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En la Italia del siglo XVI en la que vivía Galileo Galilei, el saber científico estaba mayoritariamente formado por teorías que no habían sido modificadas significativamente desde la antigua Grecia. Uno de esos antiguos griegos, Aristóteles, había postulado que los objetos caen a distinta velocidad según su peso: cuanto más pesados, más rápida la caída.
Uno de los experimentos más famosos de Galileo demostró que Aristóteles estaba equivocado: se subió a la torre de Pisa y lanzó desde lo alto varias bolas de distinto peso, que llegaron al suelo al mismo tiempo. Galileo postuló que si una pluma tarda más en cae que una piedra no tiene que ver con su peso, sino con la resistencia que ejerce el aire en su camino hacia el suelo. Se comenzaba a utilizar el método científico. Galileo acababa de fundar sobre bases científicas y experimentales la moderna cinemática, es decir, la parte de la mecánica que describe el movimiento de los cuerpos independientemente de las fuerzas que lo producen.

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La Ley de Gravitación Universal es una de las leyes físicas formuladas por Isaac Newton, descubierta en 1666 pero publicado en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica de 1687. Describe la interacción gravitatoria entre cuerpos masivos, y establece una relación de proporcionalidad de la fuerza gravitatoria con la masa de los cuerpos.

Para formular esta ley, Newton dedujo que la fuerza con que dos masas se atraen es proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia que las separa al cuadrado. Estas deducciones son el resultado de la comprobación empírica mediante la observación.

La ley implica que mientras más cerca y más masivos sean dos cuerpos, más intensamente se atraerán. Como otras leyes newtonianas, representó un salto adelante en el conocimiento científico de la época.

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Newton desarrolló la dinámica, ciencia que trata de las relaciones entre las fuerzas y los movimientos que éstas originan. En la segunda sección de los Principios matemáticos de la filosofía natural (1687), publicados por la insistencia (y con la financiación) de su gran amigo y astrónomo Edmond Halley, Newton estableció, tras una serie de definiciones, los tres «axiomas o leyes del movimiento».

La primera es la Ley de la inercia: un cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme de forma indefinida si sobre él no actúa ninguna fuerza. La segunda es conocida como la Ley fundamental de la dinámica: la aceleración que produce una fuerza en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a su masa; la expresión F = m·a es la formulación matemática de esta ley. Por último, la Ley de acción y reacción establece que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), el otro ejerce exactamente la misma fuerza, pero en sentido contrario, sobre el primero (reacción).

Las leyes de Newton expresan la relación entre movimientos y fuerzas. Una manera de definir la idea de fuerza es como empuje o atracción; si se empuja una pieza de madera sobre la superficie de una mesa, se ejerce una fuerza sobre la pieza; sin embargo, la formulación de Newton posee la ventaja de ofrecer una definición más precisa del concepto de fuerza.

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La segunda Ley de la Termodinámica (1824-1850)

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La segunda Ley de la Termodinámica (1824-1850)

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Hay quienes conceden a Sadi Carnot ser el padre de la Termodinámica, pero su condición de ingeniero indigna a algunos físicos quienes dan la paternidad de la Termodinámica a William Thomson (Lord Kelvin) y a Plank, inclusive se menciona que el concepto de Ciclo Carnot quizá viene de la influencia de Emile Clapeyron quien en 1834 analizó y realizó gráficos del ensayo de Sadi Carnot.

En 1824 publicó Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en donde expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Estos trabajos, poco comprendidos, inclusive despreciados por la comunidad científica (algunos físicos prominentes) de la época, fueron más tarde conocidos en Alemania por Rudolf Clausius, que fue quien los difundió y William Thomson (lord Kelvin) quien hizo lo propio en el Reino Unido. Cabe mencionar que el ensayo de Carnot fue recogido por Clausius y Thompson para formular de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

Una de las primeras declaraciones de la Segunda Ley de la Termodinámica fue hecha por R. Clausius en 1850 . Él dijo lo siguiente.

«Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y cuyo único efecto sea la transferencia de calor de un cuerpo más frío a un cuerpo más caliente».

El calor no puede fluir espontáneamente.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Los científicos que trabajaron para mejorar la eficiencia de la máquina de vapor, motor de la Revolución Industrial, desarrollaron un conocimiento fundamental de la conversión del calor en trabajo mecánico. Unas de las conclusiones de este estudio es que la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

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El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia conjuntamente los fenómenos eléctricos y magnéticos, unificándolos en una síntesis teórica única. Estos dos fenómenos se estudiaron y desarrollaron por separado durante siglos.
no fue hasta principios del siglo XIX,  cuando se manifestó por primera vez que existía una conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, aunque la analogía entre estos promovió intentos anteriores para investigar la posible relación entre cargas eléctricas e imanes.

