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Recorrido histórico de la Física

Comprender cuales han sido los principales hitos de la física, desde Aristóteles hasta Einstein.
by

José Vila

on 21 October 2012

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Transcript of Recorrido histórico de la Física

La Física a través de la historia. Iniciando FINALIZANDO La física no es una ciencia exacta, ya que las ideas van cambiando a través del tiempo y así también esta ciencia. Teoría de la relatividad FISICA CLÁSICA Los que van desde la antigua grecia con ARISTÓTELES, pasando por
COPÉRNICO
GAlILEO
NEWTON
EINSTEIN

Grandes personajes que
revolucionaron el mundo de la física. Fisicos Vivió en grecia en el siglo IV a.C. Estudiando áreas diversas:
-Lógica
- Ética
- política
- Economía
- Biología
- Física ARISTÓTELES 4 elementos fundamentales
FUEGO - AIRE - TIERRA - AGUA El movimiento PESO Es necesario que:

F R Velocidad Resistencia Fuerza Proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la resistencia FALTABA Velocidad limite,
Caída libre ÉTER Quinto elemento Es la composición de los astros Los que giran alrededor de la Tierra Hasta que entra Copérnico Proponiendo el heliocentrismo La física Clásica Galileo Vivió entre 1564 y 1642. Estudios
medicina, matemática, la física y astronomía.
Considerado uno de los fundadores de la física clásica. Método Científico Publica Diálogos en 1630, por el que será perseguido por la Inquisición Apoya heliocentrismo Inercia y relatividad También se refiere al heliocentrismo como explicación para la diferencia de los periodos que tienen los planetas que giran al rededor del sol, la variación de posición de estos y las velocidades relativas que cambian según la época del año.

Descubre que las estrellas están mucho más lejos de lo que lo está el sol. La tierra Se desplaza a 30km/s
Gira sobre su propio eje a 500m/s
No nos damos cuenta por el "sistema del mundo"
Donde los objetos mantienen su velocidad si no son afectados por alguna acción externa...... Inercia Primero en proponer la relatividad "en un barco en moviemiento todos los procesos naturales transcurrirán de la misma manera que si el barco estuviese en reposo". Concluyó que los cuerpos en caída libre se mueven con aceleración constante, y que esta depende muy levemente del peso de los cuerpos. Newton Estudió en Cambridge, convirtiéndose posteriormente profesor de al institución. Entregó aportes en Física y Matemáticas Obra más importante: " Principio matemático de la filosofía natural" en donde unificó el movimiento de los cuerpos en las cercanías de la Tierra con el movimiento de los astros por medio de la caída de una manzana. En él unifica la gravedad y las órbitas planetarias, utilizando ideas de Galileo y Kepler (3 leyes) quien buscaba una relación numérica con las propiedades de las órbitas. Se convirtió en la obra fundamental de la Física Clásica. Principio matemático de la filosofía natural Define cantidad de materia, también de movimiento, basándose en Galileo, y finalmente de la fuerza. Aporta además sus creencias sobre el Espacio y el Tiempo. " El tiempo matemático absoluto, verdadero y matemático, por su propia naturaleza, fluye uniformemente sin referencia a nada externo" Newton enunció la Ley de gravitación universal ley no exacta que explicaría algunos fenómenos naturales como la trayectoria de planetas y satélites, entre otros. Gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Cuatro interacciones fundamentales F= G*m1*m2 r 2 A pesar de que no era tan cierta esta fórmula, Einstein evidenciaría esta falla con la Teoría general de la relatividad - 1915 Física determinista A partir de las ideas de mecánica newtoniana, Halley fue capaz de determinar la fecha en que pasaría nuevamente un cometa Mecánica cuántica:
Entraría a restringir este determinismo, debido al principio de incertidumbre No es posible saber la velocidad y la posición de una partícula en un determinado instante. Electromagnetismo Ámbar griego e imanes chinos Electricidad y magnetismo SIGLO XVIII Se sabe que la electricidad y magnetismo atraen y repelen según las condiciones COULOMB Experimentos con una balanza de torsión, mide la fuerza entre objetos cargados, y que esta decrece según:

