassendi propuso un punto de vista escéptico del mundo en el que todo lo que sucedía pasaba por el movimiento y la interacción de diminutas partículas que seguían las leyes naturales.
Robert Boyle llevó el atomismo a primera plana cuando describió un Universo formado completamente por átomos y conglomerados de átomos, todos ellos en movimiento perpetuo.
En este periodo, la filosofía se dividió en dos campos: racionalista y empirista (similar a la división entre Platón y Aristóteles en el pensamiento antiguo). Juntos, estos enfoques formaron la base de la revolución científica.

El nacimiento de la física del estado sólido
Los físicos del siglo XVII dedujeron modelos de la estructura de la materia a partir de la observación de las propiedades y el comportamiento de las sustancias, lo que en ocasiones los llevaban a deducciones muy extrañas.
El físico cartesiano Jacques Rohault (1618 – 1672) sugirió que los materiales plásticos (o flexibles) tenían partículas con texturas complejas que están entremezcladas, mientras que los materiales quebradizos tienen partículas con una textura simple que se tocan entre sí solo en unos cuantos puntos.
Nicolaas Hartsoeker (1656 – 1725) sostenía que el hierro es maleable cuando se calienta, ya que las partículas se separan lo suficiente para permitir que se deslicen unas sobre otras.

Átomos y elementos

Robert Boyle tuvo razón en impulsar a los químicos a buscar más elementos que tierra, agua, aire y fuego.

Antoine Lavoisier produjo la primera obra de química moderna en 1789 e incluyó una lista de 33 elementos.

Tampoco organizó su lista de elementos en la tabla periódica, pues lo haría el químico ruso Dmitri Mendeleev (1834 – 1907) años más tarde.

El químico inglés John Dalton (1766 – 1844) investigó cómo se combinan los átomos para formar compuestos, y elaboró una teoría en que cualquier compuesto químico en particular se combinan en las mismas proporciones de números enteros de acuerdo con la masa.
Amedeo Avogadro (1776 – 1856) al darse cuenta de que el volumen fijo de cualquier gas a la misma temperatura y presión contiene el mismo número de moléculas (relacionado con la constante de Avogadro, 6,022×1023 mol-1).

Átomos: ¿verdaderos o falsos?
El desarrollo del motor a vapor provocó un creciente interés en la termodinámica y, por lo tanto, a la consideración de las propiedades y el comportamiento de los átomos.

La primera evidencia visual de que la materia está formada por partículas diminutas la descubrió el botánico escocés Robert Brown (1773 – 1858), notó que se movían de un lado a otro constantemente.

Louis Georges Gouy (1854 – 1926) encontró que entre más pequeña es la partícula, más marcado era el movimiento, lo cual concordaba con la hipótesis de Desaulx.

El geofísico austriaco Felix Maria Exner (1876 – 1930) midió el movimiento en 1900

Albert Einstein explicara el movimiento browniano en 1905. Einstein estaba seguro de que las moléculas eran responsables del movimiento, y llegó a los primeros cálculos para el tamaño de las mismas.

El físico francés Jean Perrin (1870 – 1942) validó esta teoría en 1908 cuando midió el tamaño de una molécula de agua empleando el modelo de Einstein.

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UN PRIMER VISTAZO A LA ENERGÍA: EL CALOR

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UN PRIMER VISTAZO A LA ENERGÍA: EL CALOR

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La conservación de la energía
Al igual que la materia se conserva, al no ser creada ni destruida, la energía también se conserva. Puede convertirse de una forma a otra, y es así como la aprovechamos para hacer trabajo útil, pero en realidad nunca se gasta esa energía.

Inventando la “energía”

Gottfried Leibnitz (1646 – 1716) explicó en forma matemática la conversión entre diferentes tipos de energía, a lo que llamó vis viva.

Gravesande (1688 – 1742) fueron perfeccionados por la física francesa Marquise Émile du Châtelet, quien definió la energía de un cuerpo en movimiento como proporcional a su masa.

Los inicios de la termodinámica
La creación del motor de vapor y de muchas otras máquinas con motor de la Revolución Industrial significó que había una necesidad cada vez más urgente de comprender la termodinámica.
Daniel Bernoulli sugirió que los gases están formados por moléculas en movimiento. Cuando bombardean una superficie, el efecto es la presión y su energía cinética se siente como calor. Este es el modelo que hoy en día se acepta.
Humphry Davy (1778 – 1829), debieron demostrar a todos que la teoría calórica estaba equivocada, ya que mostraban que el calor se podía producir por el trabajo físico mismo.
Joule llevó a cabo experimentos para demostrar que el trabajo se podía convertir en calor.

