¿Qué es la física y cuáles son sus elementos?

¿Qué es la física y cuáles son sus elementos?

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Albert Einstein cambió la perspectiva del mundo con sus descubrimientos

Definición principal

“La definición del diccionario sobre física es “el estudio de la materia, de la energía, y la interacción entre ellas”, pero lo que quiere decir realmente, es que la física se hace ciertas preguntas e intenta darles respuesta mediante la observación y la experimentación.”

 

¿Cómo funciona la física?

Como una ciencia experimental, la física utiliza el método científico para formular y probar hipótesis que están basadas en la observación del mundo natural. El objetivo de la física es utilizar los resultados de estos experimentos para formular leyes científicas, normalmente expresadas en el lenguaje de las matemáticas, para poder ser usadas como predictivos de otros fenómenos.

Un sistema complejo de números y letras caracteriza a la ciencia conocida como física
Un sistema complejo de números y letras caracteriza a la ciencia conocida como física

 

El papel de la física en la ciencia

En un sentido más amplio, la física puede ser vista como la ciencia natural más fundamental. La química, por ejemplo, puede ser vista como una aplicación compleja de la física, focalizada en la interacción de la energía y la material en los sistemas químicos. También sabemos que la biología es, en el fondo, una aplicación de las propiedades químicas en los seres vivos, lo que significa que también es, en última instancia, regido por las leyes de la física.

 

Leyes de la física

Isaac Newton ha sido, y sigue siendo, uno de los grandes genios de la física
Isaac Newton ha sido, y sigue siendo, uno de los grandes genios de la física

A lo largo de los años, una de las cosas que los científicos han descubierto es que la naturaleza generalmente es mucho más complicada de lo que se piensa.

 

Las siguientes leyes de la física son consideradas fundamentales, pero muchas de ellas hacen referencia a sistemas idealizados y cerrados, los cuales son difíciles de obtener en el mundo real. Además, algunos se alteran ligeramente en diferentes circunstancias. Las leyes que Newton desarrolló, por ejemplo, son modificadas por los resultados de la teoría de la relatividad, pero aún así son básicamente válida en la mayor parte de los casos que te puedas encontrar.

 

 

Las tres leyes del movimiento de Newton

Isaac Newton desarrolló las Tres Leyes del Movimiento, las cuales describen las reglas básicas sobre cómo cambia el movimiento de los objetos físicos. Newton fue capaz de definir la relación fundamental entre la aceleración de un objeto y el número total de fuerzas que actúan sobre él.

 

Isaac Newton se planteó la Ley de la Gravedad al caerle una manzana en la cabeza
Isaac Newton se planteó la Ley de la Gravedad al caerle una manzana en la cabeza

La ley de la Gravedad

Newton desarrolló la Ley de la Gravedad para explicar la fuerza de atracción entre un par de masas. Sin embargo, en el siglo 20 quedó claro que esta no es la historia completa, debido a que la teoría general de la relatividad de Einstein ha proporcionado una explicación más comprensiva para el fenómeno de la gravedad. Así que, la Ley de la Gravedad de Newton es una aproximación simple que puede funcionar en la mayoría de casos.

 

 

Conservación de la Masa-Energía

La energía total de un sistema cerrado o aislado es constante, no importa qué suceda. Einstein descubrió la relación “E = mc²” (en otras palabras que la masa era una manifestación de al energía), se dice que la ley se refiere a la conservación de la masa-energía. El total de masa y energía es retenida, aunque alguna cambie de forma. Un ejemplo claro de esto se ve en una explosión nuclear, donde la masa se transforma en energía.

 

Invarianza de la velocidad de la luz

La idea principal de Einstein, la que le condujo a la Teoría de la Relatividad, fue la relación de que la velocidad de la luz en el vacío es constante, no se mide de forma diferente para los observadores en diferentes marcos de referencia inerciales. Algunos físicos teóricos han conjeturado diferentes posibilidades en la velocidad variable de la luz, pero son altamente especulativas. La mayoría de los físicos creen que Einstein estaba en lo cierto y que la velocidad de la luz es constante.

 

Según los científicos, la luz viaja a una velocidad constante
Según los científicos, la luz viaja a una velocidad constante

 

Otros ejemplos de leyes físicas son las leyes termodinámicas, las leyes electrostáticas o la conservación del momento.

 

En el ámbito de la relatividad y de la mecánica cuántica, los científicos han encontrado que estas leyes se siguen aplicando, aunque sus interpretaciones requieren de algún refinamiento para ser aplicadas en el campo de la electrónica cuántica o la gravedad cuántica. En estos últimos campos hay que tener cuidado al aplicarlas.

 

¿Cuáles son los campos de la física?

La física es un área de estudio muy diversa. Por ello, los científicos se han visto obligados a centrar su atención en una o dos áreas más pequeñas de esta disciplina. Esto les permite volverse expertos en ese pequeño campo, sin empantanarse en la gran cantidad de conocimiento que existe sobre el mundo natural.

Los cuásares son los astros más luminosos del universo, originados por la colisión de dos galaxias
Los cuásares son los astros más luminosos del universo, originados por la colisión de dos galaxias

Algunos de los campos más destacados aparecen a continuación:

  • Acústica – el estudio del sonido y de las ondas del sonido.
  • Astronomía – el estudio del espacio.
  • Astrofísica – el estudio de las propiedades físicas de los objetos en el espacio.
  • Física atómica – el estudio de los átomos, en concreto, las propiedades electrónicas de los átomos.
  • Biofísica – el estudio de la física en los sistemas vivos.
  • Cosmología – el estudio del universo como un todo, incluyendo su origen y la evolución.
  • Electrodinámica cuántica – el estudio de cómo los electrones y los protones interactúan, a nivel de la mecánica cuántica.
  • Mecánica cuántica/Física cuántica – el estudio de la ciencia donde los valores más discretos o pequeños, de materia y energía se vuelven relevantes.

 

Resumen
La física es el estudio de la materia, la energía y la interacción entre ambas. Es una ciencia experimental por lo que utiliza método científico para desarrollar sus investigaciones y poder extraer leyes predictivas.

Las leyes de la física son consideradas fundamentales pero algunas se desarrollan en ambientes cerrados y aislados, por lo que no son claramente representativas. Las más conocidas son:

  • Las tres leyes del movimiento de Newton
  • La ley de la gravedad de Newton
  • La conservación de masa-energía de Einstein
  • La invarianza de la velocidad de la luz
  • Las leyes electrostáticas

La física es un ámbito de la ciencia muy amplio, por ello se han creado diferentes campos especializados como la acústica, la astronomía, la astrofísica o la mecánica cuántica.

 

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