En el área de Física podrás encontrar muchos temas relacionados para poder aprender y estudiar, pero antes de hablar de ejercicios veamos que es la física. 😀

La física es la ciencia que se encarga de estudiar los principios que rigen el comportamiento de la materia y la energía, estableciendo leyes y principios que explican su interrelación, sin alterar la naturaleza interna de la materia. ¿Por qué a la física no le importa lo que ocurra al interior de la materia? Fácil, porque para eso se encarga la química.

El hombre inicia el estudio de los fenómenos que los rodea y empieza a establecer las condiciones y principios que los rigen para que, en forma subsecuente, los principios descubiertos se puedan utilizar en otras investigaciones más a profundidad. Por ello, se han determinado algunas etapas de avance de la ciencia en lo que respecta a los fenómenos físicos; esto es de vital importancia porque de aquí nace la ingeniería.

La física en general la podemos dividir en varios campos de estudio bien estructurados que se mencionarán más adelante, por lo pronto  hablemos de la historia de la Física .

La Historia de la Física

La historia de la física abarca periodos realmente prolongados de la historia en el cual transcurrieron los esfuerzos de aquellos personajes históricos encargados de revolucionar la física, hasta convertirse en la ciencia avanzada de hoy en día. 😎

La física ha intentado explicar desde un principio aquellos fenómenos difíciles de comprender que se relacionaban con los Dioses y acontecimientos increíbles para el ser humano. Con el pasar de los siglos la física ha logrado destruir por completo creencias de fantasía con la cual también se ha ganado una buena cantidad de enemigos.

Las primeras explicaciones físicas podrían ser consideradas puramente filosóficas, ya que no había pruebas sólidas y verificables que avalaran las teorías de los pioneros de la física antigua. Durante miles de años, muchas interpretaciones falsas se mantuvieron como creencias acertadas, por ejemplo « La Tierra está en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros » de Claudio Ptolomeo en su famoso Almagesto.

La Física en diversas culturas
La historia de la física, si bien incorporó elementos de la matemática fina y la astronomía practicada por los babilonios, indios, egipcios y algunos otros, permaneció en gran parte involucrada con el reino sobrenatural de los dioses. No fue sino hasta el enfoque metodológico y teórico de los antiguos griegos que apareció la física en su forma moderna, basada en las matemáticas y los primeros principios en lugar de la superstición.

Escoger la historia de la física antigua puede ser difícil, principalmente porque es extremadamente difícil separarla de otros campos como la astronomía, las matemáticas y la alquimia. La ciencia todavía tenía que dividirse en disciplinas reconocibles o incluso separarse por completo de la teología y la filosofía, por lo que hubo cierta superposición en la historia de la física en esta etapa formativa.

Los Inicios de la Física

La civilización griega, según los estándares históricos, era excepcionalmente estables, a pesar de las disputas entre las ciudades del estado de Atenas, Esparta y Tebas, entre otras.

Esta estabilidad y riqueza permitieron que las artes y la filosofía prosperasen, con poetas homéricos y dramaturgos talentosos compartiendo la esfera intelectual con algunos de los más grandes filósofos que el mundo haya conocido. A partir de las matemáticas teóricas, la astronomía precisa y la filosofía sofisticada surgieron de la física antigua, un intento de explicar el mundo y descubrir las leyes que rigen el universo. Los antiguos griegos creían que el universo era armonioso, perfecto y gobernado por elegantes leyes y ecuaciones, tal como lo establecieron matemáticos como Pitágoras y Euclides.

Thales fue el primer físico real y sus teorías dieron su nombre a la disciplina. Él creía que el mundo, aunque formado a partir de muchos materiales, estaba realmente construido con un solo elemento, el agua,  llamado Physis en griego antiguo . La interacción del agua entre las fases de sólido, líquido y gas dio a los materiales propiedades totalmente diferentes. Esta fue la primera explicación para separar los fenómenos naturales del reino de la divina providencia y llevarlos al reino de las leyes y explicaciones naturales. 🌊

Anaximandro, más famoso por su teoría protoevolutiva, disputó las ideas de Thales y propuso que, en lugar de agua, una sustancia llamada Apeiron era el componente básico de toda la materia. Con la ayuda de la retrospectiva moderna, podemos decir que esta fue otra suposición astuta de Anaximandro y muy similar a la idea de que el hidrógeno es el componente básico de toda la materia de nuestro universo.

