LA FÍSICA

Etimología de Física

El término “física” Deriva del latín Physica, que se traduce como “natural” o “naturaleza”..

La palabra fue tomada de los intelectuales romanos del griego φυσική, forma femenina del adjetivo φυσικός o physikos (relativo a la naturaleza, natural o conforme a la naturaleza).

Después, la expresión neutra plural τα φυσικά (“ta physiká”) designa en Aristóteles y otros personajes el estudio de la naturaleza. Por tanto, hablamos de una ciencia que pone su atención en la constitución y naturaleza de los cuerpos materiales y tangibles. 

¿Qué es la Física?

La física es la ciencia natural que estudia los componentes más fundamentales del universo, la energía, la materia, la fuerza, el movimiento, el espacio-tiempo, las magnitudes físicas, las propiedades de estas y sus interacciones fundamentales. Esta puede incluir varios estudios y llegar a alcanzar la mecánica cuántica o inclusive la óptica. Además, la física, al ser una ciencia que estudia los cuerpos tangibles, también ha ayudado mucho a la biología apoyando el estudio del cuerpo humano y el cerebro. 

La física es una ciencia exacta y fundamental, en la cual se basan las demás ciencias naturales. 

En términos generales, la física se puede definir como una ciencia natural que se ocupa del estudio del mundo que nos rodea y las leyes que lo gobiernan.

A diferencia de los biólogos o los químicos, los físicos se ocupan de la naturaleza inanimada que no cambia materialmente, haciendo de la Física una ciencia muy interesante y compleja.

Con la física se puede estudiar los fenómenos y las leyes fundamentales de nuestro entorno. 

Por lo tanto, permite la explicación y predicción de muchos fenómenos de la naturaleza, sobre la base del conocimiento adquirido.

Sin embargo, la física no es un campo de la ciencia totalmente independiente. La universalidad de las leyes de la física y los temas de investigación, combinan la física con otras disciplinas científicas, lo que da como resultado áreas como la biofísica, fisicoquímica o geofísica.

En pocas palabras, la física se puede dividir en:

• Física teórica.
• Física experimental.

La física teórica se ocupa del análisis de datos experimentales proporcionados por la física experimental, que también verifica conclusiones y predicciones teóricas.

En este caso, todo objeto o hecho que se observa utilizando los métodos disponibles en física, se denomina fenómeno físico. Y, cada propiedad mensurable de este fenómeno, es una cantidad física.

Adicionalmente, las actividades experimentales destinadas a determinar el valor de las cantidades físicas probadas, son las medidas físicas. Aquí, la medición debe ser repetible y reproducible.

Con base en los resultados de las mediciones y observaciones experimentales, es posible formular una relación entre las cantidades físicas estudiadas y un fenómeno dado. Esta relación escrita en lenguaje matemático, “se denomina ley física”.

Por otro lado, el conjunto de leyes físicas complementadas y restringidas por condiciones adicionales, es una teoría física.

Cada una de las teorías se considera fundamentalmente cierta. Sin embargo, siempre debe tener en cuenta la necesidad de introducir ciertas correcciones.

Físicos más importantes

Entre los físicos más importantes destacamos tres grandes figuras:

Galileo Galilei

Nacido el 15 de febrero de 1564 en la Toscana y fallecido el 8 de enero de 1642. Astrónomo e ingeniero que trajo la revolución científica al mundo cuestionando las leyes físicas de Aristóteles y el geocentrismo que operaba en la edad media. Considerado como el padre de la astronomía y la física moderna.

Isaac Newton

Nacido el 25 de diciembre de 1642 en Londres y fallecido el 31 de marzo de 1727 fue un físico y teólogo autor del libro Principia, donde se relataba su teoría sobre la gravedad universal y se exponían las bases matemáticas que dieron pie a la mecánica clásica.   

Albert Einstein

Nació el 14 de marzo de 1879 en Estados Unidos. Es un físico alemán considerado como el más importante del siglo XX. Entre sus descubrimientos trajo la teoría de la relatividad especial, la famosa ecuación de la equivalencia entre masa y energía (E=MCN^2), la teoría de la relatividad general, la teoría del campo unificado, el estudio de las ondas gravitacionales y el movimiento del Universo. 

