IMPORTANCIA DE LA FÍSICA EN EL ÁREA DE CIENCIAS NATURALES.

La física (del lat. physĭca, y este del gr. τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός, "naturaleza") es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones.

La Física por su carácter fundamental en las ciencias naturales hace algo difícil definir con precisión su campo del conocimiento. Como la química, se ocupa del estudio de la materia y la energía, pero es más general en su búsqueda de las leyes básicas que rigen el universo material. La física se plantea algunas de las preguntas más fundamentales acerca de la naturaleza del espacio y del tiempo, la estructura, interacciones y propiedades de la materia, y las diferentes manifestaciones de la energía. Paralelo al desarrollo de las demás ciencias, el avance vertiginoso de la física en los siglos recientes ha tenido un impacto crucial en nuestra comprensión del universo y en el progreso tecnológico de la humanidad.

La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVI surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.

La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.

La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.

Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Eratóstenes, Aristarco, Epicuro o Aristóteles, y fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac y Richard Feynman, entre muchos otros.

En el Área de Física se tienen como objetivos:

En la docencia dirigida a estudiantes de pregrado en ingeniería, que el estudiante adquiera una comprensión básica de los aspectos teóricos y experimentales de la mecánica newtoniana, de la física de fluidos, de la termodinámica y el calor, de las oscilaciones, las ondas mecánicas y los fenómenos electromagnéticos; y que conozca algunos de los desarrollos en la física moderna. En general, con el estudio de la física el futuro ingeniero conseguirá un adecuado conocimiento y comprensión de los principios y leyes fundamentales que rigen el universo que le rodea.

A nivel formativo, el desarrollo de habilidades para resolver problemas guiándose por los métodos de la ciencia y basándose en sus leyes, el desarrollo de habilidades comunicativas-argumentativas orales y escritas y de la capacidad de detectar el uso de argumentos vagos o seudo-científicos. También busca que el estudiante aprenda a conectar lo teórico con lo cuantitativo, que haga estimaciones acertadas y que utilice el conocimiento productivamente a través de una comunicación clara, convincente y exacta; que desarrolle habilidades experimentales, y que pueda argumentar y concluir sobre la base de los resultados obtenidos.

Los profesores del Área, además de dedicarse a las actividades docentes, participan en investigaciones y prestan servicios de asesoría a diferentes sectores dentro y fuera de la Universidad.

Laboratorios de enseñanzaCon los laboratorios se busca que el estudiante adquiera habilidades experimentales tales como la observación, la representación, la estimación, la argumentación y la interpretación de diversos fenómenos y procesos. Igualmente, que verifique los principios y leyes de la física estudiados en clase guiándose por el método científico. Adicionalmente, que reconozca la importancia y las limitaciones de la medición, que pueda estimar incertidumbres y que desarrolle habilidades para el manejo y análisis de datos experimentales.

IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA EN EL ÁREA DE CIENCIAS NATURALES.

Se denomina química (del árabe kēme (kem, كيمياء), que significa "tierra") a la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la Revolución química (1733).

La ubicuidad de la química en las ciencias naturales hace que sea considerada como una de las ciencias básicas. La química es de gran importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la farmacia, la medicina, la geología, la ingeniería y la astronomía, entre otros.

Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales (electrones, protones y neutrones), partículas compuestas (núcleos atómicos, átomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies.

Desde el punto de vista microscópico, las partículas involucradas en una reacción química pueden considerarse como un sistema cerrado que intercambia energía con su entorno. En procesos exotérmicos, el sistema libera energía a su entorno, mientras que un proceso endotérmico solamente puede ocurrir cuando el entorno aporta energía al sistema que reacciona. En la gran mayoría de las reacciones químicas hay flujo de energía entre el sistema y su campo de influencia, por lo cual podemos extender la definición de reacción química e involucrar la energía cinética (calor) como un reactivo o producto.

Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son:

Química Orgánica Química Inorgánica Fisicoquímica Química analítica Bioquímica

Es común que entre las comunidades académicas de químicos la química analítica no sea considerada entre las subdisciplinas principales de la química y sea vista más como parte de la tecnología química. Otro aspecto notable en esta clasificación es que la química inorgánica sea definida como "química no orgánica". Es de interés también que la Química Física es diferente de la Física Química. La diferencia es clara en inglés: "chemical physics" y "physical chemistry"; en español, ya que el adjetivo va al final, la equivalencia sería:

Química física Physical Chemistry Física química Chemical physics

Usualmente los químicos son educados en términos de físico-química (Química Física) y los físicos trabajan problemas de la física química.

La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en nuestros días gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se encuentran, por ejemplo, el estudio del desdoblamiento de las proteínas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteínas.

Si hay una partícula importante y representativa en la química es el electrón. Uno de los mayores logros de la química es haber llegado al entendimiento de la relación entre reactividad química y distribución electrónica de átomos, moléculas o sólidos. Los químicos han tomado los principios de la mecánica cuántica y sus soluciones fundamentales para sistemas de pocos electrones y han hecho aproximaciones matemáticas para sistemas más complejos. La idea de orbital atómico y molecular es una forma sistemática en la cual la formación de enlaces es entendible y es la sofisticación de los modelos iniciales de puntos de Lewis. La naturaleza cuántica del electrón hace que la formación de enlaces sea entendible físicamente y no se recurra a creencias como las que los químicos utilizaron antes de la aparición de la mecánica cuántica. Aún así, se obtuvo gran entendimiento a partir de la idea de puntos de Lewis.

Las primeras experiencias del hombre como químico se dieron con la utilización del fuego en la transformación de la materia, la obtención de hierro a partir del mineral y de vidrio a partir de arena son claros ejemplos. Poco a poco el hombre se dio cuenta de que otras sustancias también tienen este poder de transformación. Se dedicó un gran empeño en buscar una sustancia que transformara un metal en oro, lo que llevó a la creación de la alquimia. La acumulación de experiencias alquímicas jugó un papel vital en el futuro establecimiento de la química.

La química es una ciencia empírica, ya que estudia las cosas por medio del método científico, es decir, por medio de la observación, la cuantificación y, sobre todo, la experimentación. En su sentido más amplio, la química estudia las diversas sustancias que existen en nuestro planeta así como las reacciones que las transforman en otras sustancias. Por otra parte, la química estudia la estructura de las sustancias a su nivel molecular. Y por último, pero no menos importante, sus propiedades.

El objeto de la química es conocer la constitución de la materia, las clases de materia que existen, sus propiedades y transformaciones químicas (a escala molecular) así como los cambios energéticos que estos implican. Esto es fundamental para que los ingenieros tengan herramientas para comprender los fenómenos que subyacen a los procesos de transformación de recursos naturales en productos y servicios. Los objetivos de Área de Química son:

En la docencia dirigida a estudiantes de pregrado en ingeniería, que el estudiante adquiera una comprensión básica de los aspectos teóricos y experimentales de unidades y sistemas, energía, balances de materia, reacciones químicas, fluidos y recursos ambientales. En general, con el estudio de la química el futuro ingeniero conseguirá un adecuado conocimiento y comprensión de los principios y leyes que rigen las transformaciones de la materia y la energía.

A nivel formativo, el desarrollo de habilidades para resolver problemas guiándose por los métodos de la ciencia y basándose en sus leyes, el desarrollo de habilidades comunicativas-argumentativas orales y escritas y de la capacidad de detectar el uso de argumentos vagos o seudo-científicos. También busca que el estudiante aprenda a conectar lo teórico con lo cuantitativo, que haga estimaciones acertadas y que utilice el conocimiento productivamente a través de una comunicación clara, convincente y exacta; que desarrolle habilidades experimentales, y que pueda argumentar y concluir sobre la base de los resultados obtenidos.

IMPORTANCIA DE LA BIOLOGÍA EN EL ÁREA DE CIENCIAS NATURALES.