Heráclito (alrededor de 500 a.C) propuso que la única ley básica que rige el universo era el principio del cambio, ya que nada permanece en el mismo estado indefinidamente. Esta observación lo convirtió en uno de los primeros eruditos en física antigua en abordar el papel del tiempo en el universo, uno de los conceptos más importantes incluso en la historia moderna de la física.

Uno de los primeros físicos famosos de renombre fue Leucipo (Siglo V antes de Cristo), quien se opuso firmemente a la idea de la intervención divina directa en el universo. Este filósofo en cambio propuso que los fenómenos naturales tenían una causa natural. Leucipo y su alumno Demócrito, desarrollaron la primera teoría atómica, argumentando que la materia no podía dividirse indefinidamente y que eventualmente llegarían a piezas individuales que no podrían ser cortadas.

Estos se llaman átomos, de a-tom (no cortados). Sin embargo, este hito particular en la historia de la física estaría olvidado hasta casi dos milenios después. Esta teoría también llevó a los atomistas a proponer que estos átomos estaban gobernados por leyes estrictas, en lugar de la divina providencia. Esta eliminación del libre albedrío e incluso del alma desde la física antigua fue una visión que hizo a estos filósofos ser detestados por Platón. 👳

Aristóteles y sus errores

Curiosamente, aunque se considera a Aristóteles como el padre de la ciencia, y ciertamente contribuyó a la historia de la ciencia con su metodología y empirismo, en realidad obstaculizó el progreso de la física durante muchos milenios. Cometió el error fatal de suponer que la teoría matemática y el mundo natural no se superponían, una señal de su dependencia excesiva del empirismo. Aristóteles intentó explicar ideas como el movimiento y la gravedad con su teoría de los elementos, una adición a la física antigua que también se extendió a la alquimia y la medicina.

Las ideas de Aristóteles
Aristóteles creía firmemente que toda la materia estaba compuesta por una combinación de cinco elementos, la tierra, el aire, el fuego, el agua y el éter invisible. Él llevó esto más allá al sugerir que el reino de la tierra estaba rodeado por el aire, seguido de los reinos del fuego y el éter. Cada elemento, naturalmente, intentó regresar a su propio reino, por lo que una piedra cayó a la tierra porque estaba tratando de volver a su propio elemento. Las llamas se elevaron porque querían regresar al reino del fuego envolvente mientras el humo, una combinación de aire y fuego, también se elevaba hacia el cielo. El agua fluía hacia abajo porque el reino del agua yacía debajo del reino de la tierra.

Esta idea, de los reinos que existen en círculos concéntricos cuidadosamente definidos, con un éter que lo rodea a todos, dominó durante siglos, dando forma a la ciencia europea hasta la llegada de mentes como Galileo y Newton. Hasta entonces, la contribución de Aristóteles a la física antigua siguió dirigiendo erróneamente a los estudiosos posteriores.

La Física del Siglo XVI en Adelante

Más adelante, en el siglo XVI nacieron personajes igual de importantes que harían revolucionar la física para entonces. Copérnico, Stevin, Girlbert, Brahe, Cardano y Galileo, siendo Galileo quien durante el principio del siglo XVII impulsó el empleo sistemático para la verificación experimental y las formulaciones matemáticas en las leyes físicas. Galileo fue otro físico que realizó grandes descubrimientos entre los que se destaca la Ley de la caída de los cuerpos y del péndulo, además de ser considerado como el creador de la mecánica. A finales del Siglo XVII  gracias a estos y otros físicos la ciencia comenzó a influir en los desarrollos de nuevas tecnologías  permitiendo a su vez un avance aún más rápido para la física.

Durante el Siglo XVIII se desarrolló la termodinámica y óptica por Boyle y Young, más adelante la física se vio involucrada en nuevos desarrollos como el electromagnetismo y la estructura atómica por físicos como Coulomb, Luiggi Galvani, Ohm y muchos otros más asociados al campo. Con el pasar de los últimos siglos la física pasó de ser teorías complejas a un campo de la ciencia con bastantes investigadores que se centraron en ella hasta la actualidad.

