Conceptos Fundamentales de la Ciencia: De la Definición a las Leyes de Newton

¿Qué es la Ciencia?

La ciencia es la recopilación y desarrollo del conocimiento. Se define como el conocimiento sistematizado, elaborado mediante observaciones, razonamientos y pruebas metódicamente organizadas.

Clasificación de las Ciencias

Ciencias Formales

Su objeto de estudio son las ideas. Su método principal es la deducción y su criterio de verdad es la consistencia o la no contradicción en los resultados. Todos sus enunciados son analíticos.

Ciencias Fácticas

Su objeto de estudio son los hechos materiales. Su método se basa en la observación y la experimentación, y su criterio de verdad es la verificación.

Conceptos Fundamentales de la Física y la Química

Dentro de las ciencias fácticas, encontramos disciplinas clave como la física y la química.

• Física: Es la ciencia cuyo fin es estudiar los componentes de la materia y la energía, así como sus interacciones mutuas. Nos capacita para comprender los componentes básicos del universo.
• Química: Trata sobre la aplicación de las leyes de la física a la estructura de las moléculas y a la transformación de unas en otras.

Pilares del Conocimiento Científico

• Ley Física: Es una expresión matemática que describe la relación entre las magnitudes que intervienen en un fenómeno físico.
• Teoría: Es un conjunto de leyes consistentes que se refieren a un determinado tipo de fenómenos.
• Principio: Son enunciados que no poseen una demostración formal, pero pueden ser verificados mediante la comprobación experimental.

Magnitudes Físicas y Medición

Las magnitudes físicas nos permiten describir cuantitativamente las propiedades de los cuerpos y los fenómenos.

Tipos de Magnitudes

• Magnitudes Simples o Fundamentales: Se miden de forma directa, sin necesidad de realizar cálculos.
• Magnitudes Derivadas: Se obtienen a través de un cálculo a partir de magnitudes fundamentales. Ejemplos: velocidad, densidad, peso, volumen.
• Magnitud Escalar: Queda completamente definida por un número (módulo) y su unidad correspondiente. Ejemplos: tiempo, temperatura, masa, superficie.
• Magnitudes Vectoriales: Requieren un número (módulo), una dirección y un sentido para estar completamente definidas. Ejemplos: velocidad, fuerza, peso.

Errores en la Medición

• Errores Accidentales: Se deben a causas imprevistas, como la distracción o la impericia del observador.
• Errores Sistemáticos: Se deben a un defecto o a una mala calibración del instrumento de medición.
• Errores de Apreciación: Coinciden con la mínima división de la escala del instrumento de medición.

Principios de Cinemática y Dinámica

Conceptos de Movimiento

• Posición: Es la magnitud física que señala el lugar que ocupa un cuerpo con respecto a un origen o sistema de referencia.
• Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU): Es un movimiento que tiene una trayectoria recta y una velocidad constante.
• Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA): Es un movimiento que tiene una trayectoria recta y una aceleración constante.

Conceptos de Fuerza y Masa

• Masa: Es una magnitud física que mide la cantidad de materia de un cuerpo.
• Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo.
• Peso: Es la fuerza con que un planeta (u otro cuerpo celeste) atrae a los cuerpos cercanos a él.
• Fuerza: Es una magnitud física que describe la interacción o acción mutua entre dos objetos.

Las Tres Leyes de Newton

Primera Ley de Newton o Principio de Inercia

Todo sistema físico tiende a permanecer en su estado de reposo o a moverse con Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) a menos que una fuerza externa actúe sobre él. La resistencia que opone un sistema físico a cambiar su estado de movimiento (es decir, a acelerar o frenar) se llama inercia.

Segunda Ley de Newton o Principio Fundamental de la Dinámica

La aceleración que adquiere un cuerpo bajo la acción de una fuerza resultante es directamente proporcional a dicha fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo (F = m · a).

Tercera Ley de Newton o Principio de Acción y Reacción

Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), este último ejerce sobre el primero una fuerza de igual valor y sentido opuesto (reacción).

Tipos Comunes de Fuerzas

• Fuerza Normal: Se define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo que está apoyado en ella. Es perpendicular a la superficie.
• Fuerza de Tensión: Es la fuerza que, a través de un medio como una cuerda o un cable, permite transmitir la fuerza de un cuerpo a otro.
• Fuerza de Rozamiento: Se produce entre cuerpos en contacto y se opone al movimiento relativo entre ellos.