FISICA

EL NACIMIENTO DE LA FÍSICA dabima.blogspot.com

Las estrellas, la vida, todo lo que se puede ver con los ojos. ¿Hay algo en común para todo eso? Desde siempre el ser humano ha buscado la respuesta a esta pregunta. Esta búsqueda lo ha conducido a todo tipo de creencias y mitos. Sin embargo, hasta el surgimiento de la filosofía con os griegos no existía una forma de preguntarse sobre el Universo.

Pensamiento Racional, Ciencia y Física

Fueron antiguos pensadores griegos quienes por primera vez hablaron de la posibilidad de una teoría que explicara las características del Universo. Nombres como los de Aanaximandro, Tales, Epicuro, etc., se escriben en la historia física por ser los primeros en alejarse de una explicacion puramente religiosa de los fenómenos naturales.

   Sin embargo, el proceso iniciado por los griegos pasó desapercibido en la Edad Media y sólo hasta finales de ésta, la humanidad encontró un modo sistemático de preguntarse sobre el mundo. A este modo de preguntarse, lo llamó ciencia, y como prototipo de la ciencia el hombre encontró en la física el modelo por excelencia para entender el Universo perceptible.

   Pero la física no sólo se limita a explicar los fenómenos naturales, con toda la importancia que éstos tienen. También hace un aporte fundamental al desarrollo de la cultura, porque con su idea de una naturaleza entendible y sujeta a leyes naturales que el hombre con el libre ejercicio de su razón puede abarcar y dominar, presenta una alternativa secular a las habituales explicaciones religiosas del Universo, en donde el hombre no era más que un objeto de los designios de una divinidad ininteligible e inexplicable.

   El estado actual de la física podría inducir a pensar que se encuentra en el punto máximo de su desarrollo. Sin embargo, y no obstante lo elaborado de su formulación , la física en casi cualquier etapa de su desarrollo se encuentra siempre en un proceso de continua reformulación de sus principios y técnicas más importantes, en búsqueda de fundamentos más sólidos sobre los cuales afirmarse, como empezando siempre otra vez.

   Aunque preguntarse por la causa de los fenómenos es una actividad tan antigua como el hombre mismo, la forma particular de preguntar que corresponde a la física no aparece hasta el Renacimiento europeo. Esto a pesar de que en Europa ya habían aparecido grupos de artesanos y constructores que habían desarrollado un cierto conocimiento técnico elemental de ciertos mecanismos, pero no existía un marco teórico que agrupara dicho conocimiento en forma unificada.

   Con todo, hacia el Renacimiento, la dinámica del movimiento comienza a concebirse como el principio unificador de todos los tipos de fenómenos. Pero no cualquier tipo de movimiento, sino el movimiento matematizable, es decir, aquel que puede expresarse con principios geométricos sencillos. A esta tendencia pertenecen los trabajos de J. Kepler sobre las órbitas de los planetas, y los trabajos de Galileo Galilei sobre la caída libre. Pero es sin duda el trabajo de Isaac Newton, quien con su obra Principios matemáticos de la filosofía natural, logró dar a todas estas tendencias el carácter de una ciencia única y singular, en donde el movimiento, la mecánica, unidos a ciertos principios básicos conocidos como las leyes de Newton, eran capaces de explicar toda la fenomenología conocida. Fue tan contundente la capacidad de explicacion de la mecánica newtoniana, que durante mas de 200 años fue esta forma de concebir los fenómenos la única considerada verdadera y apropiada.

   Al cabo de esos dos siglos, empezaron a descubrirse fenómenos y plantearse nuevos problemas conceptuales asociados hoy en día a disciplinas como la termodinámica, la mecánica estadística, el electromagnetismo, la mecánica de ondas, que no solo empezaron a hacer tambalear el sistema newtoniano de percepción de la naturaleza, sino que ademas allanaron el camino para las modernas teorías del siglo XX como la relatividad especial y general, la teoría cuántica, etc.

   Es tal la influencia de la visión newtoniana, que incluso en las formulaciones mas abstractas de problemas físicos, el físico siempre esta buscando modelos mecánicos con los cuales comparar sus teorías. De allí que cualquier forma de presentar el desarrollo de la física, siempre debe comenzar con la explicacion de los principales conceptos de la mecánica.

Magnitudes y Sistemas de Unidades

Cualquier cosa que pueda medirse de alguna manera, se denomina una magnitud física. Entre las mas comunes en física se tienen la longitud, el volumen, la masa y el tiempo, o sea unidades en términos de los cuales se puede expresar otra magnitud.