La revolución de la Física

En el siglo XX la física explotó definitivamente con una gran cantidades de descubrimientos y nuevos científicos convencidos de que aún quedaban muchas investigaciones por hacer y teorías por compartir, de este modo Albert Einstein ganó popularidad al ser uno de los mayores físicos de su época con el desarrollo de la teoría de la relatividad y el comienzo de la mecánica cuántica.

Hasta el día de hoy, todos estos y muchos más científicos llevaron la física a ser una de las ciencias más importantes de hoy en día.

La Física Clásica

Esta es la física que estudiamos en Fisimat,también llamada Mecánica Clásica es la física que se encarga de la investigación de los fenómenos que se perciben directamente por los sentidos; mismos que hacen evidente el comportamiento de los cuerpos. Entre los científicos que destacaron en esta etapa se encuentran Isaac Newton y Galileo Galilei.

En la Física clásica podemos encontrarnos con las siguientes ramas.

Estática:

Se encarga de establecer las leyes y los principios de los cuerpos que se encuentran en equilibrio. El término “equilibrio” no se refiere a reposo o movimiento en particular, sino a la acción de varias fuerzas que se equilibran entre sí. Por ejemplo, los planetas del Sistema Solar se encuentran en constante movimiento, es decir, en equilibrio dinámico debido a las fuerzas del sistema que lo provocan. Por tanto, le corresponde a la estática estudiar el establecimiento de los principios que rigen el comportamiento de nuestro sistema solar. Pero OJO es muy importante tener en cuenta que la estática es un campo muy estudiado para los ingenieros civiles, ingenieros en construcción, ingenieros mecánicos o ingenieros mecatrónicos.

Sistema de Fuerzas

Equilibrio Estático

Cinemática:

Se encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos, sin considerar las causas que lo ocasionan, por ejemplo si tuviéramos que preguntarnos ¿Cuál es la distancia recorrida por un cuerpo? ¿qué tipo de trayectoria describe su movimiento? ¿cuáles son las formas en las que varía su velocidad? son preguntas que sin duda corresponden al área de la cinemática, donde podemos encontrarnos con leyes que establecen algunos principios mediante los cuales funcionan los automóviles, los juegos de feria, y cohetes interplanetarios. ¿es curioso no? Ahora veamos algunos temas que tenemos resueltos de ésta área.

Movimiento en una dimensión

Movimiento en un plano

Dinámica:

Estudia el movimiento de los cuerpos , las causas que lo producen y loes efectos que origina. El investigador más sobresaliente de esta área fue el físico Sir Isaac Newton (1642 – 1727), quien formuló, tomando como base los trabajos de Galileo Galilei (1564 – 1642), sus tres leyes (también conocidas como las leyes de la dinámica), en las cuales estableció las ecuaciones del movimiento de un cuerpo y las relaciones que producen dicho movimiento. Podemos apreciar la aplicación de las leyes de Newton en los fenómenos que ocurren en nuestro entorno; por ejemplo, se sabe que un auto desplazándose en una pendiente no se detendrá hasta que una fuerza le produzca un cambio (primera ley de Newton o de Inercia), y también podemos pensar que si tenemos que patear un balón a ras de suelo, en algún momento se detendrá ¿por qué? pues por la inercia.

Conocidas también como las leyes con que Newton fundamentó y explicó las causas del movimiento de los cuerpos. A continuación se han escrito en el blog algunos de los siguientes artículos.

Primera Ley de Newton

También conocida como la “Ley de Inercia”, que nos explica que todo cuerpo que se encuentra en estado o posición de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (MRU), continuará en ese estado, a menos que se le aplique otra fuerza.

Segunda Ley de Newton

También conocida como la “Ley de la aceleración”, un postulado que nos explica sobre el cambio del movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza que se aplica, y el movimiento se produce en una línea recta , en la que se encuentra actuando la fuerza.

Tercera Ley de Newton

También conocida como la “Ley de acción y reacción”, a toda acción, siempre se opone una reacción igual. Las acciones que se dan entre dos cuerpos serán siempre iguales y en direcciones contrarias a la parte que iban dirigidos ambos cuerpos.

