Estándares y unidades

Los experimentos requieren mediciones, cuyos resultados suelen describirse con números. Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física. Dos cantidades físicas, por ejemplo, que describen a alguien como tú son su peso y estatura. Algunas cantidades físicas son tan básicas que sólo podemos definirlas describiendo la forma de medirlas; es decir, con una definición operativa.
 
Ejemplos de ello son medir una distancia con una regla, o un lapso de tiempo con un cronómetro. En otros casos, definimos una cantidad física describiendo la forma de calcularla a partir de otras cantidades medibles. Así, podríamos definir la rapidez promedio de un objeto en movimiento, como la distancia recorrida (medida con una regla) entre el tiempo de recorrido (medido con un cronómetro).

Al medir una cantidad, siempre la comparamos con un estándar de referencia.
Si decimos que un Porsche Carrera GT tiene una longitud de 4.61 m, queremos decir que es 4.61 veces más largo que una vara de metro, que por definición tiene 1 m de largo. Dicho estándar define una unidad de la cantidad. El metro es una unidad de distancia; y el segundo, de tiempo. Al describir una cantidad física con un número, siempre debemos especificar la unidad empleada; describir una distancia simplemente como “4.61” no tendría significado.

 

Las mediciones exactas y confiables requieren unidades inmutables que los observadores puedan volver a utilizar en distintos lugares. El sistema de unidades empleado por los científicos e ingenieros en todo el mundo se denomina comúnmente “sistema métrico” aunque, desde 1960, su nombre oficial es Sistema Internacional,
o SI. 

Con el paso de los años, las definiciones de las unidades básicas del sistema métrico han evolucionado. Cuando la Academia Francesa de Ciencias estableció el sistema en 1791, el metro se definió como una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el ecuador (figura 1.3). El segundo se definió como el tiempo que tarda un péndulo de 1 m de largo en oscilar de un lado a otro. Estas definiciones eran poco prácticas y difíciles de duplicar con precisión, por lo que se han refinado por acuerdo internacional.

Importancia de la Física en la vida cotidiana

La física es una actividad humana que se ha desarrollado en el trabajo de muchas personas de diferentes lugares y épocas. Es obra de la sociedad, y no de los individuos aislados. Es un esfuerzo en común. 

La física desempeña un papel decisivo en la cultura moderna y forma parte de la historia del hombre. Su desarrollo ha contribuido al progreso de muchas otras actividades humanas, de la medicina a los viajes espaciales, de la economía a las telecomunicaciones, etc.

En gran medida, la física influye en nuestra concepción del mundo y del hombre; es la base de todos los aparatos que usamos; nos permite evaluar las posibilidades y limitaciones de nuestras actividades. No es posible tener una educación moderna sin comprender algunas ideas y hechos del terreno de la física. Es la física la que ha permitido el desarrollo de la telegrafía y la telefonía y la que nos permite ver en la televisión los juegos olímpicos realizados en lugares distantes. 

La física es el fundamento de la generación de la electricidad; ha hecho posible enviar al hombre a la Luna, diseñar y construir nuevos aviones, fabricar grandes y pequeñas computadoras, explotar y aprovechar las fuentes de energía que tanta importancia económica y política tienen en la actualidad, etc.

A esta descripción de la influencia de la física en la sociedad, en la cultura y en la tecnología, debe agregarse que también esta disciplina científica ha recibido y recibe la influencia de las ideas dominantes de la época. 

Los físicos no están aislados de la sociedad ni pueden sustraerse a la cultura de su tiempo, el trabajo que desarrollan se ve fuertemente modulado por la formación que ha recibido, por su interacción con otros científicos, por los problemas e intereses de la sociedad, por las corrientes filosóficas en boga, por los recursos disponibles para la experimentación, por la bibliografía especializada que esté a su alcance.

Así mismo, es cierto que la física ha contribuido de manera decisiva al desarrollo tecnológico, pero no es menos cierto que la tecnología ha dado a las físicas poderosas herramientas de trabajo que necesita esta para su continua evolución. Este continuo inquirir en la naturaleza nos permite profundizar cada vez más y alcanzar niveles de comprensión cada vez mejores en un proceso inacabable.

Ramas de la Física

La Física para su estudio, se divide en dos grandes grupos Física Clásica y Física Moderna. La primera estudia todos aquéllos fenómenos en los cuales la velocidad es muy pequeña comparada con la velocidad de propagación de la luz; la segunda se encarga de todos aquellos fenómenos producidos a la velocidad de la luz o con valores cercanos a ella.

¿Porqué es importante la Física?

La Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del hombre, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar en muchos casos, una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria.

La palabra física proviene del vocablo griego physiké cuyo significado es naturaleza.

"Es la Ciencia que se encarga de estudiar los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia".

La Física ha experimentado un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables científicos e investigadores, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han logrado que el hombre agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar fenómenos.

Al nacer la filosofía de los griegos, nace propiamente la física. La palabra filosofía (del griego Philos amante y de sophia sabiduría) significa amor a la sabiduría, este término se aplicó por primera vez a la actividad de ciertos pensadores griegos, que en el siglo VI a.C., reflexionaban sobre los fenómenos naturales, el origen y naturaleza de la vida, de los seres y las cosas.

La Filosofía nace en Jonia en la costa del Asia Menor, y son Mileto, Efeso y Samos, algunos de los pueblos donde encontramos a los primeros pensadores, con su filosofía, llamada filosofía de la naturaleza o filosofía de la física, ya que física significa naturaleza. En ésta filosofía de la naturaleza, la observación de la naturaleza, los cuerpos y el ser ocupaban el primer plano de estudios, aunque piensan también en el espíritu y en el ser como un todo.

