Bienvenidos a la física ¿Qué es la física?

Bienvenidos a la física
M. Eugenia Villaseca R.
¿Qué es la física?
Se ha dicho y escrito mucho acerca de qué es lo que verdaderamente
estudia la Física como ciencia.
Física proviene del griego, que significa realidad o naturaleza. Este término
habría sido introducido por Aristóteles, hace aproximadamente 2 300 años.
¿Qué estudia esta disciplina?
La física indaga acerca del porqué y el cómo suceden los fenómenos
naturales que observamos a diario. En este proceso se utilizan los sentidos y los
instrumentos de medición y de observación de los cuales se dispone. Así, esta
ciencia se considera una de las más ambiciosas, pues pretende explicar los
fenómenos que ocurren en el universo sobre la base de muy pocos
principios y leyes.
En la búsqueda de explicaciones para fenómenos tan cotidianos como la
caída de una manzana o tan lejanos como la explosión de las estrellas, muchas
veces los científicos se encuentran frente a descubrimientos asombrosos.
Así, se puede concluir que la física se encarga de estudiar realidades
básicas como el movimiento, las fuerzas, la energía, la materia, el calor, el sonido,
la luz y el interior de los átomos. Seguramente te preguntas qué aprenderás en
esta asignatura. A medida que vayas avanzando comprenderás cómo la energía
se transfiere a través de la materia, por ejemplo, cuando el sonido de un equipo de
audio llega hasta tus oídos. En el estudio de la fuerza y el movimiento aprenderás
a evidenciar cuándo un cuerpo se encuentra en movimiento y qué parámetros
necesitas para establecer que algo se mueve. También comprenderás por qué los
objetos caen a tierra, mientras que los satélites se mantienen en órbita.
6
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 1
Ramas de la Física
Según las características del fenómeno que se estudie, la física se divide en
física clásica y física moderna.
La física clásica, que fue desarrollada hasta finales del siglo XIX, también
es llamada física newtoniana debido al científico que más principios aportó a ella.
Estudia fenómenos cuya velocidad es relativamente baja, mucho menor que la
velocidad de la luz, y a escalas espaciales muy superiores en comparación con los
átomos y las moléculas. Por ejemplo, desde el punto de vista de la física clásica
se puede analizar el movimiento de un auto; sin embargo, no explica la interacción
que existe entre un fotón y un electrón.
La física clásica contempla las siguientes subdivisiones:
FÍSICA CLÁSICA
Mecánica ondulatoria
Estudia los fenómenos relacionados con el
comportamiento ondulatorio del sonido y la luz
(óptica y acústica).
Mecánica
Describe las condiciones de reposo o movimiento
de los cuerpos y su cambio en el tiempo bajo la
acción de distintas fuerzas.
Termodinámica
los fenómenos asociados a la temperatura de los
cuerpos y las relaciones entre calor y trabajo.
Electromagnetismo
Describe los fenómenos relacionados con las
cargas fijas y en movimiento (electricidad y
magnetismo).
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 2
Física moderna y contemporánea
Esta rama de la física comienza a desarrollarse desde inicios del siglo XX.
Se enfoca principalmente en el mundo microscópico de las partículas y en los
fenómenos cuya velocidad se acerca a la velocidad de la luz.
A finales del siglo XIX se pensaba que la física había llegado a su fin y que
todo podía explicarse a partir de la física clásica. Sin embargo, una serie de
resultados experimentales innovadores que no podían explicarse con los principios
y leyes de la física clásica y algunas inconsistencias de esta rama originaron una
revolución. Así surgieron las subdivisiones que hoy son parte constitutiva de la
física moderna y contemporánea: la relatividad, la mecánica cuántica y la física de
partículas.
FÍSICA MODERNA
Relatividad
Teoría que describe el movimiento de los objetos
cuya velocidad es cercana a la de la luz.
Mecánica cuántica
Teorías que conectan el comportamiento de la
materia a nivel atómico con el ámbito macroscópico.
Física de partículas
Se ocupa del estudio de las partículas elementales y
sus interacciones. Se entiende como partículas
elementales aquellas que no están formadas por
componentes más pequeños.
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 3
Procedimientos científicos
El método científico puede ser considerado como el proceso que sigue
cualquier ciencia para acceder al conocimiento. Consiste en una secuencia lógica
de pasos para que el trabajo del físico, o de cualquier otro científico, adquiera
validez. Si bien este método puede variar en los detalles, se define de acuerdo con
los siguientes pasos:
Es muy importante destacar que para hacer ciencia no es necesario seguir
estos pasos en forma secuencial. Una investigación puede comenzar a partir de
una reflexión con otras personas, por una observación o una lectura. Investigar
supone utilizar un conjunto de procedimientos que se vinculan con el objeto de
estudio y con el tipo de problema que se investiga.