Rozamiento

El rozamiento es una característica que experimenta la materia al ser sometida al movimiento, pues el rozamiento es el fenómeno que se presenta en el deslizamiento de cualquier cuerpo, aquella que frena, o se opone, o bien que facilita el movimiento.

Ley de la Gravitación Universal

La ley que explica la fuerza de atracción entre dos cuerpos, con esta ley podemos saber con que fuerza atrae el sol a la tierra, o la tierra a la luna, e incluso el saber con que fuerza atrae una persona a la trae.

Principios de Dinámica

Hidráulica

La hidráulica es el campo de estudio de la física que se encarga de estudiar a la mecánica de los líquidos, analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos, y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas, la hidráulica así como otras áreas de la física, se divide en dos partes; la hidrostática y la hidrodinámica, la primera se encarga de estudiar a los líquidos en reposo
y la hidrodinámica se encarga de estudiar a los líquidos en movimiento.

Ante el estudio de la hidráulica podemos resaltar que los líquidos pertenecen a un estado llamado isótropos, es decir, que manifiestan las mismas propiedades físicas en todas las direcciones, por ejemplo: son incomprensibles (no se pueden reducir por fuerzas tangentes) y su presión se distribuye en diversas formas al que esté sometido.

Termología:

Esta rama de la física se encarga de estudiar la energía calorífica y la temperatura, estableciendo las formas en que se transmite la energía y las leyes que rigen los fenómenos al absorber o perder esta energía. La ganancia de calor provoca la evaporación del agua de mares y lagos, y la pérdida de energía calorífica produce su enfriamiento y con ello su condensación para después precipitarse en forma de lluvia.

Termometría

Calorimetría

Leyes de la Termodinámica

Segunda Ley de la Termodinámica

Acústica:

Para de la física que establece las leyes y los principios del comportamiento de los fenómenos relacionados con el sonido. Aquí consideramos el estudio del movimiento vibratorio, y el establecimiento de sus principios, porque es el causante del sonido en los sólidos, además de permitir su transmisión y recepción en diferentes medios, por ejemplo, el eco.

Óptica:

Subdivisión de la física encargada del estudio de la luz, su comportamiento y establecimiento de las leyes que rigen a los fenómenos que se produce. Los descubrimientos logrados por la óptica son muy importantes; por ejemplo, la utilización de diferentes tipos de lentes para la corrección de las enfermedades visuales y la identificación de los fenómenos producidos al utilizar espejos en diversas formas.

Electromagnetismo:

Sin duda, una de las áreas que se encarga de estudiar, descubrir y establecer las leyes que regulan el comportamiento de los electrones , su desplazamiento para formar corrientes eléctricas y el modo como se relacionan con la energía magnética, a fin de producir y transformarse en energía electromagnética.

Ley de Coulomb

Principio de Superposición 

Campo Eléctrico

Resistividad

Ley de Ohm

Resistencias en Serie

Resistencias en Paralelo

Ley de Joule

La Física Moderna

Esta es la física actual, que en futuro tendremos un blog especializado en ello, pero por ahora podemos decir que la física moderna es una rama de la física que se encarga de estudiar los fenómenos desde el átomo o entre las moléculas, algunos también le llama la física atómica. Aquí también se estudia las leyes de la mecánica cuántica, aquí sobresalen los siguientes científicos: Niels Bohr, Ernest Rutherford y Max Plank

La Física Relativista

Esta es la rama de la física que se caracteriza por cambiar los principios de la física clásica, principalmente en sus postulados de la mecánica. La materia y la energía se consideran como una equivalencia y no una división del entorno. Estos conceptos y la etapa de investigación fueron propuestos por el físico más famoso del mundo Albert Einstein e incluso puedes leer algo sobre Einstein y su vida a través del siguiente artículo: Einstein y la Física

La importancia de la Física

Sin duda alguna las razones más importantes de la física es seguir estudiando los fenómenos físicos para poder encontrar las aplicaciones que puedan tener éstos en el mejoramiento de la vida humana. De este tipo de aplicaciones y otras razones por las cuales puede interesarnos el conocimiento de los cambios que estudia la física.