Las leyes de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica, formulada por Rudolf Clausius (1822 – 1888) en 1850, es en esencia una declaración de la conservación de la energía.

Nicholas Sadi Carnot descubrió una máquina de calor ideal y teórica en la que no se pierde energía por fricción o desperdicio, y demostró que la eficiencia de la máquina depende de la diferencia en temperaturas entre los dos cuerpos. Clausius quien reformuló la ley en relación con la entropía diciendo que un sistema siempre tiende a un mayor estado de entropía.

La tercera ley de la termodinámica requiere el concepto de una temperatura mínima, bajo la cual ninguna temperatura puede caer jamás Robert Boyle comentó primero el concepto de una posible temperatura mínima en 1665, refiriéndose a la idea de un primum frigidum.

Calor y luz
La primera persona conocida en notar la conexión fue el erudito italiano Giambattista della Porta , el cual, en 1606, notó el efecto del calentamiento de la luz. Émile du Châtelet estableció un vínculo entre el calor y la luz cuando se dio cuenta de que el poder del calentamiento de la luz variaba con su color. Aunque esto preveía el espectro electromagnético y el descubrimiento de la radiación infrarroja, no se desarrolló más en ese tiempo.

Radiación de cuerpo negro y cuantos de energía
La longitud de onda de la luz que se emite a temperaturas más altas se vuelve cada vez más corta, conforme avanza hacia el extremo azul del espectro. Como esto se añade a la luz amarilla y roja, el brillo del cuerpo caliente se vuelve más blanco y luego más azul. La gráfica que muestra esta distribución de calor y color se llama la curva de cuerpo negro. El «cuerpo negro» perfecto es algo que absorbe toda la radiación que cae en él.

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Descubrimiento de la electricidad
El primer tipo que se descubrió fue la electricidad estática. Incluso en la Antigüedad, la gente se daba cuenta de que frotar ámbar o azabache causaba algún tupi de fuerza que hacía que el material atrajera pelusa y pedazos de material.
Los experimentos con la electricidad se volvieron más comunes en el siglo XVIII, y los generadores de electricidad estática eran atracciones populares en las conferencias públicas de ciencia

Cometas y tormentas de rayos
Benjamin Franklin (1706 1790) demostró por primera vez la naturaleza eléctrica de los rayos en 1752. Hizo volar la cometa durante una tormenta eléctrica, con la llave colgando cerca de una botella de Leyden.

Poniendo a trabajar a la electricidad
La primera pila eléctrica, precursora de la batería, fue creada por el físico Alessandro Volta (1745 1827).
El científico alemán Georg Ohm (1789 p1854) empleó una versión de la pila de Volta para sus ropias investigaciones de la electricidad, que lo llevaron a la formulación de la ley que tiene su nombre.

En línea de espera: Magnetismo
Tales de Mileto presentó una descripción del magnetismo en el siglo VI a.C. En más o menos 800 a.C., el cirujano y escritor hindú Sushruta describió el uso de imanes para retirar esquirlas de metal del cuerpo.
William Gilbert Publicó su libro De magnete electricus , en 1600, describiendo en él muchos experi mentos que había llevado a cabo para tratar de descubrir la naturaleza del magnetismo y la electricidad.

Se une la electricidad y el magnetismo
Michael Faraday llevó a cabo un experimento en el que puso un imán en un plato de mercurio y suspendió un cable sobre él, apenas metiéndose en el mercurio. Faraday descubrió que pasaba una corriente eléctrica por el cable, giraba alrededor d el imán.
Faraday también introdujo los términos electrodo, ánodo, cátodo e ion, especulando que parte de una molécula estaba implicada en mover la electrici dad entre el cátodo y el ánodo.

