¿Qué es física?

Definición de física

La definición de física es una ciencia que busca explicar toda propiedad de la materia, la energía, el tiempo y el espacio así como los fenómenos naturales que rigen sus transformaciones en cuanto al estado y su movimiento pero sin que se altere su estructura natural.

Es una ciencia teórica ya que llega a sus conocimientos a través de la observación y razonamiento deduciendo de esto teorías y leyes.

Y es experimental en tanto busca que sus conclusiones sean verificables a través de experimentos y que la teoría pueda predecir futuros experimentos.

Como adjetivo este término se aplica, por extensión a todo lo que se relaciona con la constitución y naturaleza de un cuerpo. Así como también al material o lo que se relaciona con la realidad tangible.

Su origen se remonta a las civilizaciones de la antigüedad. Las mismas tratan de explicar el funcionamiento de su entorno, observando las estrellas e intentando entender cómo gobernaban su mundo. Es por eso que en un principio, está ligada a la filosofía y se la denominaba filosofía natural. Inclusive son muchos filósofos como Aristóteles, Demócrito o Tales de Mileto intentan explicar los fenómenos que los rodean a través de esta disciplina.

Muchas de esas teorías son erradas, sin embargo han tenido validez debido a la aceptación por parte de la Iglesia Católica de varios de sus preceptos, tal como ha sido el caso de la teoría geocéntrica de Claudio Ptolomeo (c100-c170)

Esa etapa se conoce como el oscurantismo de la ciencia en Europa. Y finaliza con la llegada de Nicolás Copérnico (1473-1543), padre de la astronomía. Además de otros científicos tales como Galileo Galilei (1564-1642), Johannes Kepler (1571-1630), o Blaise Pascal (1623-1662).

Ya en el siglo XVII, quien reúne las ideas de Galileo Galilei y de Johannes Kepler es Isaac Newton (1643-1727). Este científico explicita los tres principios del movimiento y la ley de la gravitación universal. Esto se traduce en una gran transformación del mundo físico, donde los fenómenos comienzan a verse de una forma mecánica.

Durante el siglo XIX se produjeron importantes avances en el magnetismo y  la electricidad que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell (1831-1871) quien une a las dos disciplinas en el electromagnetismo. Asimismo aparecen los primeros descubrimientos en radiactividad y del electrón por parte de Joseph John Thomson (1856-1940).

Ya en el siglo XX esta ciencia cobra un desarrollo pleno. Aparece el primer modelo del átomo de la mano de Hantaro Nagaoka (1865-1950), y confirmado por Ernest Rutherford (1871-1937) Modelos que son sustituidos por el modelo atómico de Niels Bohr (1885-1962).

Otra revolución en ese siglo es la teoría de la relatividad formulada por Albert Einstein (1879-1955)  que sustituye a la de gravitación de Newton. Tanto Einstein como Max Planck (1858-1947)  y Niels Bohr desarrollan la teoría cuántica. Su finalidad es explicar determinados resultados anómalos en radiación de los cuerpos.

Por su parte Erwin Schrödinger (1887-1961) y Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) especifican la mecánica cuántica que toma las teorías cuánticas anteriores y le da herramientas teóricas para llegar a la física de la materia condensada.

Ya hacia 1940, tanto Dirac como Julian Schwinger (1918-1994), Freeman Dyson (1923) y Richard Feynman (1918-1988), entre otros, formulan la teoría cuántica de campos que da finalmente la teoría electrodinámica cuántica.

Mediante esta teoría se llega al desarrollo de la física de partículas. Y en 1954, Chen Ning Yan (1922) y Robert Mills (1927-1999) desarrollan las bases del modelo estándar. Este se culminó en los años 1970. Con esto ha sido factible la predicción de las propiedades de partículas no observadas anteriormente, y que fueron descubiertas luego.

Ya en el siglo XXI se han formulado nuevas teorías tales como la de cuerdas o la de supergravedad en donde se están realizando estudios. Aunque también, se han detectado ciertas controversias por ejemplo la que manifestara el premio nobel de física del años 2004 David Gross (1941) sobre la teoría de cuerdas.

Como se puede observar, a través de esta pequeña reseña histórica del desarrollo de esta ciencia, no deja de avanzar en sus investigaciones replanteándose y cuestionándose inclusive hasta donde ha llegado.

Se puede dividir a esta ciencia en tres, física:

1-Clásica que describe las teorías desarrolladas antes de 1900. Estudia los fenómenos que tienen una pequeña velocidad relativa comparándola con la velocidad de la luz en el vacío. Y cuyas escalas en el espacio superan la dimensión del átomo y las moléculas.

