Fsica

Este artculo trata sobre la disciplina acadmica. Para el tratado de Aristteles, vaseFsica (Aristteles).

Si he logrado ver ms lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes.SirIsaac Newton.Lafsica(dellat.physica, y este delgr. , neutro plural de , 'natural, relativo a la naturaleza') es laciencianaturalque estudia las propiedades, el comportamiento de laenerga, lamateria(como tambin cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), as como eltiempo, elespacioy lasinteraccionesde estos cuatro conceptos entre s.La fsica es una de las ms antiguas disciplinas acadmicas, tal vez la ms antigua, ya que laastronomaes una de sus disciplinas. En los ltimos dos milenios, la fsica fue considerada dentro de lo que ahora llamamosfilosofa,qumica, y ciertas ramas de lamatemticay labiologa, pero durante laRevolucin Cientficaen elsiglo XVIIsurgi para convertirse en una ciencia moderna, nica por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la fsica matemtica y laqumica cuntica, los lmites de la fsica siguen siendo difciles de distinguir.El rea se orienta al desarrollo de competencias de una cultura cientfica, para comprender nuestro mundo fsico, viviente y lograr actuar en l tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer cientfico y tecnolgico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservacin y preservacin de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participacin efectiva y sostenida.La fsica es significativa e influyente, no slo debido a que los avances en la comprensin a menudo se han traducido en nuevas tecnologas, sino tambin a que las nuevas ideas en la fsica resuenan con las dems ciencias, las matemticas y la filosofa.La fsica no es slo unacienciaterica; es tambin una cienciaexperimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teora pueda realizar predicciones de experimentos futuros basados en observaciones previas. Dada la amplitud del campo de estudio de la fsica, as como su desarrollo histrico con relacin a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a laqumica, labiologay laelectrnica, adems de explicar sus fenmenos.La fsica, en su intento de describir los fenmenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a lmites impensables: el conocimiento actual abarca la descripcin departculas fundamentalesmicroscpicas, elnacimiento de las estrellasen eluniversoe incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteci en los primeros instantes delnacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.Esta tarea comenz hace ms de dos mil aos con los primeros trabajos defilsofosgriegos comoDemcrito,Eratstenes,Aristarco,EpicurooAristteles, y fue continuada despus porcientficoscomoGalileo Galilei,Isaac Newton,Leonhard Euler,Joseph-Louis de Lagrange,Michael Faraday,William Rowan Hamilton,Rudolf Clausius,James Clerk Maxwell,Hendrik Antoon Lorentz,Albert Einstein,Niels Bohr,Max Planck,Werner Heisenberg,Paul Dirac,Richard FeynmanyStephen Hawking, entre muchos otros.ndice[ocultar] 1Historia de la fsica 2Teoras centrales 2.1Mecnica clsica 2.2Electromagnetismo 2.3Relatividad 2.4Termodinmica y mecnica estadstica 2.5Mecnica cuntica 3Conceptos fsicos fundamentales 4reas de investigacin 4.1Fsica terica 4.2Materia condensada 4.3Fsica atmica y molecular 4.4Fsica de partculas o de altas energas y Fsica nuclear 4.5Astrofsica 4.6Biofsica 4.7Resumen de las disciplinas fsicas 5Principales magnitudes fsicas 6Vase tambin 7Referencias 8Enlaces externosHistoria de la fsica[editar]Artculo principal:Historia de la fsica

