APUNTE DE INTRODUCCION A LAS CIENCIAS FISICAS Introducción Actualmente el ser humano depende de una gran cantidad de aparatos para realizar muchas de sus actividades cotidianas. Por ejemplo, una persona para comunicarse con un amigo que se encuentra a cientos de kilómetros de donde vive emplea un teléfono; para prepararse algún alimento o algún jugo de fruta, emplea una licuadora; para transportarse de donde vive a la playa utiliza un automóvil; para poder leer este libro en ausencia de luz solar emplea la luz producida por una lámpara o una vela. En fin, se puede hacer una lista interminable de aparatos que el hombre ha construido para hacer más placentera y fácil la vida, y cuyos principios de operación se basan en leyes de la física. Por otra parte, el hombre siempre se ha interesado por entender la naturaleza, ya que su comprensión le ha permitido obtener beneficios para alimentarse, para cambiar su lugar de residencia a lugares más cálidos y con agua; para identificar las principales propiedades de los materiales para su beneficio. Por ejemplo, en un principio el hombre se interesó, entre otras cosas, en la construcción de una espada más resistente y ligera que le permitiera tener ventajas al enfrentarse a un depredador o a otro hombre armado con una espada menos resistente y más pesada; del mismo modo, en la actualidad al ser humano le interesa la elaboración de materiales que tengan una resistencia eléctrica tan baja que permitan la circulación de la corriente eléctrica desde la planta generadora de energía eléctrica hasta el usuario sin pérdidas de energía. Pues bien, la física es una ciencia que se preocupa lo mismo por la comprensión de muchos fenómenos que ocurren en la naturaleza que de la identificación de las propiedades de los materiales no tan sólo para satisfacer su curiosidad, sino para obtener beneficios. ¿Qué es la física? En la naturaleza ocurren una gran cantidad de fenómenos; vemos que la mayoría de los objetos al ser soltados cerca de la superficie terrestre se mueven verticalmente hacia abajo, que el Sol sale todos los días por el oriente y se oculta por el occidente; que las plantas crecen si se riegan con agua, pues de lo contrario se secan, etcétera. Estos ejemplos nos permiten evidenciar que los fenómenos que se presentan en la naturaleza son diferentes. Ante tal diversidad de fenómenos, el ser humano agrupó aquellos que son parecidos. Así, por ejemplo, los fenómenos que están relacionados con el Sol, los planetas y las estrellas son agrupados y estudiados por la Astronomía. De la misma manera los fenómenos que se relacionan con los animales, las plantas, las bacterias y las células son agrupados y estudiados por la Biología. La caída de los cuerpos, la propagación del sonido en el agua, la refracción de la luz al pasar por una lente, la formación del arco iris, la fusión del hielo, etcétera son fenómenos estudiados por la Física como se muestra en la figura La agrupación de los fenómenos en diversas ciencias fue hecha por el ser humano para simplificar y reducir el campo de estudio de la naturaleza y para poder profundizar en él. Sin embargo, muchos de esos fenómenos tienen que ser estudiados por dos o más ciencias simultáneamente. Por ejemplo, la Biología estudia a la célula, pero, el movimiento de las sustancias a través de la membrana de la célula es un fenómeno Físico estudiado por la Biofísica, la cual es una combinación de biología y física. En la actualidad muchas ciencias necesitan los conceptos y leyes de la física para poder estudiar sus campos respectivos. Ya sabemos que la física es una ciencia que permite explicar algunos hechos que se presentan en la naturaleza, pero ¿qué es la física? Dar una respuesta precisa acerca de qué es la física no es sencillo, toda vez que abarca el estudio de múltiples fenómenos naturales, sin embargo, podemos decir que la física es una ciencia natural ya que se encarga del estudio y comprensión de algunos fenómenos que ocurren en la naturaleza. También podemos señalar que es una ciencia basada en observaciones, mediciones, hipótesis, leyes y teorías. La física está en