De acuerdo con sus campos de estudio, se la divide en:

—Acústica que es la que se encarga del estudio del sonido. Definiendo a este como una onda mecánica que se propaga a través de la materia líquida, sólida o gaseosa. Esto se debe a que el sonido no se propaga en el vacío.

—Electromagnetismo que es la que estudia los fenómenos magnéticos y eléctricos. Estos se encuentran en estrecha relación, y por eso esta ciencia los termina formulando en una sola teoría.

-a-electrostática referida a los fenómenos que aparecen debido a la propiedad que es intrínseca de la materia, denominada carga. Cuando no depende del tiempo o es estacionaria. La unidad de carga más pequeña observable es la del electrón.

Un cuerpo está cargado eléctricamente cuando tiene exceso o falta de electrones en los átomos que lo componen. De allí se considera que la carga en exceso de electrones es una carga negativa. Y su defecto, es una carga positiva.

-b-magnetostática. Se descubrió recién en 1820 que el fenómeno magnético estaba ligado al eléctrico. Esto se ve en que ante la presencia de una corriente eléctrica, se genera una fuerza magnética que no varía en el tiempo.

-c-electrodinámica clásica que es el descubrimiento, realizado a finales del siglo XIX. A través de él se da cuenta de que el campo magnético y el eléctrico estaban ligados. De tal modo que una corriente eléctrica que varíe, o un campo eléctrico que se mueva genera un campo magnético. Y ese campo a su vez implica la presencia del eléctrico.

—Mecánica o Mecánica clásica que es la rama que se encarga de la descripción de los cuerpos y su evolución en el tiempo, bajo la acción de alguna fuerza. La mecánica clásica a su vez, se subdivide en:

-a-Cinemática que se encarga del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que los producen.

-b-Estática que es la que describe las condiciones del equilibrio.

-c-Dinámica que es la que estudia el movimiento observando las causas de su inicio.

—Óptica Física que es la que toma a la luz como una onda explicando ciertos fenómenos que no se pueden explicar si a la luz se la toma como un rayo. Estos fenómenos son:

-a-Difracción que es la cualidad de las ondas que cambian durante su trayectoria, la dirección alrededor de obstáculos debido a la propiedad que tienen de generar nuevos frentes de onda.

-b-Polarización que es la propiedad mediante la cual uno o más de los variados planos en los que vibran las ondas de luz se filtra obstaculizando su paso, lo que ocasiona efectos de eliminación de brillos.

—Termodinámica que es la que se encarga del estudio de todo proceso mediante el cual se realiza una transferencia de energía como calor y como trabajo. Definiendo a este último como una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura; mientras que el calor es una transferencia que se debe a una diferencia de temperatura.

-a-Calor que es la cantidad de energía y la expresión del movimiento de las moléculas que forman un cuerpo. Cuando el calor se introduce en un cuerpo se produce calentamiento y cuando egresa, enfriamiento.

-b-Temperatura es la cantidad de calor de un cuerpo.

Las leyes referidas a la termodinámica son:

*La de entalpía que relaciona las diferentes formas de energía cinética y potencia, dentro de un sistema, con el trabajo que el propio sistema realiza más la transferencia de calor.

*De entropía.

*Ley zeroth que define el equilibrio termodinámico de temperatura a gran escala contrapuesta a la definición de pequeña escala que se relaciona con la energía cinética de las moléculas.

2-Moderna que describe las teorías que desarrollan después del 1900 hasta finales del siglo XX. Es la encargada del estudio de fenómenos que se originan a la velocidad de la luz o a valores cercanos a ella, o cuyas escalas en el espacio son equivalentes al tamaño de un átomo o menores que él.

Se la divide en:

—Atómica es la que se encarga del estudio del comportamiento y propiedades de los átomos. Incluye tanto a los iones como a los átomos neutros y cualquier otra partícula coonsiderada parte de un átomo.

—Energía Nuclear que es la obtenida por manipulación de la estructura interna de los átomos. Se puede dar de dos maneras:

-a-por fisión nuclear o sea, división del núcleo

-b-por fusión nuclear o sea por la unión de dos átomos

—Mecánica cuántica que es la que se encarga del estudio y explicación del comportamiento a nivel microscópico de átomos y partículas elementales. Sus leyes se basan en probabilidades, rompiendo con todos los esquemas de la física clásica.

—Mecánica estadística es la que se encarga de la justificación de las descripciones fenomenológicas a partir de leyes fundamentales.

—Relativa es la que describe el universo a partir de tomar como constante la velocidad de la luz en todas sus ecuaciones.