Historia y origen de la Física

La física es una de las ciencias más antiguas de la historia de la humanidad, esta básicamente dio pie a la astronomía y surgió en la antigua Grecia. No tuvo un nombre como tal puesto que se consideraba que la biología, la química, la filosofía y las matemáticas formaban todo este campo del estudio de la naturaleza. A partir del siglo XVII la física adoptó una identidad propia y se distinguió de las demás disciplinas como una corriente pura de estudio.

Pero hasta la llegada del siglo XVII la historia de la humanidad se apoyó en grandes teorías físicas como la Astronomía, que data de antes del 3000 A.C, durante el levantamiento de los imperios sumerios y egipcios, que estudiaban noche tras noche el fluir y orden de los astros.  Los egipcios nos han dejado pruebas de ello, monumentos que muestran las constelaciones y cuerpos celestes que más adelante serían nombrados por los griegos.  

A partir de las civilizaciones antiguas de Grecia, durante los años 650 A.C y 480 A.C, surge la filosofía natural como defensora de la causalidad de los hechos.  Proponiendo bases empíricas y evidencias claras a partir del juicio objetivo y la observación. 

La Roma del siglo V cayó bajo los pies de las tribus bárbaras, pero la Roma oriental, denominada Imperio Bizantino, pudo resistir lo suficiente como para empezar a avanzar en los campos de la física.  En el siglo VI Juan Filopón, físico bizantino, cuestionó las ideas aristotélicas que respaldaban los conceptos físicos de la época y aportó un cambio importantísimo a la ciencia de la naturaleza. Galileo Galilei se inspiró en él para cuestionar la física aristotélica y Jean Buridan, el año 1300 gracias a Juan Filopón acabó de conformar los términos Inercia e Impulso.  

Conforme avanzaron los años las innovaciones aumentaron y el campo de la óptica y la visión se desarrollaron mucho más durante la Edad de Oro islámica. Una obra importantísima surgida por el investigador Ibn al –Haytham nos trae una refutación clara y directa hacia la óptica de la antigua Grecia, presentando el estudio del fenómeno de la caja oscura y el funcionamiento del ojo a partir de la investigación real de diversas disecciones humanas.  Su tratado sobre la cámara oscura es la base de lo que hoy conocemos como la fotografía. 

Esta obra fue influyente a nivel europeo, y caló en la mente de los científicos europeos que con el tiempo fueron creando dispositivos como las gafas, las lupas, telescopios y por último cámaras.  

Durante la Europa moderna temprana, en el siglo XVII, como hemos comentado anteriormente, surgió la concepción y purificación de la física, ya no como un conjunto de teorías sino como una disciplina independiente y reconocida.  Los avances de este siglo fueron frenéticos con la llegada del heliocentrismo, las leyes que rigen movimientos de cuerpos planetarios diseñadas por Kepler y los trabajos astronómicos de Galileo.

Por otro lado, Newton descubre y unifica las leyes de la gravitación mediante el cálculo con la conocida anécdota de la manzana que cayó del árbol. Estas leyes trajeron la necesidad de nuevos métodos matemáticos para resolver problemas físicos.  

Las leyes de la termodinámica, así como de la química y el electromagnetismo traen consigo un gran componente teórico para desarrollar los avances de las nuevas tecnologías que impulsaron posteriormente la revolución industrial. 

Por último, la física moderna aparece con la necesidad de investigar objetos y figuras tangibles a escala mucho más pequeña que los objetos cuotidianos que se habían investigado hasta entonces. Este tipo de física se ocupa generalmente de la materia y la energía a escalas extremas ya sean megalómanas o enanas.  Por otro lado, la física de partículas elementales sería otro tipo de física que se encuentra más bien en un punto mucho más extremo. 

