Física general |
Definición y distinción entre física y química
La palabra física se deriva de un término griego que significa relativo a la naturaleza .
Las ciencias físicas estudian las propiedades generales de la materia que son percibidas por el hombre a través de los sentidos. Esto es, lo que se capta por medio de la vista, el oído, el tacto, el gusto o el olfato.
Esas propiedades generales pueden sufrir modificaciones, y esas modificaciones se llaman fenómenos .
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Esos fenomenos físicos pueden ser de dos tipos: los que sólo transforman de modo pasajero el aspecto y las propiedades de los cuerpos y aquellos que los cambian o alteran de manera permanente.
Los fenómenos físicos del primer tipo dependen sólo de la naturaleza de los cuerpos, mientras que los segundos varían su naturaleza y se deben casi siempre a la acción recíproca de las sustancias que los componen, las cuales desaparecen como tales en esas reacciones para originar materias distintas dotadas de nuevas propiedades.
Las ciencias físicas se dividen, por lo tanto, en dos ramas: La física propiamente dicha y la química , que están íntimamente relacionadas entre sí y tienden a fundirse en una Mecánica molecular, puesto que la Atomística moderna reduce el estudio de las propiedades de la materia al de las fuerzas y movimientos.
Métodos de la Física
Observación y experimentación
La Física, estudio de ciertas propiedades de la materia, se fundamenta en la observación, que consiste no sólo en apreciar con exactitud todas las circunstancias que acompañan a un fenómeno, sino también en diferenciar lo esencial de lo accesorio o incluso de lo que no tiene relación alguna con el hecho observado.
Es necesario, por tanto, efectuar una numerosa serie de observaciones para poder hacer variar los diversos factores del fenómeno y determinar así el papel que desempeña cada uno de ellos.
Como en la Naturaleza no se suele distinguir claramente lo importante de lo accesorio, el físico tiene que recurrir a la experimentación.
La experimentación consiste en efectuar una observación simplificando lo más posible las condiciones del fenómeno. Se puede hacer variar, por ejemplo, sólo una de las circunstancias, mientras que las restantes permanecen idénticas, para saber, entre las múltiples influencias ejercidas, cuál es la que pertenece exclusivamente al fenómeno observado.
Hipótesis y teoría
Los sentidos constituyen los primeros medios de información, pero como son insuficientes para revelar todo lo que existe el hombre tiene que interpretar mediante el razonamiento lo que observa y reconocer la existencia de la materia que no ve (el gas, por ejemplo) por los efectos que produce. Por consiguiente, al lado de los hechos observados, caben interpretaciones diversas que pueden evolucionar con el progreso de la ciencia.
Los experimentos permiten determinar las causas de los hechos observados; es decir, las condiciones indispensables para que éstos se produzcan y agrupar, de este modo, los fenómenos relacionados con una misma causa.
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Sin embargo, como en muchos casos ésta es desconocida, se tiene que sustituir por una hipótesis. La explicación de varios hechos por la misma hipótesis, o de toda una serie de hechos por un conjunto de hipótesis, lleva a la formulación de una teoría, cuyas consecuencias deben comprobarse mediante la realización de nuevos experimentos.
Una teoría debe considerarse como válida si explica todo lo observado, pero se tiene que reemplazar o modificar cuando no permite interpretar un nuevo hecho, y es perfecta a partir del momento en que, gracias a ella, un número muy reducido de hipótesis da la posibilidad de comprender una gran cantidad de fenómenos.
Las hipótesis postuladas como válidas, incluso si en casos particulares no las corrobora la experiencia, reciben el nombre de principios. Algunos de éstos se abandonan con el tiempo; es decir, cada vez que los científicos demuestran que son erróneos.
Partes de la física.
La Física se divide tradicionalmente en varias partes, que corresponden a las propiedades generales de los cuerpos:
Gravedad o estudio de la atracción ejercida por la Tierra
Estática de los gases líquidos o estudio del equilibrio de cuerpos gaseosos y líquidos
Termología o estudio de los fenómenos en que interviene el calor o la temperatura
Acústica o estudio de la formación y propagación de los sonidos
Óptica que estudia las leyes y los fenómenos de la luz
Electricidad o estudio de fenómenos relativos al movimiento de electrones
Magnetismo o estudio de los fenómenos de atracción a distancia provocados por imanes y corrientes eléctricas
La división precedente se utiliza sólo son fines pedagógicos ya que en la actualidad no se justifica pues las innumerables relaciones que se han descubierto entre los fenómenos luminosos eléctricos y magnéticos, por ejemplo, permiten considerar las diversas manifestaciones de los mismos como diferentes aspectos de una sola magnitud llamada energía .
Medida de magnitudes
La observación de los fenómenos naturales hace surgir una serie de conceptos abstractos, llamados magnitudes (longitud, tiempo, masa, fuerza, etc.) cuya cuantía varía de un caso a otro. Así, las longitudes son más o menos grandes, la fuerza, mayor o menor, etc.