Entre los primeros filósofos naturalistas se tienen a Tales de Mileto, Anaximandro y Anaxímenes. Por éste mismo período aparecen Leucipo y Demócrito, quienes exponen la Teoría Atomista, según la cual la materia está formada de pequeñas partículas llamadas átomos.

En el siglo IV a.C. aparece Aristóteles quien empieza a estudiar la caída de los cuerpos.

En el siglo segundo de nuestra era aparece Ptolomeo que hace estudios sobre la reflexión de la luz. A partir de éste periódo, la física avanza lentamente a travéz de cientos de años. 

Casi 1,500 años después aparece Galileo Galilei que estudia el movimiento del péndulo y reafirma la Teoría Planetaria heliocéntrica junto con Nicolás Copérnico.

En el siglo XVI aparece William Gilbert que realiza estudios sobre electricidad y magnetismo. 

En el siguiente siglo aparece Isaac Newton que descubre la Ley de Gravitación Universal, así como las leyes sobre el movimiento de los cuerpos; con éste gran científico nace la Física Clásica.

En el siglo XVIII, hay grandes aplicaciones como la electricidad, las máquinas eléctricas, la invención del pararrayos. 

En el siglo XIX, Alejandro Volta inventa la pila eléctrica; Avogadro explica la diferencia entre átomos y moléculas, Roentgen los rayos x y Becquerel la radioactividad. 

En nuestro siglo desde sus inicios hay grandes adelantos científicos, que no sería fácil enumerarlos. Los avances en el campo de los átomos hacen que se inicie la Física Moderna, la cual se divide en Física Cuántica y Relativista.

Los orígenes de la Física

La historia de la física es, en general, una historia de una confianza cada vez mayor.

Durante 300 años, la física se ha dedicado a observar y medir cómo funcionan las cosas.

A principios del s. XVII, un italiano puso la bola en movimiento al dedicarse a medirbolas en movimiento.Galileo también midió péndulos y dejó caer objetos de distintos tamañosdesde la torre inclinada de Pisa, para ver qué sucedía.

Y, aunque irritó al Papa —al parecer, sus ideas habían enfadado mucho a Dios— ,la obra de Galileo se convirtió en la roca sobre la que se erige la física moderna.Después, a salvo de Papas iracundos, Isaac Newton fue más allá al abandonar las bolasy pasarse a las manzanas.¿Por qué, se preguntaba, siempre caían hacia abajo, y no de lado o hacia arriba?En 1687 encontró la respuesta: era una fuerza, llamada gravedad, que afectaba a las bolasy a las manzanas. Y a los planetas, haciendo que trazasen órbitas predecibles alrededor del Sol.

En el siglo XIX, James Clerk Maxwell centró su atención en otros misterios.Demostró cuál es la relación entre electricidad y magnetismo, que se pueden combinaren una fuerza: el electromagnetismo. Y que la luz tenía partes eléctrica y magnética,y viajaba en forma de ondas, como el agua.

La física estaba en racha. Los nuevos descubrimientos se basaban en los anteriores,y algunos incluso tenían usos prácticos: las leyes de Newton predijeron la existencia de Neptuno.El trabajo de Maxwell nos proporcionó la radio y la tv, y no haya nada mucho más útil que eso.Parecía que los físicos habían logrado dominar el universo;y lo único que quedaba era tapar los huecos restantes.

Pero, a principios de s. XX, los huecos eran cada vez mayores. Y los nuevos descubrimientos no se basaban en losantiguos. Cosas como los rayos X y la radiactividad eran simplemente raras, en sentido negativo.No todo iba bien en el mundo de la física. El destacado científico Lord Kelvin veíaoscuros nubarrones que se cernían sobre la física.Entonces, en 1905, un técnico de patentes de Suiza desencadenó toda una tormenta.Albert Einstein, de 26 años, se salió del guion. Primero, afirmó que la luz esun tipo de onda, pero que también toma la forma de paquetes, o partículas. Ese mismo año, publicósu famosa ecuación, E = mc^2, que afirma que la masa y la energía son equivalentes.Y por si eso fuera poco, publicó también los asombrosos resultados de unexperimento mental. Empieza suponiendo que la velocidad de la luz en el vacío es constante.

Imaginemos que alguien ve una nave volando a toda velocidad. 

Lo que verían sería que los relojes en la nave marcan el tiempo más despacio que su propio reloj;y que la longitud de la nave disminuiría.Pero, para los astronautas en su interior, todo sería normal.

Einstein decía que el tiempo y el espacio podían cambiar, que son relativosen función de quién los observa. Esto es la relatividad especial.

Puede que fuese especial, pero no era suficiente.Albert no había hecho más que empezar. A continuación, demostró que las bolas y las manzanas no eranlas únicas cosas sujetas a la gravedad. La luz, el tiempo y el espacio también se veían afectados.

La gravedad ralentiza el tiempo y curva el espacio. Cuanto más intensa es, más se curva el espacio.y más se desvía la luz. Einstein lo denominó «relatividad general».Sus ideas hicieron que la física tradicional saltase por los aires. Abrió la puerta al extraño mundode la cuántica, donde los gatos pueden estar vivos y muertos, donde Dios juega a los dados,y donde todo es incierto.Su famosa ecuación condujo a la energía nuclear.Sin la relatividad especial el Gran Colisionador de Hadrones no tendría sentido.La relatividad general predijo los agujeros negros y el Big Bang, una idea que ahoraaceptan tanto la Iglesia como la ciencia.Algo que a Galileo le habría gustado ver.

Bien hecho, Albert.

Historia de la Fisica

 

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