constante evolución; se ha desarrollado con el trabajo de científicos como Aristóteles, Arquímedes, Galileo, Newton, Maxwell, Einstein y muchos más. Es una ciencia que ha contribuido tanto al actual desarrollo tecnológico como a la evolución y crecimiento de otras ciencias como se muestra en siguiente esquema La física es una ciencia cuyo dominio incluye el estudio de objetos tan pequeños como los quarks y tan enormes como el propio Universo. Finalmente, podemos decir que la física es una ciencia comunicable que se enseña, se aprende, se desarrolla y se aplica. Para dar respuesta a qué es la física se pueden dar las siguientes definiciones, las cuales son las que se presentan con mayor frecuencia en los libros de esta ciencia: La física es la ciencia que estudia la energía, sus manifestaciones y transformaciones y su relación con la materia. La física es la ciencia natural que trata del comportamiento y la comprensión de la materia y de sus interacciones en el nivel más fundamental. A primera vista estas definiciones de física parecen no tener nada en común. Sin embargo, la realidad es otra, ya que en dichas definiciones se establece que a la física le interesa predecir y explicar el comportamiento de la materia. Con el fin de justificar esta última afirmación consideremos en primer lugar que la materia es todo cuanto existe en el Universo y se halla constituido por partículas fundamentales (como los electrones y protones), generalmente agrupados en átomos y moléculas. Para poder explicar cómo es que se agrupan las partículas fundamentales, los átomos y las moléculas hay que hacerlo en función de las interacciones (fuerzas) entre las partículas fundamentales, los átomos y las moléculas. La equivalencia entre dichas definiciones también se justifica cuando en años recientes los físicos han comprobado que la materia y la energía son dos aspectos de una misma realidad física y que una puede convertirse en otra como veremos más adelante. Con el propósito de responder de manera más precisa a la pregunta ¿qué es la física? podemos afirmar que es una ciencia natural que estudia el movimiento de los cuerpos, los fenómenos térmicos, la luz, el sonido, la electricidad, el magnetismo y la estructura de la materia. La física actual es capaz de explicar con el mismo conjunto de leyes con resultados satisfactorios el comportamiento de objetos tan diversos como las partículas fundamentales, las estrellas lejanas, los automóviles en movimiento o los satélites de comunicación que giran alrededor de la Tierra, porque se enfoca a cuestiones que son verdaderamente esenciales y básicas en cuanto a la manera en que se comporta la naturaleza. ¿Por qué es importante estudiar física? Esta pregunta puede tener diferentes respuestas, según los intereses de quien la responda. Por ejemplo, un profesor de física puede decir que se debe estudiar esta ciencia porque le gusta impartir sus clases a sus alumnos, pero si se trata de un alumno que pretende ser ingeniero, dirá que el estudio de la física le proporciona conocimientos que le permitirán comprender a fondo los temas de su especialidad. También habrá estudiantes que piensen que deben aprender los contenidos de los cursos de física porque necesitan acreditarlos para continuar con sus estudios superiores. Estas respuestas son válidas; sin embargo, no son las únicas, pues existen otras razones igualmente importantes por las cuales vale la pena estudiar física. Entre las llamadas ciencias naturales, la física es la que ha logrado mayores avances en cuanto a la explicación de la forma en que se comporta el mundo que nos rodea. También es el mejor ejemplo de la manera en que ha progresado el conocimiento humano. Por ello no resulta exagerado decir que la física tiene una importancia cultural innegable e imposible de ignorar en el mundo actual. Tan inculta debería considerarse a la persona que no tiene una idea, aunque sea vaga, sobre quiénes fueron Napoleón, Cervantes Saavedra y Picasso, como aquella que no sabe, aunque sea vagamente, qué descubrimientos hizo Galileo o por qué la Luna puede girar en torno a la Tierra sin un