3-Contemporánea es la desarrollada a partir de finales del siglo XX hasta la actualidad. Es la que se encarga  del estudio de los fenómenos no lineales, de lo complejo de la naturaleza, de los procesos que se encuentran fuera del equilibrio termodinámico y de todo fenómeno que ocurre a escalas demoscópicas y nanoscópicas.

De acuerdo a expertos de la revista mensual del Instituto de Física del Reino Unido “Physics World”, los descubrimientos físicos más importantes de los últimos tiempos, por fecha, son:

—Teletransportación cuántica que data de 1992. Se trata de la capacidad de transferir propiedades clave que posee una partícula a otra, sin usar un vínculo físico. Esta es la base de las computadoras cuánticas del futuro.

—Creación del primer condensado de Bose-Einstein que data de 1995. Se trata del quinto estado de agregación de la materia (los otros son sólido, líquido, gaseoso, plasma). Dicho estado qse produce a temperaturas que se acercan al cero absoluto. De este modo los átomos se fusionan a una energía baja. Además de comportarse ya no como partículas sino como ondas. Se considera que esto se aplicará a instrumentos de medición, relojes atómicos con mayor exactitud y la posibilidad de almacenar información en las computadoras cuánticas del futuro.

—Aceleración de la expansión del Universo cuyo descubrimiento se realizó en 1997. Es el descubrimiento de una fuerza antigravitatoria, energía oscura, que causa la expansión del Universo a un ritmo cada vez más veloz. Esto implica un avance en la comprensión de la evolución y final de universo. Porque se comprueba que está dominado por energía oscura y no por materia.

—Prueba de que los neutrinos tienen masa evidencia que data de 1998. Los neutrinos, una de las partículas subatómicas más enigmáticas dentro del modelo estándar, atraviesan todo por segundo, sin tocar nada ni dejar rastro. Sin embargo son fundamentales en todos los átomos que existen. Además son la clave para comprender lo que hace funcionar al sol.

—Bosón de Higgs que data del 2012. Esta partícula fue propuesta en teoría en 1964 por Peter Higgs para explicar la existencia de masa en las partículas elementales. Pero recién en el años 2012 fueron descubiertos sus rastros físicos por parte de científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

Por su parte, los expertos de Physics World, se animan a predecir cinco tecnologías que podrían cambiar al mundo que son:

-Terapia de hadrones que es un método para tratar tumores. Consiste en un acelerador de partículas en miniatura que se controla desde un tablero.

-Grafeno que es un material fuerte, flexible y conductivo, con el grosor de un átomo. Tiene la particularidad de ser impermeable a casi todos los líquidos y gases. Y puede llegar a ser el material ideal para teléfonos inteligentes que se dobles y prótesis de brazos y piernas.

Inclusive se cree que se podría crear una membrana selectiva abriendo huecos en láminas de grafeno como un purificador de agua avanzado, pudiendo crear agua potable a partir del mar.

–Computación cuántica que permite simular y crear modelos moleculares de nuevos fármacos.

-Superlentes nanoscópicos que pueden producir imágenes a partir de luz evanescente.

-Recolección de energía cinética, esto es, energía portátil que se basa en la electrificación por contacto de materiales o triboelectricidad.

En cuanto a la etimología de “física” procede del griego. Deriva de  φυσικός, φυσική, φυσικόν  (pr. fysikós, fysiké, fysikón) cuyo concepto es natural, relativo al estudio de la naturaleza. Este vocablo proviene a su vez de φύσις, φύσεως (pr.fýsis, fýseos)  que significa naturaleza. Además de acción de nacer y crecer, y formación. A esa base se le agrega el sufijo -ικα (pr.-ika) proveniente de -ικος (pr.-ikos) cuyo significado es relativo a. El sustantivo φύσις, φύσεως se forma a partir del verbo φύω (pr. fýo). Su significado equivale a yo hago nacer, hago crecer, yo engendro más el sufijo de acción -σις  (pr. -sis).

Ejemplos de uso y frases

“El disertante especifica que la física se revolucionó con el descubrimiento de la mecánica cuántica que se transformó en esencial para muchas de las áreas de investigación”. Aquí, se aplica a una de sus ramas. Es sustantivo.

“Su  destreza física la ha llevado a destacarse en el deporte”. Se refiere en este caso, a la naturaleza del cuerpo humano. Es adjetivo.

“Está estudiando mucho para el parcial de física, ya que  esta vez los temas le son difíciles”. En este ejemplo, se usa con el sentido de ciencia como materia de estudio. Es sustantivo.