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 4
¿Qué herramientas utiliza la física para interpretar la
realidad?
Para estudiar y descifrar los fenómenos naturales, los físicos hacen una
abstracción de la realidad seleccionando solo algunas propiedades que
consideran relevantes. Así, construyen los llamados modelos físicos, que pueden
constituir una buena interpretación de la realidad, pero que no deben ser
confundidos con la realidad misma.
Los espirales comprimidos de
un resorte de juguete pueden
ayudar a comprender cómo se
comportan las partículas de aire
cuando se transmite una onda
sonora.
Para la física, la descripción del mundo debe ser precisa. Si un físico
estudia la emisión de radiación por una sustancia, observará que la cantidad de
materia activa va disminuyendo a lo largo del tiempo. Pero esta observación
cualitativa no será suficiente, querrá saber exactamente qué cantidad de materia
radiactiva queda en cada momento. Buscará, entonces, expresar esta relación
entre el tiempo transcurrido y la cantidad de materia mediante una ecuación
matemática.
La física se vale, pues, del
idioma de la matemática. El
físico
representa
los
conceptos básicos mediante
símbolos matemáticos. Por
ejemplo, se usa x, v, t, m
para designar la posición, la
velocidad, el tiempo y la
masa, respectivamente.
También establece métodos
experimentales bien precisos
para asignarles a estos
signos valores numéricos.
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 5
Magnitudes físicas
Todo el tiempo estamos realizando mediciones: medimos nuestro peso, la longitud
de un lápiz, la masa de una manzana, etc.; sin embargo, ¿qué es medir? La
medición se define como la comparación que se establece entre una cantidad y su
unidad respectiva. Esto permite determinar cuántas veces dicha unidad se
encuentra contenida en la cantidad en cuestión.
Aquellas propiedades que caracterizan a los cuerpos o a los fenómenos naturales,
y que pueden ser medidas, reciben el nombre de magnitudes físicas. Así, la
longitud, la masa, la velocidad, el tiempo o la temperatura, entre otras, son
ejemplos de magnitudes físicas, mientras que otras propiedades, como el olor, el
sabor, la bondad, la belleza, no son magnitudes físicas, ya que no se pueden
medir.
¿Qué tipos de magnitudes físicas existen?
Entre las magnitudes físicas hay algunas que
son independientes de las demás y reciben el
nombre de magnitudes fundamentales. Este
es el caso de la longitud, la masa y el tiempo.
Aquellas magnitudes que se definen a partir
de las magnitudes fundamentales reciben el
nombre de magnitudes derivadas. Este es el
caso, por ejemplo, de la velocidad, que se
define mediante la relación entre el
desplazamiento y el intervalo de tiempo.
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 6
Sistema internacional de unidades
¿Qué unidades de medidas conoces?
¿Cuándo las utilizas?
El sistema internacional de unidades (Sl) es un conjunto de unidades de
magnitudes fundamentales a partir del cual se puede expresar cualquier unidad de
una magnitud derivada. En virtud de un acuerdo firmado en 1960, en la mayor
parte del mundo se utiliza el SI. Las unidades fundamentales en este sistema de
unidades, de longitud, masa y tiempo, respectivamente, son el metro, el kilogramo
y el segundo.
10
Conversión de unidades
¿Cómo se puede expresar una magnitud en diferentes unidades?
La conversión de unidades es la transformación de una unidad en otra o de un
sistema de unidades a otro. Para transformar dicha unidad, debe existir alguna
relación entre las unidades. Observa los siguientes ejemplos:
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 7
Notación científica
Para expresar el valor numérico de magnitudes muy grandes o muy
pequeñas, los científicos suelen emplear las cifras significativas seguidas de una
potencia de 10. Este tipo de expresión numérica se conoce con el nombre de
notación científica, y es utilizado de forma habitual.
Al escribir una cantidad según la notación científica, se colocan las cifras
significativas en forma de una parte entera (comprendida entre 1 y 10) y otra parte
decimal, multiplicada por la correspondiente potencia de 10 con exponente
positivo (para los valores mayores que la unidad) o con exponente negativo (para
los valores menores que 1). De esta forma, pueden compararse sencillamente los
valores de una determinada magnitud física.
A continuación se muestran algunos números en notación científica:
¿Cómo se expresa un número grande y uno pequeño en notación científica?
Por ejemplo, un número como 360 245 000 000 000 000 000 000 000 000 puede
ser escrito como 3,60245 · 1029, y un número pequeño como 0,000000000032
puede ser escrito como 32 · 10-12.
*Información e imágenes tomadas del texto guía del estudiante, Física 1° medio Física,
Santillana, 1° Edición 2013
Página 8