El amanecer de la era electromagnética
Maxwell explicó cómo los campos eléctrico y magnético surgen de las mismas ondas electromagnéticas. Un campo eléctrico variable se logra mediante un campo magnético igual de variable que se encuentra en ángu lo recto a él.
Einstein agregó el trabajo de Maxwell a sus teorías de la relatividad, diciendo que si un campo era eléctrico o magnético dependía del marcio de referencia del observador

Radiación
Marie Curie estaba trabajando en su doctorado sobre «rayos de uranio» cuando descubrió que la mena de la que se extraía el uranio, la pechblenda, es más radiactiva que el elemento en sí. Con su marido Pierre, el polonio y el radio. Le tomó cuatro años hasta extraer un décimo de gramo de radio, empleando toneladas de pechblenda. Pierre descubrió que un gramo de radio podía calentar uno y un tercio de gramo de a gua desde el punto de congelación hasta el punto de ebullición en una hora, y podía continuar haciendo esto, una y otra vez.

¿Átomos?
La aceptación del modelo atómico de la materia al inicio del siglo XX abrió la puerta a explorar el interior del átomo y eso, a su vez, condujo a una mayor comprensión de cómo la energía se comporta y se transmite.

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Un primer vistazo a la luz
Las primeras ideas sobre la naturaleza de la luz se registraron en la India en el siglo V o VI.
La escuela samkhya consideraba que la luz era uno de los cinco elementos “sutiles” fundamentales con los que se construyen los elementos “burdos”.
En el siglo VI a.C., el filósofo griego Pitágoras sugirió que los rayos viajan desde el ojo como palpadores, y que vemos un objeto cuando los rayos lo tocan, modelo llamado teoría de emisión (o extramisión).
Empédocles sugirió que estos rayos de los ojos debían interactuar con la luz de otra fuente, como el sol o una lámpara.
Herón de Alejandría (aprox. 10 – 70 d.C.), mostró que la luz siempre sigue el camino más corto posible mientras viaje a través del mismo medio.

Jugando con la luz
El astrónomo griego Claudio Ptolomeo (aprox. 90 – aprox. 168 d.C.) llevó a cabo el trabajo experimental más antiguo sobre la luz mientras trabajaba en la Biblioteca de Alejandría en el Egipto Romano. Encontró que al entrar en un medio más denso a luz se dobla en una dirección perpendicular a la línea divisoria.
Al-Haytham amplió la obra del primer científico árabe que trabajó con la óptica, Al-Kindi (aprox. 800 – 870) quien propuso “que todo en el mundo emite rayos en toda dirección, que llenan todo el mundo”.  Describió la estructura del ojo y cómo funcionan los lentes, hizo espejos parabólicos y dio valores para la refracción de la luz.
René Descartes quien descubrió, 300 años después, que es un segundo reflejo de la luz dentro de las gotas de agua lo que da lugar al arcoíris secundario y que también causa que se inviertan los colores.

La luz de Dios

Los primeros científicos europeos tomaron la obra sobre la óptica, entre ellos el inglés Richard Grosseteste (aprox. 1175 – 1253), y más adelante el erudito inglés Roger Bacon (aprox. 1214 – 1294).
Como obispo, Grosseteste tomó como punto de inicio la creación de la luz de Dios, en Genesis
Roger Bacon, quien se trasladó de universidad de Oxford a la de París, dominaba la mayoría de los textos griegos e islámicos sobre óptica que se escribieron entre 1247 y 1267, y produjo su propio texto, Optics (Óptica). 1:3 “Hágase la luz”.

Saliendo de la oscuridad
Kepler, matemático y astrónomo alemán, creía que Dios había construido el Universo de acuerdo a un plan comprensible y que su funcionamiento era, por lo tanto, susceptible de descubrir mediante la aplicación de la observación y el razonamiento científicos.
Creía que algún tipo de “fluido intersticial” fino, otra versión del aether, llenaba todos los espacios, y que era la presión ejercida en todo este fluido lo que producía la visión

El señor de la luz: Isaac Newton
Newton dividió con éxito la luz blanca en su espectro componente, y luego recombinó los rayos de colores en luz blanca, demostrando así, de manera concluyente, que la luz blanca es una mezcla de colores.
El filósofo romano Lucio Anneo Séneca (aprox. 4 a.C. – aprox. 65 d.C.) hizo referencia a este hecho al producir una banda de colores similares a los de un arcoíris al pasar la luz del sol a través de prismas de vidrio.
El gran rival intelectual de Newton, Robert Hooke, pensaba que el color se grababa en la luz, como cuando brilla a través de un cristal de colores.
Newton llevó su dedicación a la óptica experimental más allá de los límites de la sensatez. En una narración famosa de autolesión, clavó un punzón en la cuenca de su ojo, presionando hacia adentro lo más que pudo, sin romper el globo ocular, en un intento de distorsionar la forma del globo ocular y ver si esto afectaba su percepción del color
Newton se dio cuenta de que los objetos de colores aparecen del color que tienen por la luz que reflejan.