1/r 2 Oersted Casualidad de pasar una brújula por donde pasaba una corriente, observó que la brújula se veía afectada. Ampere expresó matemáticamente este descubrimiento: Una corriente produce un campo magnético. La unificaci n FARADAY Introdujo el concepto de lineas de fuerzas propone que los campos eléctricos y magnéticos tienen relevancia entre sí UNIÓN DEFINITIVA Si una corriente eléctrica produce un campo magnético entonces, un campo magnético produce una corriente eléctrico Descubre fenómeno de inducción, además nota que moviendo un imán a través de un circuito cerrado se genera corriente eléctrica y así mismo moviendo el cable sobre el imán Creará entonces el dinamo, transformando energía mecánica en eléctrica MAXWELL Así como un campo magnético variable crea una corriente eléctrica, algo similar ocurre con un campo eléctrico que cambia en el tiempo, actuando como una fuente extra de campo magnético. Unificó todo el conocimiento adquirido sobre los fenómenos eléctricos y magnéticos, en sus
4 ecuaciones fundamentales. Ondas electromagnéticas Los campos eléctricos y magnéticos se propagan como ondas transversales oscilantes en el vacío. Determinando que llegaban a 310.740 km/s "la velocidad es tan cercana a la velocidad de la luz, que parece tenemos fuertes razones para concluir que la luz misma, independientemente de su origen, es una perturbación electromagnética que se propagan de acuerdo a las leyes del electromagnetismo" Heinrich Hertz Comprueba la existencia de estas ondas, llegando a descubrir los rayos X y gamma Estas teorías que parecían explicarlo todo se derrumbaran con la llegada de..... La luz Newton Huygens Fenomeno Corpuscular Fenómeno ondulatorio Siendo onda, hay interferencia Siendo partícula incidía en un solo punto, al ser proyectada Se determina que la luz tiene origen en ambos fenómenos, aunque como onda era el único comprobado se mantiene así hasta el siglo XIX Óptica se rinde Según Maxwell la luz se propaga en un medio llamado éter, en donde sus ecuaciones eran validas Hasta que Einstein formula la teoría de la relatividad espacial La idea de que la luz era un fenómeno únicamente ondulatorio sería cuestionada a fines del siglo XIX, ante la imposibilidad de describir radiación de un cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico, que marcarían el nacimiento de la mecánica cuántica y de la interpretación de la luz como un haz de corpúsculos (con comportamiento ondulatorio). FOTÓN 4 ecuaciones Ley de Gauss

Ley de Gauss magnética

Ley de inducción de Faraday

Ley original de Ampere + término de Maxwell Simbología:
E: Campo eléctrico
D: Vector desplazamiento eléctrico
H: Campo Magnético
B: Flujo magnético

J: Corriente eléctrica : densidad de carga Fuerza de lorentz: Fuerza = Masa * Aceleración Michelson y Morley Midieron la velocidad de la luz, aprovechando el movimiento de la Tierra alrededor del Sol 30km/s INTERFERÓMETRO Determinando que la velocidad de la luz no dependía de un sistema de referencia, contradiciendo las ideas de Newton. Detecta variaciones de velocidad muy pequeñas POSTULADOS: - La velocidad de la luz es independiente del sistema de referencia - Las leyes física tienen la misma forma en todos los sistemas inerciales EINSTEIN Dilatación del tiempo Si un observador, situado dentro de un vehículo en movimiento, apunta con una luz hacia el techo de este donde hay un espejo, el tiempo que demora en devolverse la luz hasta el observador es:


Siendo c = velocidad de la luz; y h = altura del vehículo T=2h/c Como la velocidad es la misma, entonces es el tiempo el que cambia, por lo tanto:

T = 2 2 t Contracción de longitudes Si medimos la longitud de un objeto en reposo y obtenemos un valor Lo, al medir la longitud del mismo objeto en movimiento obtenemos un valor menor por un factor PARADOJA: Si dos gemelos se separan viajando a velocidades cercanas a la de la luz. Al reencontrarse, uno de los dos sera más joven que el otro por el fenómeno de dilatación del tiempo, donde uno d los dos acelero por la variación del tiempo. Masa y energía E=m*c 2 Masa que se convierte en energía y viceversa Para la física y la química clásica, la masa y la energía eran cantidades que se conservaban independientemente: en cuanto a una reacción química o en un proceso físico (como el choque, en cuanto a la masa, y el cambio de altura o velocidad en cuanto a la energía mecánica. Aunque esta conservación es despreciable en los procesos mencionados, en una reacción nuclear de fisión o fusión, la cantidad de masa y energía no es la misma de la que venia con los reactantes. La relatividad general y la expansión del universo 1907: Principio de equivalencia.
Es posible anular un campo gravitatorio uniforme moviéndose con aceleración constante. 1915: Teoría general de la relatividad
Tiempo y espacio son relativos y modificables.
Una masa como la del Sol modifica (curva) el espacio tiempo a su alrededor, y los objetos que se mueven a su alrededor (planetas), lo hacen en las trayectorias mas simples posibles, las geodésicas. Estas ecuaciones de la relatividad general predicen que el universo debe de estar en constante expansión, es decir, la distancia que hay entre cuerpos celestes se agranda a través del tiempo. Sin embargo Einstein decía que el universo debía de estar estático, por lo que modificó su teoría. Posteriormente declararía que este fue el mayor error de su vida. 1929: El astrónomo E. Hubble observó que la luz que provenía de las galaxias estaba corrida hacia el rojo, e interpretó esto como debido a que las mismas se están alejando de nosotros. Ley de Hubble:
El corrimiento al rojo es proporcional a la distancia a la que se encuentra la galaxia (medida por su luminosidad). EXPANSIÓN MECÁNICA CUÁNTICA Planck y la radiación de un cuerpo negro PLanck debió asumir que la radiación no era emitida de forma continua sino que en cuantos de energía discreta: FOTONES. Esta energía es proporcional a su frecuencia y a la constante de Planck. E = h * f H= constante de Planck= 6,6*10
f= frecuencia -23 # Einstein utilizaría el concepto de fotón para explicar la generación de corriente eléctrica al aplicar luz monocromática sobre un circuito formado por chapas metálicas. EL EFECTO FOTOELÉCTRICO Define a un cuerpo negro ideal como aquel que absorbe toda la radiación que llega a él sin reflejarla, de tal forma que solo emite la correspondiente a su temperatura. El átomo de Böhr Aplica la idea de cuantización a la estructura del átomo. El espectro de luz observado en los diferentes elementos se debe al decaimiento de un electrón a una orbita de menor energía, emitiendo un fotón. Por lo que la frecuencia de la luz sería: f = E
h Reproduciendo claramente el efecto de radiación observado del átomo de Hidrógeno Debido a que este decaimiento no servía para todos los átomos, fue necesario postular la existencia de una nueva cantidad cuantizada a la que se le dio el nombre de SPIN. Este impulso angular puede tomar solo valores de o de +1 * H/(2 )
2 -1 * H/(2 )
2 Principio de exclusión de Pauli Dos electrones con los mismos números cuánticos no pueden ocupar el mismo estado o nivel orbital LA luz y la materia: ¿onda o partícula? Louis de Bröglie Comprueba experimentalmente que la los electrones se comportaban como fotón y como onda a la vez, al hacerlos pasar por diminutas aberturas u obstáculos, tal cual lo hace la luz. De acuerdo con este científico, es posible asociar a cada partícula una longitud de onda cuántica dad por la relación entre la constante de Planck y el impulso lineal = h / p Nace la mecánica cuántica: Heisenberg, Shrödinger, Dirac. Edwin Schröringer Es el equivalente a la ecuación de Newton. 1) solo podemos calcular la probabilidad de hallar una partícula en una cierta posición o estado, lo que marca el fin del determinismo absoluto. 2) No es posible determinar posición e impulso de una partícula con precisión absoluta. Principio de incertidumbre de Heinseberg. Este no se aplica a nivel macroscopico. Para Einstein La idea de que solo pueden calcularse probabilidades, provocaba en él cierto disgusto : "Dios no juega a los dados"; pero Böhr responde "Señor Einstein, ¡deje de decirle a Dios lo que debe hacer!" Paul Dirac Unión ente teoría cuántica y relativista. Formula la versión más aceptada como correcta para los fermiones. Cambia la ecuación de Schrödinger y deja energía como: E = m * c /(1 - v / c ) 2 2 4 2 2 Ecuación cuadrática que fundamentaba la existencia de energía positiva y negativa. Esta última sería la composición del vacío, que a partir de este está lo observable. Este vacío podemos excitarlo entregándole una energía positiva, lo que causaría un hueco en el vacío. A este fenómeno se le observa como la aparición de la antipartícula. En el caso del electrón, sería el positrón. Aún sabiendo todo esto, no queda claro.... De qué estamos hechos Las partículas elementales Protones (+) y neutrones (+/-) Masa: 1,6726x10 y 1,6749x10 -24 -24 Energía: 938 MeV 939MeV Es muy inestable y podría decaer en cuestión de minutos, pero gracias a la fuerza nuclear se impide esta transmutación, que si estuviese haría que todo fuese inestable. Energía nuclear El proceso más utilizado, con fines de la obtención de energía a partir del átomo, es el de la fisión nuclear. En donde ciertos átomos tienen mayor masa que la de sus componentes internos, por lo que al fisionarlos liberan una diferencia de energía positiva mayor a la que reaccionó. En la década de los 30 la energía nuclear ya se controlaba para producir electricidad, aunque como todo avance tecnológico, esta fue usada para fines violentos que impulsaron más su desarrollo. Descubriendo partículas Partícula y antipartícula Analizando rayos cósmicos, haces de partículas muy energéticos que provienen del Sol. Se colocaban placas fotográficas en las cumbres de altas montañas que luego eran estudiadas. Las partículas cargadas eléctricamente dejan trazos claramente definidos, de esta manera se descubre el POSITRÓN.