El experimento que por fin unió electricidad y magnetismo en una sola, fue realizado el 1820 por Hans Christian Oersted (1777-1851), por casualidad, mientras preparaba su clase de física en la Universidad de Copenhague.

A finales de 1820 se conocían las primeras leyes cuantitativas de la electrodinámica y hacia 1826 Ampère ultimaba una teoría que permaneció durante prácticamente 50 años. Un poco más tarde, en 1831, Michael Faraday, y simultáneamente, Joseph Heary, demostraron que, cuando un imán se mueve cerca de un alambre, se observa una corriente eléctrica en este. Después, en 1873, James Clerk Maxwell usó estas observaciones y otros factores experimentales como base, y formuló la teoría electromagnética que se conoce actualmente, resumida en sus famosas ecuaciones de Maxwell.  Heinrich Hertz alrededor de 1888 verificó ésta teoría produciendo ondas electromagnéticas en el laboratorio.

Gracias al conocimiento de estas leyes, son posibles una enorme cantidad de dispositivos tecnológicos actuales.

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Conceptos y experimentos producidos por Isaac Newton, Thomas Young y Albert Einstein llevaron al conocimiento de qué es la luz, y de como se comporta y transmite. Newton usó un prisma para descomponer la luz blanca en sus colores constitutivos y otro prisma para recombinar estos colores y volver a al luz blanca En 1704 se publicó finalmente su monumental libro ``Óptica´´, el que trataba en profundidad sus investigaciones sobre los colores y la difracción de la luz. Young determinó que la luz es una onda cuya longitud de onda determina su color, a principios del siglo XIX (1803) , Thomas Young diseñó el siguiente experimento: cogió una tabla plana, le hizo dos aberturas estrechas y situó una fuente de luz entre las dos, de forma que los rayos atravesasen ambas aberturas simultáneamente y se proyectasen en la pared tras ella.

Ese patrón de interferencia demostraba que los rayos de luz no viajaban como partículas, sino como ondas. En 1905, Albert Einstein entró en escena, demostrando que la luz sí que podía comportarse como una partícula: si diriges un rayo de luz hacia un metal, puedes formar una corriente eléctrica. Como resultado de ambos experimentos, los científicos han aceptado que la luz se comporta al mismo tiempo como una partícula y como una onda. Este fenómeno es una de las bases de la teoría cuántica. Finalmente Einstein determinó que la luz viaja siempre a la misma velocidad, sin importar la velocidad del observador.

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Equivalencia entre masa y energía (1905)

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Equivalencia entre masa y energía (1905)

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Después de que Einstein completara su artículo sobre la teoría especial de la relatividad en 1905 descubrió una consecuencia más de los postulados de la relatividad que presentó, como una idea de último momento, en un artículo de solo tres páginas posterior ese mismo año. Desde el punto de vista del efecto de la física en la historia mundial, resultó ser el más significativo de todos sus hallazgos: la equivalencia entre masa y energía.
Einstein descubrió que un cambio en la energía es equivalente a un cambio en la masa.

No solo eso. Descubrió además que la equivalencia funciona en ambos sentidos: un aumento o disminución de la energía en un sistema aumenta o disminuye correspondientemente su masa, y un aumento o disminución de la masa corresponde a un aumento o disminución de la energía. En otras palabras, la masa en sí misma es una medida de una cantidad equivalente de energía.
No solo masa y energía son «equivalentes», podemos afirmar que la masa es energía. Esto es exactamente lo que concluyó Einstein en 1905: «La masa de un cuerpo es una medida de su contenido energético». Nada impide que consideremos la masa como «energía congelada», congelada en el momento en que el Universo se enfrió poco después del Big Bang y la energía se agrupó formando “bolas” de materia, las partículas elementales de las que se compone la materia ordinaria.

Por lo tanto, cualquier energía adicional que se añada a una masa aumentará su masa aún más.
Estas dos deducciones diferentes de la teoría de la relatividad -aumento de masa y equivalencia de masa de energía- son consistentes entre sí. Esta equivalencia tiene un significado muy importante. Primero, dos grandes leyes de conservación se convierten en dos formas alternativas de una sola ley. En cualquier sistema cuya masa total se conserve, la energía total también se conserva. En segundo lugar, surge la idea de que parte de la energía en reposo podría transformarse en una forma de energía más familiar. Dado que el equivalente energético de la masa es tan grande, una reducción muy pequeña en la masa en reposo liberaría una enorme cantidad de energía, por ejemplo, energía cinética o energía electromagnética.

