· electromagnetismo:
El electromagnetismo es una rama de
la física que
estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en
una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael
Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en
cuatro ecuaciones diferenciales victoriales que
relacionan el campo eléctrico, el campo
magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética),
conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y
predicciones que provee se basan en magnitudes
físicas vectoriales o tensoriales dependientes
de la posición
en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales
intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento,
usando para ello campos
eléctricos y magnéticos y
sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una
teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de
partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el
electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los
que es necesario usar la mecánica cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de
las cuatro fuerzas fundamentales del universo
actualmente conocido.
· eléctricidad:
La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se
manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo
los rayos, que
son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la
ionosfera y la superficie terrestre. Otros mecanismos eléctricos naturales los
podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema
nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños
electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta
velocidad, y de todos los dispositivos electrónicos.
·
magnetismo:
El magnetismo es un fenómeno
físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o
repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han
presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como elníquel, hierro, cobalto y
sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de
mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
· Medios
de trasporte:
Medio de transporte hace referencia
genérica a la forma o al vehículo en el cual se lleva a cabo la acción de transportación o de transporte.
Se denomina trasporte el traslado de
personas o bienes de un lugar a otro.
· Física:
La física es la ciencia natural de las propiedades del espacio, el movimiento, el tiempo, la materia, la energía y
la masa así
como sus interacciones.
La física es una de las más antiguas disciplinas
académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía.
En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de
la filosofía,
la química,
y ciertas ramas de la matemática y
labiología,
pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió
para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo,
en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites
de la física siguen siendo difíciles de distinguir.
Se conoce que la mayoría de las civilizaciones de la
antigüedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su
entorno; miraban las estrellas y pensaban cómo ellas podían regir su mundo.
Esto llevó a muchas interpretaciones de carácter más filosófico que físico; no
en vano en esos momentos a la física se le llamaba filosofía natural.
Muchos filósofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la física,
como Aristóteles, Tales de Mileto o Demócrito, por ser los primeros en tratar de
buscar algún tipo de explicación a los fenómenos que les rodeaban.1 A
pesar de que las teorías descriptivas del universo que dejaron estos pensadores
eran erradas, estas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil años, en
parte por la aceptación de la Iglesia Católica de
varios de sus preceptos, como la teoría geocéntrica o
las tesis de Aristóteles.2
Esta etapa, denominada oscurantismo en la ciencia, termina cuando Nicolás Copérnico,
considerado padre de la astronomía moderna, en 1543 recibe la primera
copia de su De
Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que
Copérnico fue el primero en formular teorías plausibles, es otro personaje al
cual se le considera el padre de la física como la conocemos ahora. Un
catedrático de matemáticas de la Universidad de Pisa a
finales del siglo XVI cambiaría la historia de la
ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus
aseveraciones: Galileo Galilei. Mediante el uso del telescopio para
observar el firmamento y sus trabajos en planos inclinados,
Galileo empleó por primera vez el método científico y
llegó a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron
grandes contribuciones por parte de otros científicos como Johannes Kepler, Blaise Pascal y Christian Huygens.2
Posteriormente, en el siglo XVII,
un científico inglés reúne las ideas de Galileo y Kepler en un solo
trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en
la Tierra en lo que él llamó gravedad. En 1687, Isaac Newton,
en su obra Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica, formuló los
tres principios del movimiento y
una cuarta Ley de la gravitación
universal, que transformaron por completo el mundo
físico; todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.3
El trabajo de Newton en
este campo perdura hasta la actualidad; todos los fenómenos macroscópicos
pueden ser descritos de acuerdo a sus tres leyes.
Por eso durante el resto de ese siglo y el posterior siglo XVIII todas
las investigaciones se basaron en sus ideas. De ahí que se desarrollaron otras
disciplinas, como la termodinámica, la óptica, la mecánica de fluidos y
la mecánica estadística.
Los conocidos trabajos de Daniel Bernoulli, Robert Boyley Robert Hooke, entre otros, pertenecen a esta época.4
En el siglo XIX se producen avances fundamentales
en la electricidad y el magnetismo,
principalmente de la mano de Charles-Augustin de Coulomb, Luigi Galvani, Michael Faraday y Georg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell de 1855, que logró la
unificación de ambas ramas en el llamado electromagnetismo.