Surgen dos teorías que dejan un poco atrás la física clásica. Mientras la mecánica clásica se ocupa de la naturaleza como un continuo, la teoría cuántica se ocupa de la naturaleza discreta a nivel atómico y subatómico. Por último, la teoría de la relatividad desarrollada por Einstein se ocupa de la descripción de fenómenos que tiene lugar en un marco de referencia en movimiento respecto a un observador, según él, el tiempo depende de la velocidad del observador.

¿Para qué sirve la Física?

La física siempre ha intentado dar respuesta a preguntas fundamentales referidas a aquellos componentes del Universo. La comprensión de dichos elementos es algo fundamental para entender el ecosistema en el que nos encontramos la humanidad. 

¿Cómo se mueve una materia? ¿Por qué tenemos frío? ¿Por qué hierve el agua? ¿Cuál es la fuerza de un meteorito? ¿Cómo nos afecta la gravedad? 

Este tipo de preguntas son las que comúnmente se cuestiona una de las ramas más importantes y antiguas de la ciencia pura, la física.

La física sirve para entender sustancialmente los diversos fenómenos naturales que operan en nuestra realidad y ayudarnos a comprender a las demás ciencias, por lo tanto, la física sirve para estudiar las leyes de la naturaleza, sus fenómenos y las propiedades de la materia.

Al igual que con otras ciencias naturales, el objetivo de la física es:

• Reconocer relaciones y leyes en la naturaleza.
• Explicar y predecir fenómenos y procesos con la ayuda de los conocimientos adquiridos.
• Utilizar conscientemente los conocimientos adquiridos para hacer la vida de las personas más segura y agradable.

Características de la Física

La física se ocupa de los procesos de la naturaleza inanimada (con algunas excepciones) y su descripción matemática.

En este caso, la física surgió del deseo de las personas de comprender los fenómenos naturales (esencialmente la naturaleza inanimada), rastrearlos hasta las leyes generales y hacer uso de la naturaleza a través de este conocimiento. 

En la física experimental, las leyes de la naturaleza se obtienen a través de la observación y la experiencia. Y, en la física teórica, esto se realiza a través de las matemáticas y la lógica. 

Pero, la física experimental y teórica se pueden complementar, debido a que la primera confirma la hipótesis de la física teórica y esta se basa en los resultados de la física experimental.

Al inicio, la física era considerada una ciencia natural integral, ya que solía tratar todos los aspectos de la naturaleza animada e inanimada, es decir, con todo el mundo material. Pero, más tarde, surgieron la química y la biología como materias separadas. 

Hoy en día, la física crea una conexión entre la biología y la química, explicando los fenómenos de la energía y la materia.

El conocimiento físico de los procesos y la estructura de la naturaleza, amplía nuestros horizontes y nos hace conscientes de nuestra posición en el mundo que podemos captar: desde el macrocosmos del universo hasta el microcosmos de las partículas elementales).

Ramas de la Física

Como ya hemos visto, la historia de la física es muy extensa, no podemos abarcar todo en un solo artículo, pero os hemos mostrado lo más importante. Así que, durante la historia, deciros que la física se ha ido desarrollando mediante diferentes ramas que se han ido ocupando de distintas cuestiones que ocupaban al ser humano.

Mecánica clásica

La mecánica clásica surge de las leyes de Newton, también recibe el nombre de mecánica newtoniana o mecánica vectorial y estudia el movimiento de partículas sólidas en un espacio tridimensional y las fuerzas que actúan en estas. Aunque después de Newton hayan surgido diversas ramas y teorías, su aplicación suele utilizarse en el lanzamiento de cohetes espaciales hoy, y nunca ha dejado de ser una teoría válida para analizar los cuerpos macroscópicos.  Aquí se estudiaría una de las cuatro fuerzas universales, la gravitatoria.

Mecánica cuántica

Es una de las principales ramas de la física moderna y estudia la interacción de átomos y el comportamiento de partículas subatómicas.

Electromagnetismo

Es una de las principales ramas que estudia como las partículas cargadas en los campos eléctricos interactúan. Esta rama se aplica para el desarrollo de equipos electrónicos, informáticos… Aquí se estudia la segunda fuerza universal, la electromagnética.