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En 1932, realizó un descubrimiento fundamental en el campo de la ciencia nuclear: el neutrón,  la partícula en el núcleo del átomo sin carga eléctrica. Este descubrimiento condujo directamente a la fisión nuclear y a la creación de la bomba atómica.
El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contenía solamente un protón, y que el átomo de helio contenía dos protones.
Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932.
Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas alfa, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos Gamma.

Experimentos posteriores demostraron que esos rayos realmente constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones.
En 1935 recibió el Premio Nobel de física por demostrar la existencia de los neutrones. El electrón, el protón y el neutrón son los componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química.

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La primera revolución tecnológica de los años ochenta del siglo XX, es el gran paso adelante en el campo de los materiales superconductores.
La superconductividad es la sorprendente propiedad exhibida por ciertos materiales de transmitir corriente eléctrica sin ofrecer ninguna resistencia. Y por lo tanto, sin ninguna disipación de energía.
Este fenómeno, denominado superconductividad, abre perspectivas revolucionarias en el campo de la gestión de la energía y de las aplicaciones electromagnéticas. Especialmente en el rendimiento de los motores.
Este fenómeno, denominado superconductividad, abre perspectivas revolucionarias en el campo de la gestión de la energía y de las aplicaciones electromagnéticas. Especialmente en el rendimiento de los motores.
Este fenómeno, denominado superconductividad, abre perspectivas revolucionarias en el campo de la gestión de la energía y de las aplicaciones electromagnéticas. Especialmente en el rendimiento de los motores.
Este fenómeno, denominado superconductividad, abre perspectivas revolucionarias en el campo de la gestión de la energía y de las aplicaciones electromagnéticas. Especialmente en el rendimiento de los motores.
La historia de los superconductividad comienza en el 1911 cuando Alli Onnes consigue desarrollar  las primeras técnicas criogénicas para enfriar algunas muestras hasta algunos grados por encima del cero absoluto.
Años más tarde, se descubrirá que la propiedad de la superconductividad no era exclusiva del mercurio ya que ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo incluso metales simples como pueden ser el estaño o el aluminio y mismo diversas aleaciones metálicas. Aunque es cierto que la superconductividad es un fenómeno que no ocurre en metales nobles como el oro y plata y en materiales ferromagnéticos.

En 1933 aparece el efecto Meissner, que formula la desaparición del campo magnético en el interior de un material superconductor siempre que esté por debajo de su temperatura crítica. Por lo tanto, los materiales superconductores se comportan como materiales perfectamente diamagnéticos.

Ya en 1950, se formularían las teorías más importantes para la comprensión de la superconductividad: La teoría BCS y la teoría Gingzburg-Landau. Ambas teorías supondrían un gran avance para un campo caracterizado por estudios (como el efecto Meissner) puramente fenomenológicos.
En 1986 Alex Müller y 1. Georg Bednorz, del laboratorio de Zurich de IBM, descubrieron que la fase formada por el lantano, bario, cobre y oxígeno podía formar materiales con Tc superiores a los 30°K. Este era un tipo de material radicalmente diferente a los explorados hasta entonces,  lo fundamental en este descubrimiento era que había abierto el camino que permitió la obtención de materiales con una Tc por encima de la temperatura del nitrógeno líquido (77 °K), mucho más barato y fácil de obtener que el helio líquido. A los materiales que son superconductores por encima de 77°K se les conoce como superconductores de alta temperatura y su relativa facilidad de refrigeración está posibilitando su inclusión en cada vez más tipos de dispositivos y sistemas.

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A mediados del siglo XX, los científicos ya tenían claro cuál era la estructura del átomo, y gracias a los trabajos teóricos de Einstein, sabían también que la materia y la energía son la misma cosa y que una pequeña cantidad de energía podía, en teoría, ser convertida en una enorme cantidad de energía. Es decir, que de alguna manera debía ser posible dividir átomos para liberar gigantescas cantidades de energía.
El italiano Enrico Fermi puso a prueba esta idea con un experimento que llamó "la pila atómica". Lo que hizo fue disparar un neutrón hacia un átomo del isótopo uranio 235 con el objetivo de convertirlo en un átomo de uranio aún mayor. El uranio 236 tendría una unidad de masa más, gracias al neutrón añadido, pero es tan inestable que inmediatamente se divide en dos átomos más pequeños y dos neutrones. La masa total de los átomos menores sumada a la de los neutrones era inferior a la masa del isótopo de uranio 236 que los había generado, y esa masa perdida se había convertido en energía, según la famosa ecuación de Einstein E=mc².
Los dos neutrones se dispararon, chocando con otros dos átomos de uranio 235, provocando dos reacciones idénticas a la anterior, que liberaron cuatro neutrones, que volvieron a chocar con cuatro átomos de uranio 235... Esta es la famosa reacción en cadena que se produce en las centrales nucleares o en la explosión de una bomba atómica.