Fundamentos de la Física: Conceptos, Ramas y Medición

Definición de Física

Podemos definir la física como la ciencia que tiene por finalidad el estudio de los cuerpos, la interacción entre ellos y todos los fenómenos originales.

Conceptos Fundamentales

• Espacio: Lugar que ocupan los cuerpos.
• Materia: Aquella de lo que están hechos los cuerpos.
• Tiempo: Aquello que viene dado por los cambios que sufren los cuerpos.

Física Clásica

Se desarrolla en el año 1900 y es el estudio de todos aquellos fenómenos que tenían una relación con la velocidad, siendo esta muy pequeña relacionada con la velocidad de la luz.

Ramas de la Física Clásica

• Mecánica: Estudia todo lo relacionado con el movimiento.
• Electromagnetismo: La relación entre la electricidad y el magnetismo.
• Electrónica
• Óptica: La naturaleza y el comportamiento de la luz.
• Acústica: Los fenómenos relacionados con los sonidos, propiedades y producción.
• Termodinámica: Se ocupa de la relación entre el calor y la energía.
• Onda mecánica

Física Moderna

Se inicia después del año 1900, época en la cual aparece la física atómica y nuclear. Esto se debe a que había fenómenos clásicos que no podían ser explicados por esta, entonces se vio la necesidad de crear nuevos principios.

Ramas de la Física Moderna

• Radiactividad: Explica el comportamiento de los cuerpos que se desplazan a velocidad cercana a la velocidad de la luz.
• Mecánica Cuántica: Estudia el movimiento de las partículas atómicas; se descubrieron los rayos X y el electrón.
• Relatividad
• Física de partículas
• Gravitación

Física Contemporánea

• Termodinámica fuera del equilibrio
• Dinámica no lineal
• Sistemas complejos
• Física mesoscópica
• Nanofísica

Relación de la Física con Otras Materias

La física se relaciona con: química, biología, biofísica, fisioquímica, geofísica, matemática y deportes.

Detalle de la Relación Interdisciplinaria

• Astronomía: Desde el principio del conocimiento, el hombre siempre ha sentido curiosidad por los fenómenos que ocurren a su alrededor. Esta curiosidad llevó a que surgiera el llamado método científico, que intentaba explicar de modo racional el porqué o cómo de las cosas.
• Biología: Los aportes de la física al estudio de los seres vivos han permitido desentrañar los antiguos secretos de la unidad fundamental de la vida: la célula.
• Deportes: Las leyes físicas quedan relacionadas con los deportes desde el punto de vista de que nuestros movimientos están regidos por la gravedad.
• Química: La química es una de las ciencias que más se relaciona con la física. En efecto, los fenómenos físicos ocurren generalmente en conjunción con los químicos.

Medición

Determinación de la proporción entre la dimensión o suceso de un objeto y una determinada unidad de medida. La dimensión del objeto y la unidad deben ser de la misma magnitud. Una parte importante de la medición es la estimación de error o análisis de errores.

Conceptos Clave en la Medición

• Homogéneo: Uniformidad en la distribución de una determinada magnitud física o propiedad de un cuerpo físico.
• Magnitud: Toda medición consiste en atribuir un valor numérico cuantitativo a cualquier propiedad de un cuerpo, como la longitud o el área.
• Medición Directa: Son aquellas en las cuales se establece una comparación de la unidad patrón con el objeto a medir a través de un proceso visual.
• Medición Indirecta: Son aquellas en las cuales se obtiene el resultado a través de procedimientos matemáticos o aparatos específicos.

Clasificación de las Magnitudes y Sistemas

• Magnitudes: Temperatura, masa, tiempo, longitud, volumen, superficie, velocidad, etc.
• Fundamentales: Aquellas que no provienen de ninguna otra magnitud. Ejemplos: masa, tiempo, temperatura.
• Derivadas: Son aquellas que provienen de la combinación de las magnitudes fundamentales.
• Unidad: Es la cantidad arbitraria a la que se le asigna el valor 1.
• Sistemas de Unidades: Es el conjunto formado por una unidad de cada magnitud. En la física se utiliza el Sistema Internacional de Unidades (S.I.), además del M.K.S. (Metro, Kilo, Segundo) y el C.G.S. (Centímetro, Gramo, Segundo).

Aplicaciones de la Física

Se dan a distintas escalas:

• Escala microscópica: La física cuántica permite el estudio de las partículas elementales que nos entregan importante información que podría llegar a explicar el origen del universo.
• Escala intermedia: A una escala intermedia, la física está tras los principales avances tecnológicos; permite diseñar y volar aviones, barcos y autos.
• Escala macroscópica: A gran escala, las aplicaciones físicas tienen que ver con el estudio del universo y de las grandes interacciones de cuerpos enormes, como planetas y soles.