motor que la impulse. Esto justifica el porqué que todo ciudadano debe aprender lo fundamental de la física. El estudio de esta ciencia les permite a los seres humanos comprender mejor el mundo que les rodea, con lo que dejan de tener temores y creencias supersticiosas. Por ejemplo, aquellas personas que no han tenido la oportunidad de estudiar física consideran en muchas ocasiones que un eclipse de Sol es un mal presagio en sus vidas. Sin embargo, una persona que ha estudiado física sabe que un eclipse de Sol es un fenómeno natural que se presenta cuando se encuentran alineados el Sol, la Luna y la Tierra, y la Luna está ubicada entre el Sol y la Tierra como se muestra en la figura. Es decir, que un eclipse de Sol se presenta cuando una pequeña región de la Tierra se oscurece porque la Luna se interpone en el camino de la luz solar. El único peligro que se puede presentar durante un eclipse de Sol es que las personas se dañen los ojos por observarlo directamente, pero sería el mismo daño en los ojos que si observaran directamente el Sol, aunque no haya eclipse. No cabe duda, que el estudio de la física contribuye a que los seres humanos seamos más libres y tengamos una vida más plena. El estudio de la física nos proporciona el conocimiento necesario para poder comprender muchos fenómenos naturales. Por ejemplo, se ha observado que los cocodrilos engullen piedras, en un principio los biólogos pensaron que lo hacían con el propósito de mejorar su digestión, pero después de diversas observaciones y estudios, los propios biólogos con ayuda de los físicos concluyeron que el hecho de que los cocodrilos engullan piedras se debe a que así controlan su línea de flotación. Es decir, aumentan su masa y por tanto su densidad, con lo cual provocan un mayor hundimiento y que sólo una parte pequeña de su cuerpo emerja del agua, con lo que mimetizan su presencia en los lagos y ríos como se muestra en la figura. Seguramente todos hemos visto ascender y descender a los peces en el seno del agua, pero ¿cómo lo consiguen? La respuesta se obtiene con los conocimientos que proporciona la física. Para poder nadar los peces poseen la vejiga natatoria que está llena de oxígeno y nitrógeno procedentes de la sangre; al variar la cantidad de gas contenido en la vejiga, el volumen total del pez se modifica sin cambiar masa y con ello ajusta su densidad según desee ascender o descender en el agua como se muestra en la figura. Es decir, si el volumen del pez aumenta, disminuye su densidad del agua, por lo que éste asciende, por el contrario, si el volumen del pez disminuye, aumenta su densidad a un valor mayor que el de la densidad del agua, por lo que éste desciende. Sin los conocimientos que proporciona la física, estos hechos serían conocidos, pero no comprendidos. La física es una ciencia natural cuyos conceptos, principios, leyes y teorías son aprovechados por el ser humano para diseñar y construir una gran cantidad de aparatos, que hacen más cómoda nuestra vida. Por ejemplo, el horno de microondas nos permite calentar los alimentos en pocos minutos o segundos, con sólo apretar un par de botones. Si no existiera este aparato, tardaríamos más tiempo en calentar los alimentos como el que se muestra en la figura. La secadora de ropa elimina el agua de la ropa en unos cuantos minutos, de manera que una persona que se haya caído en una alberca y mojado su ropa no tiene más que meterla en la secadora, esperarla unos minutos y ponérsela nuevamente, pero seca. Éstos y otros aparatos que se emplean en el hogar fueron diseñados tomando en cuenta las leyes de la física. Los conceptos y leyes de la física han sido utilizados para comunicarnos y transportarnos con más facilidad, comodidad y rapidez. Por ejemplo, la aplicación de las leyes del electromagnetismo y otras leyes físicas permitió a los franceses poner en servicio comercial, en 1981, el tren de gran velocidad (TGV) de París a Lyon, el cual puede viajar a una velocidad máxima de 380 km/h. A pesar de que esta velocidad nos puede parecer enorme, no es suficiente para el ser humano, pues el Transrapid —que es un vehículo