   La primera pregunta que debe hacerse es: ¿qué significa medir? La respuesta es, simplemente, comparar algo con algo. Aquello con lo que se compara se conoce como patrón de medida o la unidad de medida. Por ejemplo, medir la longitud de una calle es encontrar el número de metros (la unidad de la medida) que caben en dicha calle.

   De la misma forma, para medir la masa de un cuerpo con una balanza, se necesita compararla con una unidad patrón, el kilogramo. De manera similar se debe proceder con cualquier magnitud, es decir, enunciar el valor de lo medio, junto con las unidades de dicha magnitud. Por ejemplo, al medir una longitud, sus unidades son metros; un área se mide en metros cuadrados,y así sucesivamente. Dentro de la física, el simple enunciado del valor de las magnitudes sin sus unidades respectivas carece de sentido. Seria no sólo absurdo, sino ambiguo, decir que algo mide por ejemplo 100.

Unidades Fundamentales y Derivadas

Los comentarios anteriores pueden dejar la impresión de que para poder medir algo se necesita una unidad de medida para cada magnitud. Sin embargo, el proceso de medir se simplifica considerablemente si se considera que entre todas las unidades existentes unas que dependen de otras, estas ultimas conocidas derivadas, y otras que no pueden derivarse o unidades fundamentales. Los llamados sistemas de unidades se refieren a la elección determinada de un conjunto de unidades fundamentales en términos de los cuales se pueden obtener las demás unidades derivadas.

   Entre los sistemas de unidas mas utilizados en la física se encuentran el llamado CGS o MKS, tambien conocido como Sistema Internacional o SI y el sistema ingles. Estos se diferencian entre si por las unidades de longitud, masa y tiempo que escogen como unidades fundamentales: por un lado se tienen el centímetro, el gramo y el segundo en el sistema CGS y el metro, el kilogramo y el segundo en el sistema MKS. Por el otro se tienen el pie, la libra y el minuto en el sistema ingles.

   Una vez determinado el sistema de unidades que se va a utilizar, si se quieren indicar las unidades de una determinada magnitud, por ejemplo de la magnitud F, convencionalmente se encierra la magnitud entre corchetes [F]. Igual es una convención que las unidades de longitud se escriban con la letra L, las de masa con la letra M y las de tiempo con la letra S. asi, por ejemplo, si se tiene que una magnitud V tiene como unidades:

                                               [ V ] = L / S 

se quiere decir que V tiene unidades de longitud sobre segundo. En el sistema CGS, esto indicaría que V tiene unidades de centímetro sobre segundo, mientras que el sistema MKS tiene unidades de metro sobre segundo y en el ingles de pie sobre minuto.

Análisis Dimensional

Un método de análisis de gran importancia dentro de la física lo constituye el llamado análisis dimensional, que consiste en determinar si una expresión o ley que relaciona algunas magnitudes físicas, es correcta o no, en termino de las unidades de las magnitudes presentes en la expresión. Para fijar ideas, considérese una relación del tipo t = d, donde t representa el tiempo y donde d la distancia, se da en unidades de longitud. Analizar dimensionalmente esta expresión es verificar que las unidades al lado izquierdo de la expresión coincidan con las del lado derecho. Usando la notación [t] = T, mientras que [d] = L. Por tanto, la expresión no es correcta porque en un lado de la igualdad se tienen unidades diferentes a las del otro lado, en este caso tiempo vs. longitud.

Con ejemplo mas complejo, considérese la expresión:

                                                                       y = 1 / 2 gt 2

donde y tiene unidades de longitud y g tiene unidades de m/seg2. Para verificar dimensionalmente esta ley, considérense las unidades de la expresión del lado izquierdo, es decir, [y] = L.

Por el otro:

                  [ 1/2 gt 2 ] = [1/2](g)(t2) = L/T2 . T2 = L 

Por tanto las unidades del lado derecho son las mismas unidades del lado izquierdo, en este caso, unidades de longitud, L, de ahí que la expresión sea dimensionalmente correcta.

   El análisis dimensional es muy usado en física en situaciones en las que no se conocen las relaciones entre las magnitudes físicas de un problema. Lo que se hace entonces, es probar dimensionalmente las posibles leyes entre estas magnitudes hasta que quedan unas pocas relaciones que puedan indicar la verdadera ley que existe entre las magnitudes de estudio.