Termodinámica

Estudia los tipos de energía derivadas de la temperatura, así como procesos de transferencia calórica y su efecto en los cuerpos.  Se aplica sobre todo en el automovilismo, la cocina…

Electricidad

Se ocupa de las propiedades de los cuerpos cargados eléctricamente, el magnetismo, los efectos de la corriente eléctrica, las leyes en los circuitos eléctricos, la generación y transformación de la energía eléctrica, las oscilaciones y ondas electromagnéticas.

La acústica

Estudia el sonido, sus fenómenos y sistemas de propagación. Incluso como este afecta a los cuerpos.  Se aplica obviamente a la música y los estudios del oído.

La óptica

Esta rama estudia la luz y su comportamiento en otros cuerpos a partir de la energía lumínica, así como la propagación de la luz, la reflexión y la refracción, la formación de imágenes en espejos y lentes, la estructura y el modo de funcionamiento de los dispositivos ópticos, y los colores. Esta también estudia la percepción de la luz que tiene el ser humano. Esta rama se aplica al de desarrollo de fibras ópticas y la optoelectrónica.

La astrofísica

Estudio de los cuerpos en el espacio, sus movimientos y fenómenos.  Esta nos ayuda a saber cómo funcionan las galaxias y otros planetas. Es una rama de la física que se emplea mayormente en observatorios, estaciones espaciales o en el desarrollo de laboratorios.

La biofísica

Se estudian los distintos fenómenos físicos que acompañan el funcionamiento biológico de los seres vivos.  Permite por ejemplo saber cómo funciona la energía celular o los impulsos nerviosos del cerebro.

La dinámica y la estática

La primera sirve para estudiar el movimiento de los cuerpos, mientras que la segunda trata de conocer los fenómenos que producen el equilibrio cuando se aplica una fuerza sobre un objeto en reposo.  Estas forman parte de las leyes de Newton.

Física atómica

Se centra en el estudio del átomo y los procesos enérgicos de fusión y fisión que producen diversos estados de energía.

Física nuclear

Esta precede a la física atómica y estudia el núcleo del átomo. Cuál es su compuesto de partículas, sus protones y neutrones unidos por diversas fuerzas e interacciones entre ellos.  Es una rama que estudia la tercera y cuarta fuerza universal, que son la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil.

Física molecular

Estudia las propiedades de las moléculas y la interacción entre sus estructuras atómicas.  Se relaciona por tanto con casi todas las ramas explicadas.

Energía

Se puede separar como una sub-área general. Los objetos de consideración son las formas de energía y portadores de energía, la conversión y transmisión de energía, el almacenamiento y la devaluación de la energía, los efectos del uso de la energía en el medio ambiente.

Además, áreas como la biofísica o la química física, se han desarrollado en estrecha relación con otras ciencias naturales.

Importancia de la Física

Si te preguntas cómo la física y su progreso influyen en el desarrollo de la tecnología, podemos decir que la influencia es tan amplia y detallada, que se necesitaron varios libros para cubrirla por completo. 

Cualquier dispositivo electrónico, mecánico o de otro tipo, fue el resultado de varios descubrimientos físicos. 

Es que la física es una disciplina profunda desde el punto de vista teórico y por sus innumerables aplicaciones innovadoras a la vida cotidiana.

La investigación, inicialmente dirigida exclusivamente al conocimiento, ha ido descubriendo continuamente fenómenos y tecnologías, que han tenido una gran repercusión en la producción industrial. 

Por ejemplo, la relatividad especial y la relatividad general han ayudado a ajustar la red de satélites GPS, que permiten saber dónde se encuentra algo en específico en cualquier momento. 

La mecánica cuántica, en cambio, ha permitido diseñar semiconductores con repercusión en la creación de circuitos miniaturizados para ordenadores y memorias. 

Además, la tecnología CCD, sensores de luz extremadamente eficientes, ha reemplazado la película fotográfica con cámaras digitales.

Finalmente, la física ha desarrollado tecnologías para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como la resonancia magnética, PET y TC.