de sustentación magnética diseñado por los alemanes— puede viajar a una velocidad de 412.6 km/h como se puede observar en la figura. No cabe duda de que la física es una ciencia que le ayuda al hombre a materializar muchos de sus sueños. Asimismo, la comprensión de los conceptos y leyes de la física le ha permitido al hombre construir dispositivos como la balanza, el termómetro, el esfigmomanómetro que le hacen posible medir su masa, su temperatura y su presión sanguínea, respectivamente como se muestra en la figura. La gran mayoría de los aparatos de medición que se emplean en la actualidad basan sus principios de operación en leyes físicas. Otra razón que justifica la importancia del estudio de la física es que esta ciencia puede ayudar al ser humano a interactuar con la naturaleza de tal modo que no ponga en peligro el bienestar de las generaciones futuras innecesariamente, contribuyendo así a su propio bienestar. Una adecuada comprensión de lo que es la física, en particular, y de lo que son las ciencias naturales, en general, puede ayudar a los profesionales “no científicos” como economistas, administradores, abogados, etcétera, que ocupan cargos de importancia, a tomar decisiones racionales y bien fundamentadas en materias tan vitales como el desarrollo energético, el empleo de los recursos naturales y el control de la contaminación ambiental. La falta de una buena formación en ciencias naturales de muchos mandatarios ha provocado que sus decisiones, aunque sean tomadas con la mejor intención, generen un agotamiento de los recursos naturales, un incremento en la contaminación y una mayor pobreza de la población que gobiernan. Podemos concluir que la física es una ciencia que debemos estudiar porque está presente en una gran cantidad de objetos e instrumentos que nos rodean, en actividades que realizamos cotidianamente y en hechos que observamos en la naturaleza. Bosquejo histórico de la física La física es una ciencia que surge cuando el ser humano siente la necesidad de explicar porqué ocurren los hechos que suceden a su alrededor y cuando intenta dar respuestas a interrogantes como las siguientes: ¿por qué el Sol emite luz?, ¿por qué el día y la noche?, ¿por qué existe el arco iris?, ¿por qué los peces nadan y las aves vuelan? Se cree que el ser humano tuvo más tiempo para pensar en las respuestas a éstas y otras interrogantes cuando se volvió sedentario y pudo relacionar las posiciones de los astros en el cielo con el crecimiento de plantas como el trigo y el maíz. Estos conocimientos le permitieron sembrar y cosechar suficientes granos para alimentar a su familia durante un año. Este hecho también le permitió, entre otras cosas, disponer de más tiempo libre para reflexionar en las interrogantes anteriores y en otras más como: ¿Cuál es la causa de la regularidad en el movimiento de los objetos celestes?, ¿De qué está hecha la Tierra?, ¿Qué es el hombre?, etcétera. A partir de estas interrogantes acerca del mundo y del ser humano nace la Filosofía. Es decir, la Filosofía se origina en los pueblos primitivos cuando ellos tratan de encontrar una explicación racional sobre el mundo y lo que en él acontece sin recurrir a los mitos ni a la magia. Como resultado de lo anterior, las civilizaciones prehelénicas que se desarrollaron en Mesopotamia, Egipto y en el Mediterráneo Oriental, nos han dejado numerosos testimonios de sus conocimientos “físicos”: observaciones astronómicas, intentos de explicación del Universo por medio de hipótesis mitológicas, así como recetas técnicas para el establecimiento de las primeras unidades de longitud, peso y capacidad, y la medición del tiempo Los historiadores occidentales de la ciencia señalan que únicamente los conocimientos astronómicos de las culturas prehelénicas tienen un valor comparable a los de la ciencia griega. Todas las corrientes separadas de conocimiento del mundo antiguo confluyeron en Grecia, donde fueron filtradas, purificadas y canalizadas en cauces nuevos y mucho más aprovechables, gracias al genio maravilloso de aquella raza, que fue la primera de Europa en salir de la oscuridad. Los