Pero para que esos conceptos sean verdaderas magnitudes han de poderse comparar mediante las expresiones igual que, mayor que, y menor que, es decir que debe ser posible definir en ellos la igualdad y la suma.
En Física, para que sea útil la experimentación, es necesario, apoyándose en las Matemáticas, expresar los resultados obtenidos por medio de números y, por lo tanto, saber medir las magnitudes que intervienen en los fenómenos físicos .
Medir una magnitud es compararla con otra de la misma especie tomada como patrón y llamada unidad . El resultado de la comparación es un número, denominado medida de la magnitud.
Estado de la materia .
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| Agua en estado sólido. |
Estado físico
Los cuerpos suelen distinguirse por su estado físico, que puede ser sólido, líquido o gaseoso.
Un cuerpo sólido tiene forma y volumen propios y sólo se deforma si se ejercen sobre él presiones más o menos intensas. Casi todos los metales, por ejemplo, son sustancias sólidas.
Un líquido tiene un volumen constante, pero su forma varía según el recipiente que lo contiene.
Un gas carece de forma y volumen propios: ocupa siempre el volumen del recipiente que lo contiene, puesto que es dilatable y compresible.
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| Agua en estado líquido. |
Muchas sustancias pueden cambiar de estado bajo los efectos de la temperatura y la presión. El agua, líquida a la temperatura ordinaria, se transforma en gas (vapor de agua) a 100º grados y a la presión atmosférica (vaporización) y en sólido (hielo) a 0º grados y a la presión atmosférica (solidificación).
Al elevarse la temperatura, el hielo vuelve a convertirse en líquido por fusión.
Los principales estados son el líquido , el sólido y el gaseoso . Estos son los más aparentes, pero no son los únicos.
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| Gases |
Las máquinas simples, instrumentos empleados desde la más remota antigüedad, sirven para trasmitir la acción de las fuerzas a las que están sometidas directamente; es decir, la potencia P y la resistencia Q.
La potencia es, por ejemplo, la fuerza ejercida por un obrero con la mano, y la resistencia es el peso de una carga.
En el estudio de las máquinas simples en reposo no se tienen en cuenta los rozamientos.
En algunos casos se utilizan las máquinas simples en estado de equilibrio (por ejemplo, una palanca para mantener una carga levantada) con el objetivo de trasladar pesos.
Cuando el desplazamiento es bastante lento, la potencia es ligeramente superior a la que se ejerce en estado de equilibrio si el rozamiento no es considerable. Gracias al estudio del equilibrio se ve claramente el interés que tiene el empleo de estas máquinas simples.
Plano inclinado
El plano inclinado consiste en una superficie plana que forma con el horizonte un ángulo mayor que 0º y menor que 90º.
Un cuerpo colocado sobre este plano queda sometido a tres fuerzas que lo deslizan hacia abajo. En la práctica se coloca el cuerpo sobre ruedas para disminuir el roce.
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| Palanca |
Palanca
La palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo llamado punto de apoyo. La fuerza ejercida sobre la palanca es aumentada para mover un cuerpo que opone mayor resistencia.
Torno simple
El torno consta de un cilindro llamado árbol o tambor, cuyo eje descansa en dos soportes y que puede girar por medio de un manubrio solidario del mismo. La resistencia o el cuerpo que generalmente debe levantarse actúa en el extremo de una cuerda que se enrolla en el tambor. (Un balde de agua sacado de una noria).
Poleas.
La polea es un disco de madera o de metal que puede girar alrededor de su eje y cuya periferia lleva una garganta o canal por el cual pasa una cuerda o cadena. Suele estar montada en un soporte llamado armadura o bastidor. La potencia se ejerce en uno de los extremos de la cuerda o cadena y se cambia la dirección de la fuerza.
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| Calor y temperatura. |
Mediante el contacto de la piel con un objeto se perciben sensaciones de frío o de calor, siendo esta última muy fuerte si lo que se toca está muy caliente. Los conceptos de calor y de frío son totalmente relativos y sólo se pueden establecer con relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo, la mano de un hombre.
Lo que se percibe con más precisión es la temperatura del objeto o, más exactamente todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y la de la mano que lo toca. Ahora bien, aunque la sensación experimentada sea tanto más intensa cuanto más elevada sea la temperatura, se trata sólo de una apreciación muy poco exacta que no puede considerarse como medida de la temperatura.
Para efectuar una verdadera medida de la temperatura se utilizan otras propiedades del calor, como la dilatación , cuyos efectos son susceptibles de medirse.
Con muy pocas excepciones, todos los cuerpos aumentan de volumen al calentarse y disminuyen cuando se enfrían. En el caso de los sólidos, el volumen suele incrementarse en todas direcciones.
La dilatación es, por consiguiente, una primera propiedad térmica de los cuerpos que permite llegar a la noción de temperatura..
La segunda magnitud fundamental es la cantidad de calor , que se supone reciben o ceden los cuerpos al calentarse o al enfriarse, respectivamente.