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MOVIMIENTO EN EL UNIVERSO Y MECÁNICA DE FLUIDOS

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MOVIMIENTO EN EL UNIVERSO Y MECÁNICA DE FLUIDOS

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Movimiento y gravedad
Las leyes del movimiento y de la gravitación de Newton se aplican por igual a los objetos cotidianos en la Tierra y a los cuerpos celestes. Explican la mayor parte del movimiento discernible en el mundo a nuestro alrededor, y falla solo cuando los objetos se mueven cerca de la velocidad de la luz o son en extremo pequeños, posibilidades que preocuparían a Newton

El Universo como terreno de pruebas
Durante los siguientes siglos, nuestra comprensión del movimiento de los planetas se refirió al incluir los campos gravitacionales que ejercen los planetas en los cálculos basados en las leyes de Newton.
Fue el matemático y astrónomo francés Pierre Simon Laplace (1749 – 1827) quien resolvió qué estaba sucediendo en realidad dentro de la estructura de las leyes de Newton.

Aire y agua
Anaxágoras llevó a cabo experimentos públicos para demostrar la existencia de la presión del aire, empleando el aire contenido en un recipiente esférico cerrado que presionaba el agua.
Herón de Alejandría (aprox. 10 – 70 d.C.) dio un uso práctico a la presión del aire, agua y vapor, inventando una rueda de aire para hacer funcionar un órgano musical, y el primer motor a vapor.
Desde la Antigüedad, se ha sabido que el agua se puede bombear a una altura aproximada de 10 metros, pero no más alto, algo que se descubrió por prueba y error.

Dinámica de fluidos
Bernoulli se había educado como médico por la insistencia de su padre y estaba interesado en el flujo de la sangre en el cuerpo humano. Diseñó un método para medir la presión sanguínea que implicaba insertar un tubo capilar en un vaso sanguíneo y medir la altura a que se elevaba la sangre en el tubo. Este método invasivo e incómodo para medir la presión sanguínea se usó por más de 150 años, hasta 1896.

Poniendo a trabajar la mecánica
Durante la Revolución Industrial en los siglos XVIII y XIX, la mecanización en industria, agricultura y transporte transformó por completo la vida en todo el mundo. Las máquinas hicieron posible la fabricación en masa de bienes, se apoderaron de las tareas de la agricultura que antes requerían un gran número de trabajadores agrícolas, y movieron bienes, alimentos y personas en forma más eficiente. La máquina de hilar algodón construida por James Hargreaves en 1764 empleó maquinaria simple para manejar seis husos con una sola rueca. Los primeros aparatos impulsados por vapor fueron bombas, pero con el motor de vapor, mejorado por James Watt.

La inercia y la gravedad se unen
El principio de Mach (que él no presentó como principio, fue Einstein quien acuñó el término) se ha expresado en forma bastante general como “la masa allá influye, la inercia acá”. Sin masa “allá” no puede haber inercia “acá”.

Grande y pequeño
En cuanto los físicos empezaron a darse cuenta de las partículas atómicas y subatómicas, descubrieron que las leyes de la física que consideraban fijas e inmutables para todas las cosas ya no parecían aplicarse. La confianza ganada con tanto trabajo en las leyes de la física estaba zozobrando, y en el siglo XX estas leyes se sometieron a un gran escrutinio. Antes de examinar el átomo y cómo parece desafiar las leyes de la naturaleza, es necesario examinar el concepto de energía

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Mecánica en acción
Siempre que utilizamos las fuerzas que actúan en la materia, estamos empleando leyes mecánicas para que trabajen para nosotros.
La agricultura se desarrolló en esta área hace aproximadamente 10 000 años, y para el 5000 a.C., los sumerios habían construido las primeras ciudades, empleando métodos para cortar, mover y apilar vastos bloques de piedra, ademas ellos inventaron la rueda dominando asi las fuerzas fisicas.
El agua que corre se puede emplear para mucho más que solo nutrir las cosechas. Tiene su propia fuerza y la presión que ejerce se puede emplear para hacer trabajo útil.