Dios no juega a los dados con el Universo.Albert Einstein.Einstein, deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer con sus dados.Niels Bohr.Es conocido que la mayora de las civilizaciones de la antigedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno; miraban las estrellas y pensaban cmo ellas podan regir su mundo. Esto llev a muchas interpretaciones de carcter ms filosfico que fsico; no en vano en esos momentos a la fsica se le llamabafilosofa natural. Muchos filsofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la fsica, comoAristteles,Tales de MiletooDemcrito, por ser los primeros en tratar de buscar algn tipo de explicacin a los fenmenos que les rodeaban.1A pesar de que las teoras descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, estas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil aos, en parte por la aceptacin de laIglesia catlicade varios de sus preceptos, como lateora geocntricao las tesis de Aristteles.2Esta etapa, denominadaoscurantismoen la ciencia de Europa, termina cuando el cannigo y cientficoNicols Coprnico, considerado padre de laastronomamoderna, en 1543 recibe la primera copia de suDe Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que Coprnico fue el primero en formular teoras plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la fsica como la conocemos ahora. Un catedrtico de matemticas de laUniversidad de Pisaa finales delsiglo XVIcambiara la historia de la ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones:Galileo Galilei. Mediante el uso deltelescopiopara observar el firmamento y sus trabajos enplanos inclinados, Galileo emple por primera vez elmtodo cientficoy lleg a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otroscientficoscomoJohannes Kepler,Blaise PascalyChristian Huygens.2Posteriormente, en elsiglo XVIIun cientfico ingls reuni las ideas deGalileoyKepleren un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que l llamgravedad. En 1687,Isaac Newton, en su obraPhilosophiae Naturalis Principia Mathematica, formul los tresprincipiosdelmovimientoy una cuartaLey de la gravitacin universal, que transformaron por completo el mundo fsico; todos los fenmenos podan ser vistos de una manera mecnica.3El trabajo deNewtonen este campo perdura hasta la actualidad; todos los fenmenos macroscpicos pueden ser descritos de acuerdo a sustres leyes. Por eso durante el resto de ese siglo y el posteriorsiglo XVIIItodas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ah que se desarrollaron otras disciplinas, como latermodinmica, laptica, lamecnica de fluidosy lamecnica estadstica. Los conocidos trabajos deDaniel Bernoulli,Robert BoyleyRobert Hooke, entre otros, pertenecen a esta poca.4En elsiglo XIXse produjeron avances fundamentales en laelectricidady elmagnetismo, principalmente de la mano deCharles-Augustin de Coulomb,Luigi Galvani,Michael FaradayyGeorg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo deJames Clerk Maxwellde 1855, que logr la unificacin de ambas ramas en el llamadoelectromagnetismo. Adems, se producen los primeros descubrimientos sobreradiactividady el descubrimiento delelectrnpor parte deJoseph John Thomsonen1897.5Durante elsiglo XX, la fsica se desarroll plenamente. En 1904,Hantar Nagaokahaba propuesto el primer modelo deltomo,6el cual fue confirmado en parte porErnest Rutherforden 1911, aunque ambos planteamientos seran despus sustituidos por elmodelo atmico de Bohr, de 1913. En 1905, Einstein formul lateora de la relatividad especial, la cual coincide con lasleyes de Newtoncuando los fenmenos se desarrollan a velocidades pequeas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendi la teora de la relatividad especial, formulando lateora de la relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitacin de Newton y la comprende en los casos de masas pequeas.Max Planck,Albert Einstein,Niels Bohry otros, desarrollaron lateora cuntica, a fin de explicar resultados experimentales anmalos sobre la radiacin de los cuerpos. En 1911,Ernest Rutherforddedujo la existencia de un ncleo atmico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersin de partculas. En 1925Werner Heisenberg, y en 1926Erwin SchrdingeryPaul Adrien Maurice Dirac, formularon lamecnica cuntica, la cual comprende las teoras cunticas precedentes y suministra las herramientas tericas para laFsica de la materia condensada.7Posteriormente se formul lateora cuntica de campos, para extender la mecnica cuntica de acuerdo con la Teora de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de la dcada de 1940, gracias al trabajo deRichard Feynman,Julian Schwinger,TomonagayFreeman Dyson, que formularon lateora de la electrodinmica cuntica. Esta teora form la base para el desarrollo de lafsica de partculas. En1954,Chen Ning YangyRobert Millsdesarrollaron las bases delmodelo estndar. Este modelo se complet en losaos 1970, y con l fue posible predecir las propiedades de partculas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la ltima de ellas elquark top.7Los intentos de unificar las cuatrointeracciones fundamentaleshan llevado a los fsicos a nuevos campos impensables. Las dos teoras ms aceptadas, lamecnica cunticay larelatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Por eso se han formulado nuevas teoras, como lasupergravedado lateora de cuerdas, donde se centran las investigaciones a inicios delsiglo XXI.Teoras centrales[editar]La fsica, en su bsqueda de describir la verdad ltima de lanaturaleza, tiene varias bifurcaciones, las cuales podran agruparse en cinco teorasprincipales: lamecnica clsica, que describe el movimiento macroscpico; elelectromagnetismo, que describe los fenmenos electromagnticos como laluz; larelatividad, formulada porEinstein, que describe elespacio-tiempoy lainteraccin gravitatoria; latermodinmica, que describe los fenmenos moleculares y de intercambio decalor; y, finalmente, lamecnica cuntica, que describe el comportamiento delmundo atmico.Mecnica clsica[editar]Artculo principal:Mecnica clsica