Además, se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad y el descubrimiento del electrón por parte deJoseph John Thomson en 1897.5
Durante el Siglo XX, la física se desarrolló plenamente.
En 1904 se
propuso el primer modelo del átomo (Hantarō Nagaoka),
confirmado por Ernest Rutherford en 1911. En 1905, Einstein formuló
la Teoría de la Relatividad especial,
la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan
a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendió la
Teoría de la Relatividad especial, formulando la Teoría de la Relatividad general,
la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos
de masas pequeñas. Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y
otros, desarrollaron la Teoría cuántica,
a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los
cuerpos. En 1911, Ernest Rutherford dedujo la existencia de un núcleo
atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de
partículas. En 1925 Werner Heisenberg, y en 1926 Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac,
formularon la mecánica cuántica,
la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las
herramientas teóricas para la Física de la materia
condensada.6
Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos,
para extender la mecánica cuántica de acuerdo con la Teoría de la Relatividad
especial, alcanzando su forma moderna a finales de los40, gracias al trabajo
de Richard Feynman, Julian Schwinger, Tomonaga y Freeman Dyson, que formularon la teoría de la electrodinámica
cuántica. Esta teoría formó la base para el
desarrollo de la física de partículas.
En 1954, Chen Ning Yang y Robert Mills desarrollaron
las bases del modelo estándar. Este modelo se completó en los años 1970, y con él fue posible predecir las
propiedades de partículas no observadas previamente, pero que fueron
descubiertas sucesivamente, siendo la última de ellas el quark top.6
Los intentos de unificar las cuatro interacciones fundamentales han
llevado a los físicos a nuevos campos impensables. Las dos teorías más aceptadas,
la mecánica cuántica y
la relatividad general,
que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micro mundo,
parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista.
Por eso se han formulado nuevas teorías, como la super gravedad o la teoría de cuerdas,
donde se centran las investigaciones a inicios del siglo XXI.
Teorías centrales
La física, en su
búsqueda de describir la verdad última de la naturaleza,
tiene varias bifurcaciones, las cuales podrían agruparse en cinco teorías principales:
la mecánica clásica,
que describe el movimiento macroscópico; el electromagnetismo,
que describe los fenómenos electromagnéticos como la luz; la relatividad,
formulada por Einstein,
que describe el espacio-tiempo y lainteracción gravitatoria;
la termodinámica, que describe los fenómenos moleculares
y de intercambio de calor;
y, finalmente, la mecánica cuántica,
que describe el comportamiento del mundo atómico.
Mecánica clásica
.
Se conoce como mecánica clásica a la descripción del
movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en comparación
con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta
mecánica, conocidas como mecánica newtoniana y mecánica analítica.
La mecánica newtoniana, como su nombre indica, lleva
intrínsecos los preceptos de Newton.
A partir de las tres ecuaciones formuladas por Newton y mediante
el cálculo diferencial e integral,
se llega a una muy exacta aproximación de los fenómenos físicos. Esta
formulación también es conocida como mecánica vectorial, y es debido a que a varias magnitudes
se les debe definir su vector en un sistema de referencia
inercial privilegiado.7
La mecánica analítica es una formulación matemática
abstracta sobre la mecánica; nos permite desligarnos de esos sistemas de referencia privilegiados
y tener conceptos más generales al momento de describir un movimiento con el
uso del cálculo de variaciones.
Existen dos formulaciones equivalentes: la llamada mecánica la gran giana es
una reformulación de la mecánica realizada por Joseph Louis La gran ge que
se basa en la ahora llamada ecuación de Euler-La gran ge (ecuaciones
diferenciales de segundo orden) y el principio de mínima acción; la otra,
llamada mecánica ha miltoniana,
es una reformulación más teórica basada en una funcional llamada ha
miltoniano realizada por William Hamilton.
En última instancia las dos son equivalentes.7
En la mecánica clásica en general se tienen tres
aspectos invariantes: el tiempo es
absoluto, la naturaleza realiza de forma espontánea la mínima acción y
la concepción de un universo determinado.
magnetismo:
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