Mecánica de los antiguos griegos
Aristóteles investigó cómo las palancas hacían posible mover grandes pesos empleando poca fuerza: “Al moverse por la misma fuerza, parte del radio de un círculo, que es la más lejana del centro, se mueve con más rapidez que el radio más pequeño que está cerca del centro.
El descubrimiento de Aristóteles es el precursor de la ley de la palanca para la que Arquímedes (aprox. 287 – 212 a.C.) proporcionó una prueba más o menos un siglo después (aunque es probable que la ley fuera conocida antes de que Arquímedes la confirmara).

El problema de la dinámica
Aristóteles empezó con la proposición de que algo se mueve porque se le aplica fuerza y se sigue moviendo mientras la fuerza continúe.
Aristóteles resolvió el problema al transferir la condición de “movedor” al medio por donde viaja el proyectil, de manera que el aire continúa ejerciendo una fuerza en la flecha, empujándola hacia su objetivo

El filosofo Juan Filópono (490 – 570 d.C.) sugirió que un proyectil tenía una fuerza que le otorgaba el “movedor”, pero que era autolimitador y después de que se gastaba el proyectil volvía al modelo de movimiento normal.

Averroes (1126 – 1198 d.C.) fue la primera persona en definir fuerza como “la velocidad con que se realiza el trabajo al cambiar la condición cinética de un cuerpo material”.

Kepler siguió el modelo de Averroes-Aquino, y fue él quien introdujo el término “inercia”.

Jean Buridan (aprox. 1330 – aprox. 1358), relacionó el ímpetu que imparte el movedor con la velocidad del objeto que se mueve. Pensó que el ímpetu podía ser una línea recta o un círculo.

Alberto de Sajonia (aprox. 1316 – 1390), amplió la teoría dividiendo el camino de un proyectil en tres etapas.

El experimento del túnel
Se pensaba que la bola de cañón se elevaría en el otro lado del mundo hasta la altura en la que se dejó caer. La explicación era que la bola de cañón recibía el ímpetu de la fuerza de gravedad, actuando en ella para jalarla hacia la Tierra, y eso sería suficiente para contrarrestar la gravedad en el camino de salida. Cuando llegara a la altura desde la cual la dejaron caer originalmente, el ímpetu se agotaría y la bola de cañón caería de nuevo, siguiendo el mismo patrón y estableciendo un movimiento oscilatorio. Fue el primer punto en que el movimiento oscilatorio, tan importante en la física del siglo XVII, entró al estudio de la dinámica.

El verdadero nacimiento de la mecánica clásica
Los científicos de los siglos XVI y XVII buscaron explicaciones para el movimiento de los cuerpos físicos que iban de los proyectiles a las estrellas. Se examinó con rigurosidad y se superó el trabajo inicial sobre la dinámica, en particular gracias a los esfuerzos de Galileo en Italia y de Isaac Newton en Inglaterra, aunque con contribuciones importantes de astrónomos como Johannes Kepler.

El experimento de la bola que gira de Galileo
Galileo llevó a cabo sus experimentos con las fuerzas de bolas de diferentes pesos que ruedan por pendientes. En una época en la que los relojes no tenían una segunda manecilla, tomar el tiempo con exactitud en experimentos no era fácil

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¿Onda o partícula?
Es importante reconocer que la luz blanca es un compuesto de luz de colores, pero esto a su vez lleva a la pregunta de qué es la luz de colores.
Isaac Newton era tan influyente que la teoría de la onda tuvo una gran aceptación en Bretaña por largo tiempo. Sin embargo, en otras partes de Europa, la arrogancia y la naturaleza discutidora de Newton lo hicieron impopular.
Newton aceptó la idea de un aether luminífero (portador de luz), un medio por el que viajaba la luz, aunque no era necesario en forma estricta para su teoría corpuscular, ya que las partículas hubieran podido viajar igual de bien a través de un vacío.

Frentes de onda y cuantos
En Europa, Christiaan Huygens elaboró la teoría de frente de onda. Su teoría de la luz se basaba en sus propios hallazgos experimentales, Huygens consideraba que la luz era una onda que se propagaba a través del aether.
La onda de la luz se propaga por un espacio tridimensional, en forma de una onda esférica.
En el borde de una región que alcanzan los rayos de luz, las ondículas interfieren unas con otras y pueden cancelarse entre sí. Si chocaban con un objeto opaco, partes de las ondículas se cortan y algunas persisten, produciendo la compleja y fina estructura de línea en los bordes de las sombras e imágenes que forman patrones de difracción.
Augustin Jean Fresnel (1788 – 1827) presentó su propia teoría de onda de la luz y había mostrado que la polarización solo se podía explicar si la luz constaba de ondas transversas, sin vibración longitudinal.