primeros filósofos griegos intentaron comprender el mundo por el doble camino de la observación de los hechos y del razonamiento. Se puede considerar que la física nace en el mundo occidental cuando los griegos tratan de responder interrogantes relacionadas con la estructura del mundo en que vivimos. Sabemos que estos filósofos propusieron diversas soluciones para explicar la estructura del mundo, entre ellas, la del agua (Tales de Mileto), la de los cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua (Empédocles), o la de los átomos (Leucipo, Demócrito y Epicuro). Otros, sin embargo, centraron sus intereses en casos más concretos como la óptica (Euclides) o la hidrostática y estática (Arquímedes). Muchos de los historiadores coinciden al considerar a Arquímedes (287212 a.C.) como el gran físico de la antigüedad Arquímedes como se muestra en la figura ya que pudo combinar las matemáticas con la investigación experimental. La obra de Arquímedes es considerable y atañe tanto a las matemáticas como a la física. Se le atribuye la teoría de la palanca (“Dadme un punto de apoyo y levantaré al mundo”), y los fundamentos de la estática de los sólidos y de la hidrostática (el principio de Arquímedes). Además, contribuyó en el diseño de diversos dispositivos técnicos como la rueda dentada y el tornillo hidráulico. Sin embargo, los albores de la ciencia en general estuvieron dominados por la autoridad de Aristóteles (384-322 a.C.). El avance científico iniciado por los griegos se detuvo en Europa en el siglo V d.C., cuando las hordas bárbaras la invadieron y destruyeron todo lo que encontraron a su paso, e introdujeron el oscurantismo. En esa época, otras culturas como la china, la árabe y la maya avanzaban en el conocimiento de las matemáticas y la astronomía y de disciplinas como la medicina. La invasión islámica iniciada en el siglo X a España reintrodujo en Europa la ciencia de los griegos. Esto permitió en el siglo XIII la creación de las primeras universidades europeas. Este mismo siglo presenció la obra triunfante y aplaudida de Tomás de Aquino (1225-1274) quien fue el máximo exponente de la filosofía escolástica, así como la vida trágica de Roger Bacon (1214-1294), el único hombre de la Europa medieval, por cuanto se sabe, que tenía una visión clara de que sólo los métodos experimentales pueden garantizar la certeza en materias científicas. El primer gran cambio en el enfoque científico fue obra de Nicolás Copérnico (1473-1543), matemático y astrónomo polaco, ya que enseñó a los seres humanos a mirar el mundo desde una nueva luz. Lejos de constituir el centro del Universo, como se creía entonces, la Tierra descendió en su sistema hasta el lugar ínfimo, a la categoría de un planeta de tantos, lo cual afectó en su momento la mentalidad y las creencias humanas en otros aspectos importantes. El nacimiento de la Física Clásica se ubica en el siglo XVII, cuando se enunció la teoría acerca del magnetismo terrestre por William Gilbert (1544-1603), asimismo, se establecieron las bases de la dinámica y se formularon las leyes de la caída libre de los cuerpos por Galileo Galilei (1564-1642). La física galileana tiene como objetivo el establecimiento de leyes matemáticas simples que enuncian relaciones constantes entre magnitudes físicas. Por su parte, Isaac Newton (1642-1727) estableció el concepto de masa, resumió las leyes del movimiento y formuló la teoría de la gravitación universal en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Además, creó el formalismo necesario para su tratamiento matemático y demostró la validez de las leyes del movimiento de los planetas obtenidas empíricamente por Johannes Kepler (1571-1630). La física newtoniana descansa sobre dos ideas nuevas en esa época: la importancia de la noción de fuerza, concebida como causa del movimiento y la introducción del cálculo infinitesimal en los trabajos sobre el movimiento de los cuerpos. Se puede considerar el siglo XVII como el siglo que presenció el florecimiento de la mecánica de los sólidos y de la mecánica de los fluidos (ecuaciones de Euler y de Lagrange para la