Girscopo, un dispositivo mecnico.Se conoce como mecnica clsica a la descripcin del movimiento de cuerpos macroscpicos a velocidades muy pequeas en comparacin con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta mecnica, conocidas comomecnica newtonianaymecnica analtica.La mecnica newtoniana, como su nombre indica, lleva intrnsecos los preceptos deNewton. A partir de lastres ecuacionesformuladas por Newton y mediante elclculo diferencialeintegral, se llega a una muy exacta aproximacin de los fenmenos fsicos. Esta formulacin tambin es conocida como mecnicavectorial, y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir suvectoren unsistema de referencia inercialprivilegiado.8La mecnica analtica es una formulacin matemtica abstracta sobre la mecnica; nos permite desligarnos de esossistemas de referenciaprivilegiados y tener conceptos ms generales al momento de describir un movimiento con el uso delclculo de variaciones. Existen dos formulaciones equivalentes: la llamadamecnica lagrangianaes una reformulacin de la mecnica realizada porJoseph Louis Lagrangeque se basa en la ahora llamada ecuacin de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mnima accin; la otra, llamadamecnica hamiltoniana, es una reformulacin ms terica basada en unafuncionalllamada hamiltoniano realizada porWilliam Hamilton. En ltima instancia las dos son equivalentes.8En la mecnica clsica en general se tienen tres aspectos invariantes: eltiempoes absoluto, la naturaleza realiza de forma espontnea lamnima acciny la concepcin de ununiverso determinado.Electromagnetismo[editar]Artculo principal:Electromagnetismo

Magnetsferaterrestre.Elelectromagnetismodescribe la interaccin de partculas cargadas concampos elctricosymagnticos. Se puede dividir enelectrosttica, el estudio de las interacciones entrecargasen reposo, y laelectrodinmica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y laradiacin. La teora clsica del electromagnetismo se basa en lafuerza de Lorentzy en lasecuaciones de Maxwell.La electrosttica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por laley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre s. Su comportamiento se puede analizar en trminos de la idea de un campo elctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estar sujeto a unafuerzaproporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicacin. El que la fuerza seaatractiva o repulsivadepende de lapolaridadde la carga. La electrosttica tiene muchas aplicaciones, que van desde el anlisis de fenmenos comotormentas elctricashasta el estudio del comportamiento de lostubos electrnicos.La electrodinmica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos elctricos y magnticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magntico, la electrodinmica se refiere a efectos tales como el magnetismo, laradiacin electromagntica, y lainduccin electromagntica, incluyendo las aplicaciones prcticas, tales como elgenerador elctricoy elmotor elctrico. Esta rea de la electrodinmica, conocida como electrodinmica clsica, fue sistemticamente explicada porJames Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenmenos de esta rea con gran generalidad. Una novedad desarrollada ms reciente es laelectrodinmica cuntica, que incorpora las leyes de lateora cunticaa fin de explicar la interaccin de la radiacin electromagntica con lamateria.Paul Dirac,HeisenbergyWolfgang Paulifueron pioneros en la formulacin de la electrodinmica cuntica. Laelectrodinmicaes inherentemente relativista y da unas correcciones que se introducen en la descripcin de los movimientos de las partculas cargadas cuando sus velocidades se acercan a lavelocidad de la luz. Se aplica a los fenmenos involucrados conaceleradores de partculasy con tubos electrnicos funcionando a altas tensiones y corrientes.El electromagnetismo abarca diversos fenmenos del mundo real como por ejemplo, laluz. La luz es uncampo electromagnticooscilante que se irradia desde partculas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayora de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como lasmicroondas,antenas,mquinas elctricas, comunicaciones porsatlite,bioelectromagnetismo,plasmas,investigacin nuclear, lafibra ptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnticas, la conversin de energa electromecnica, lameteorologaporradar, y la observacin remota. Los dispositivos electromagnticos incluyentransformadores,rels,radio/TV,telfonos, motores elctricos, lneas de transmisin, guas de onda,fibras pticasylseres.