La Biología es una disciplina que pertenece a las Ciencias Naturales. Su principal objetivo es el estudio del origen, de la evolución y de las propiedades que poseen todos los seres vivientes. La palabra biología deriva del griego y significa “estudio de la vida, de los seres vivos” (bios = vida y logia = estudio, ciencia, tratado).La Biología es una ciencia que incluye diversas disciplinas que en ocasiones se tratan de manera independiente. La biología molecular y la bioquímica estudian la vida a partir de las moléculas, mientras que la biología celular o citología lo hacen a partir de las células. La anatomía, la histología y la fisiología realizan el estudio desde un aspecto pluricelular. Es por ello que la Biología debe considerarse como un conjunto de ciencias, puesto que los seres vivos pueden ser estudiados a partir de diferentes enfoques. Ese conjunto de ciencias forma parte de las Ciencias Biológicas, donde se incluyen la morfología, la fisiología, la microbiología, la genética, la patología, la taxonomía y muchas disciplinas más.

La biología es una disciplina científica que abarca un amplio espectro de campos de estudio que, a menudo, se tratan como disciplinas independientes. Todas ellas juntas, estudian la vida en un amplio rango de escalas. La vida se estudia a escala atómica y molecular en biología molecular, en bioquímica y en genética molecular. Desde el punto de vista celular, se estudia en biología celular, y a escala pluricelular se estudia en fisiología, anatomía e histología. Desde el punto de vista de la ontogenia o desarrollo de los organismos a nivel individual, se estudia en biología del desarrollo.

Cuando se amplía el campo a más de un organismo, la genética trata el funcionamiento de la herencia genética de los padres a su descendencia. La ciencia que trata el comportamiento de los grupos es la etología, esto es, de más de un individuo. La genética de poblaciones observa y analiza una población entera y la genética sistemática trata los linajes entre especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se examinan en la ecología y la biología evolutiva. Un nuevo campo de estudio es la astrobiología (o xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de la Tierra.

Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas. Se proponen desde la tradicional división en dos reinos establecida por Carlos Linneo en el siglo XVII, entre animales y plantas, hasta las actuales propuestas de sistemas cladísticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.

A diferencia de la física, la biología no suele describir sistemas biológicos en términos de objetos que obedecen leyes inmutables descritas por la matemática. No obstante, se caracteriza por seguir algunos principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen la universalidad, la evolución, la diversidad, la continuidad, la homeóstasis y las interacciones.

Uno de los conceptos centrales de la biología es que toda vida desciende de un antepasado común que ha seguido el proceso de la evolución. De hecho, ésta es una de las razones por la que los organismos biológicos exhiben una semejanza tan llamativa en las unidades y procesos que se han discutido en la sección anterior. Charles Darwin conceptualizó y publicó la teoría de la evolución en la cual uno de los principios es la selección natural (a Alfred Russell Wallace se le suele reconocer como codescubridor de este concepto). Con la llamada síntesis moderna de

la teoría evolutiva, la deriva genética fue aceptada como otro mecanismo fundamental implicado en el proceso.

La biología se ha convertido en una iniciativa investigadora tan vasta que generalmente no se estudia como una única disciplina, sino como un conjunto de subdisciplinas. Aquí se considerarán cuatro amplios grupos.

El primero consta de disciplinas que estudian las estructuras básicas de los sistemas vivos: células, genes, etc.;

el segundo grupo considera la operación de estas estructuras a nivel de tejidos, órganos y cuerpos;

una tercera agrupación tiene en cuenta los organismos y sus historias; la última constelación de disciplinas está enfocada a las interacciones.

Sin embargo, es importante señalar que estos límites, agrupaciones y descripciones son una descripción simplificada de la investigación biológica. En realidad los límites entre disciplinas son muy inseguros y, frecuentemente, muchas disciplinas se prestan técnicas las unas a las otras. Por ejemplo, la biología de la evolución se apoya en gran medida de técnicas de la biología molecular para determinar las secuencias de ADN que ayudan a comprender la variación genética de una población; y la fisiología toma préstamos abundantes de la biología celular para describir la función de sistemas orgánicos.