hidrodinámica) también asistió al naciente desarrollo de la calorimetría y de la termometría cuando D.G. Fahrenheit (1686-1736) y A. Celsius (1701-1744), crearon las escalas para medir la temperatura y cuando se formularon las leyes de la calorimetría por Joseph Black (1728-1799), Antoine Lavoisier (1743-1794) y Pierre Laplace (1749-1827). Por su parte la óptica recibió un fuerte impulso con los trabajos de Cristiaan Huygens (1629-1695). En el siglo XIX, las investigaciones se dirigieron hacia el estudio de la corriente eléctrica destacándose los trabajos de G. Simón Ohm (1787-1854). El vínculo entre la electricidad y el magnetismo fue descubierto experimentalmente por Oersted (1777-1851). Otros científicos como A. Ampere (1775-1836) y Michael Faraday (1791-1867) descubrieron las leyes del electromagnetismo que han servido de base para construir motores, generadores y transformadores eléctricos. La confirmación de la teoría ondulatoria de la luz por parte de Thomas Young (1773-1829) y A.J. Fresnel (1788-1827) dio lugar a que J.C. Maxwell (1831-1879) unificara, en 1865, la electricidad y el magnetismo mediante la formulación de la teoría electromagnética, la cual es la primera teoría unificada de la física. Dicha teoría estableció que la luz es una onda electromagnética, lo cual fue confirmado experimentalmente en 1887, por Henry Hertz (1857-1894) Maxwell llevó a cabo la unificación de la electricidad y el magnetismo, dos áreas de la física que hasta entonces se habían considerado independientes Muchos físicos a finales del siglo XIX consideraban que la física había culminado su desarrollo con la integración de la mecánica y la termodinámica con la mecánica estadística y de la electricidad, el magnetismo y la óptica con la teoría electromagnética. Sin embargo, ciertos fenómenos como el carácter corpuscular de la electricidad, la constancia de la velocidad de la luz y la radiación del cuerpo negro, obligaron al replanteamiento de muchas leyes y conceptos físicos, dando lugar al nacimiento de lo que hoy conocemos como Física Moderna. La física moderna surge con la formulación de la hipótesis de los cuantos de Max Planck (18581947) a lo que le siguen el descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Roentgen (1845-1923), el estudio de la radiactividad natural por los esposos Curie y el efecto fotoeléctrico explicado por A. Einstein (1879-1955), mediante la hipótesis del cuanto de luz (fotón). La nueva física quedó formalizada mediante los enunciados de las teorías de la relatividad especial (1905) y general (1915) por Einstein y el modelo atómico de Niels Bohr (1885-1962), así como por el desarrollo de la llamada mecánica cuántica por varios científicos, entre ellos: Louis De Broglie (1892-1956) y su dualidad onda-partícula; E. Schrödinger (1887-1961) y la aplicación del concepto de probabilidad de la onda asociada a un corpúsculo; W. Heisemberg (1901-1976), quien formuló el principio de incertidumbre. Con el descubrimiento de más de doscientas partículas elementales en la actualidad se trabaja en la física moderna para unificar las cuatro interacciones fundamentales conocidas: la gravitatoria, la débil, la fuerte y la electromagnética. Si bien estas tres últimas han permitido realizar enormes avances en cuanto a la unificación, la primera aún resiste este proceso, que intenta cerrarse mediante una teoría de la gran unificación. Los avances en campos como la fisión nuclear, la superconductividad, la física del estado sólido, el rayo láser contribuyen a que el futuro de la física parezca muy prometedor Clasificación de la física La curiosidad del ser humano lo impulsó para tratar de averiguar cómo funciona la naturaleza. Puesto que al principio sus únicas fuentes de información fueron sus sentidos, clasificó los fenómenos observados de acuerdo con la manera como los percibía. Así surgieron las siguientes áreas de la física, reunidas bajo el nombre genérico de física clásica. 