El experimento de doble ranura de Young
En 1801, Thomas Young llevó a cabo un experimento que finalmente parecía demostrar que la luz era una onda. Hizo brillar la luz a través de dos ranuras que había hecho, esto demostró que la luz en verdad era una onda, ya que los valles y las crestas de las ondas se cancelaban entre sí o se reforzaban para formar los patrones de interferencia.

Un nuevo amanecer: La radiación electromagnética

James Clerk Maxwell (1831 – 1879) quien mostró por primera vez que la radiación electromagnética consta de ondas transversales de energía que se mueven a la velocidad de la luz.

Michael Faraday (1791 – 1867) ya había demostrado en 1845 la conexión entre el electromagnetismo y la luz, cuando mostró que con un campo magnético se giraba el plano de polarización de un rayo de luz.

Albert Einstein demostró en 1905, en su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico que la luz en sí se comporta como si estuviera formada por cuantos, o diminutos paquetes de energía, a los que en la actualidad se les conoce como fotones.

El fin de un aether: El experimento Michelson-Morley
Albert Michelson (1852 – 1931) y Edward Morley (1838 – 1923). Si existía el aether, supusieron los científicos, debía llenar el espacio, ya que llevaba la luz del sol y las estrellas a la Tierra.
En cualquier punto de la superficie de la Tierra, la velocidad y dirección del “viento” de aether variaría dependiendo del tiempo, así que sería posible detectar el movimiento de la Tierra en relación con el aether al examinar la velocidad de la luz en diferentes tiempos y diferentes direcciones.
Michelson y Morley construyeron un equipo para medir la velocidad de la luz, de forma tan precisa que detectaría el efecto del aether si estuviera presente. Este aparato dividía un rayo de luz en dos rayos que viajaban en ángulo recto, uno con respecto al otro hacia dos espejos.

A la velocidad de la luz
Empédocles creía que la luz viajaba a una velocidad finita, incluso a pesar de que parecía llegar al instante. Sin embargo, era una excepción notable entre los pensadores antiguos.
El primer intento de desafiar esta suposición y medir la velocidad de la luz lo realizó Galileo en 1667, empleando un método muy primitivo.

Galileo llegó a la conclusión de que, si la velocidad de la luz no era infinita, con seguridad era muy rápida

Cassini afirmó en 1674 que las discrepancias en los tiempos aparentes de estos eclipses se podían explicar si la luz viajaba a una velocidad finita. Continúo calculando que le tomaría alrededor de diez u once minutos a la luz viajar del Sol a la Tierra.
En 1678, Huygens empleó el método de Rømer para mostrar que la luz requiere un periodo de segundos para viajar de la luna a la Tierra. Newton afirmaba, por su parte, que la luz requiere siete u ocho minutos para llegar a la Tierra desde el Sol, lo cual está muy cerca de la cifra real de 8 minutos, 20 segundos, en promedio.
Einstein basó sus teorías de la relatividad en la observación de que la velocidad de la luz es constante en todo el Universo.

Recta y sin desviaciones
Anaxágoras ya tenía la certeza en el siglo V a.C. de que la luz viaja solo en líneas rectas. Esta creencia se mantuvo hasta el siglo XX, cuando Einstein, en su demostración de la teoría de la relatividad, dijo que la gravedad podía doblar la luz a un camino curvo.
Ptolomeo presentó una explicación aproximada de la refracción, y en 984 la describió el físico persa Ibn Sahl (aprox. 940 – 1000 a.C.). Ptolomeo presentó una explicación aproximada de la refracción, y en 984 la describió el físico persa Ibn Sahl (aprox. 940 – 1000 a.C.).
En 1919, el astrónomo Arthur Eddington fotografió estrellas que se encontraban cerca de la posición del sol durante un eclipse en una costa de África, lo cual demostraba que la luz de la estrella había sido doblada por el campo gravitacional del sol.

El lugar de la luz en el espectro de radiación electromagnética
La luz ha ocupado un lugar especial en la historia de la física, ya que es visible y representa una enorme diferencia para la humanidad. Pero como demostró la obra de Maxwell, la luz visible es solo una forma de radiación electromagnética.