De esta misma manera se descubrió el Muón y el Pión. Microscopio y acelerador de partícula Se crea el acelerador con el propósito de hacer colisionar a las partículas y ver su espectro ya que en la naturaleza estas o existen por su corta vida media. Gracias a campos magnéticos nos es posible acelerar las partículas sucesivamente hasta alcanzar un máximo de energía. Estas dejan trazas claras debido a la ionización del material al que atraviesan, luego de ser expulsadas. Así como la luz incide en los objetos y se refleja para luego llegar a nuestros ojos donde es procesada y transformada en impulsos eléctricos, también lo hacen estas partículas desconocidas, solo que como la longitud de onda visible es muy grande para estas, se les irradia con una "cuántica" (mucho menor q la anterior). Al chocar, inciden en los calorímetros que interpretan la información y luego es analizada. Tipos Bariones: Protón y neutrón Mesones: Pión Se descubren centenas de hadrones, llevando a que se cree una organización de ellos. Tal como Medeleev con la tabla periódica, Murray Gell-Mann organizó a estas partículas según el spin, según la carga eléctrica y según la extrañeza (número cuántico relacionado con las propiedades de decaimiento y producción de cada partícula). Quarks y leptones Ordena el espectro de los hadrones, postulando que estos están formados por quarks, los que van desde el "up", "down" y "strange", luego serán hallados tres más. Leptones Recién estamos conociendo lo que el mundo de lo visible, aún nos falta la materia oscura, que es posiblemente más complicada. Incluso no terminamos con el nuestro, ya que quizas dentro de las partículas mencionadas exista alguna subunidad menor. FALTA MUCHO POR RECORRER ¿De qué estamos hechos? El principal objetivo de la física es encontrar las partículas elementales de las cuales está formada la materia

*Demócritos -> Propuso que existían componentes indivisibles y minúsculos de la materia llamados átomos

*Empédocles -> Portuló la exitencia de cuatro elementos fundamentales:Fuego Agua Tierra Aire más sus cualidades "calor" "frío" y por último "sequedad". Estos elementos al combinarse compondrían las sustancias del planeta.

*Aristóteles -> propuso un quinto elemento "Eter".
De estos elementos de desprendieron las descripciones de cuatro de los cinco estados de la materia
-Líquido (agua)
-Gas(aire)
-Sólido(tierra)
-Plasma(fuego)

Hace poco se obtuvo e "condensado de Bose-Einstein", el quinto estado.

*Robert Boyle-> Definió esas numerosas sustancias como "elemento"
*John Dalton -> postuló la teoría atómica donde los átomos era la cantidad mínima de la materia y junto con Avogadro generaron el concepto de molécula ( agrupación de distintos átomos) En la búsqueda de los alquimista de producir oro, descubrieron numerosas sustancias, debido a la imparable ansias de conocimiento del hombre. RECORDANDO Opinión Según todos los avances que llevamos hasta el día, podríamos decir que mucho no nos queda, sin saber cual es la meta. Sin embargo me pregunto, ¿existe alguna meta?, o es simplemente la ambición la diversión que trae para algunos el crear todas estas teorías y acercarse cada vez mas a la verdad. A mi parecer nunca dejaremos de descubrir subunidades ni aquellas que están por sobre nosotros. Es como si perteneciéramos a un solo conjunto, tal como pasa en los ecosistemas, que de uno salen varios tipos de organización.
A pesar de esto creo que el científico de existir ya que ayuda a ala mejor comprensión de lo que nos rodea y encuentro sorpréndete el hecho de que hubiesen habido personas que con nulas herramientas pudieron llevar a cabo las teorías y leyes junto con sus respectivas fórmulas. El hombre tiene sed, sed de conocimiento, insaciable.
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