1. La mecánica fue el área de la física que, primeramente, se desarrolló. Estudia el movimiento y el equilibrio de los cuerpos sólidos y los fluidos. La caída libre, el movimiento del agua en una tubería, el movimiento de la Luna y las condiciones de equilibrio de una barra soportada por un pivote son analizadas por esta área. 2. La termodinámica es el estudio de la temperatura, la transferencia de calor, las propiedades de los sistemas de muchas partículas y la transformación de calor en trabajo y viceversa. Algunos fenómenos de esta área fueron relacionados con el tacto. La fusión del hielo, la solidificación de los metales líquidos, la radiación emitida por los cuerpos calientes y el principio de funcionamiento del calorímetro y del refrigerador son revisados en esta parte de la física. 3. El electromagnetismo es el estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos y de la relación entre ellos. Las cargas eléctricas en reposo y en movimiento, las propiedades de un imán, la producción de una descarga eléctrica, el funcionamiento de la pila son algunos de los aspectos que explora esta área de la física. El electromagnetismo no está relacionado directamente con ningún sentido del ser humano capaz de detectar los fenómenos eléctricos y magnéticos, a pesar de ser responsable de una gran cantidad de fenómenos cotidianos. 4. La óptica es el área de la física que estudia los fenómenos relacionados con la luz: su naturaleza, su propagación, su interacción con la materia, las maneras de producirla, de captarla y de analizarla, sus propiedades y su comportamiento en general. El arco iris, la reflexión de la luz, las lentes y la fibra óptica son analizados por esta área, la cual está relacionada con la visión. 5. La acústica es el área de la física que estudia los fenómenos relacionados con la generación, propagación y recepción de sonidos. El eco, las escalas musicales, la velocidad del sonido y el ultrasonido son algunos de los aspectos revisados por esta área vinculada con la audición. Estas cinco áreas abarcan virtualmente todos los fenómenos físicos que nos son familiares. Sin embargo, a finales del siglo XIX y durante el siglo XX se descubren una serie de fenómenos que no podían ser explicados por los conceptos y leyes de la física clásica. Esto provocó el surgimiento de nuevas áreas de la física capaces de explicar los nuevos descubrimientos. Se trata de la física relativista, la mecánica cuántica, la física del estado sólido, la física nuclear, la física del plasma, etcétera, agrupadas bajo el nombre de física moderna. A continuación, se describen cuatro áreas de la física moderna que permiten explicar una serie de fenómenos que escapan de la comprensión de la física clásica. 1. Física relativista. Es el estudio de los fenómenos en el que intervienen velocidades lo suficientemente altas o fuerzas de gravedad tan intensas como para que las leyes de la mecánica clásica dejen de ser válidas y cedan el paso a las teorías de la relatividad de Einstein. 2. Física atómica. Es el área de la física moderna dedicada al estudio de las propiedades de los átomos, su estructura, sus transformaciones y sus interacciones con la radiación y con el medio que los rodea. 3. Mecánica cuántica. Esta área de la física es aplicable al estudio de fenómenos relacionados con la estructura de la materia, la relación entre la materia y la radiación y las reacciones nucleares, es decir, del micro-mundo. De acuerdo con esta área, la energía solamente puede ser emitida o absorbida por cantidades discontinuas llamadas cuantos. Esta parte de la física transformó nuestra visión acerca del funcionamiento de la naturaleza. 4. Física nuclear. Es el área de la física que se encarga del estudio de todos los fenómenos relacionados con el núcleo atómico y las partículas subatómicas. Por ejemplo la fusión nuclear o la interacción de un núcleo con radiación o partículas que lo afectan. Es importante señalar, por una parte, que siempre habrá una física moderna, puesto que continuamente habrá una física contemporánea en proceso de actualización y desarrollo; por otra parte, tanto la física clásica como la moderna están relacionadas por un pequeño número de leyes y teorías, de modo que, la física permite adquirir una visión unitaria de la naturaleza.