Cuáles son las ramas de la física clásica y moderna. GUÍA COMPLETA

La palabra física proviene del latín “physica” cuyo significado es “natural, relativo a la naturaleza”. La física es una de las ciencias naturales que estudia las propiedades y comportamientos de la energía, la materia, el tiempo, el espacio y las interacciones de ellos entre sí.

Tal vez la física sea la más antigua de las ciencias. En el pasado formó parte de otras ciencias como la filosofía, la química, la biología y ciertas ramas de las matemáticas, pero en el siglo XVII, con la revolución científica, se convirtió en una ciencia por derecho propio.

El objetivo de la física es la comprensión del mundo físico y vivo para poder actuar sobre él. Esta ciencia ayuda conocer, teorizar, experimentar y evaluar actos dentro de diferentes sistemas, aclarando las causas y efectos de muchos fenómenos.

La física es tanto una ciencia teórica como experimental. Persigue que cada una de sus conclusiones se pueda verificar a través de experimentos, a la vez que permite hacer predicciones de futuros experimentos basados en observaciones previas.

El rápido avance de la ciencia en los últimos años ha sido posible debido descubrimiento en inventos en el campo de la física. Las tecnologías que sustenta a nuestra sociedad alrededor del planeta están relacionadas a la física. Como ejemplos podemos citar el vehículo automotor, cuyos principios surgen de la mecánica, que es una rama de la física; el refrigerador en una invención derivada de la termodinámica, que es otra de las rama de la física.

¿Para qué nos sirve la física en nuestra cotidianidad?

Tal vez no lo hayas notado, pero hay física en muchas de las cosas que utilizas a diario…

  • Los equipos electrónicos, que usan la electricidad para funcionar.
  • Los medios de transporte, que usan principios mecánicos para generar movimiento.
  • Los equipos de comunicación, que usan principios electromagnéticos para transportar voz y datos

La electricidad, la mecánica y el magnetismo son tres de las principales ramas de la física. Pero hay otras que vamos a explicar a continuación, utilizando como referencia las ramas de la física clásica y moderna.

Las ramas de la física clásica y moderna son dos divisiones que de esta ciencia se hace en función a su fecha de aparición en la historia. Y sobre ello comentaremos a continuación.

1. Ramas de la física clásica

La física clásica es la física antigua, que ha venido evolucionando en el tiempo, y que es anterior a la física moderna. Se trata del estudio de todas las teorías previas a cambios de paradigmas mayores (incluídos en la física moderna) o a nuevas teorías basadas en antiguos paradigmas.

física clásica

1.1. Mecánica clásica

Es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas y su evolución en el tiempo. Describe el movimiento de cuerpos macroscópicos, desde proyectiles hasta objetos astronómicos tales como naves espaciales, planetas, estrellas y galaxias.

Si se conoce el estado actual de un objeto, a través de las leyes de la mecánica se puede predecir cómo ese objeto se moverá en el futuro (determinismo) y cómo se ha movido en el pasado (reversibilidad).

El desarrollo más temprano de ésta rama de la física con frecuencia se nombra como mecánica newtoniana, también conocida como mecánica vectorial, y consiste en conceptos y métodos matemáticos descubiertos por Isaac Newton, Gottfried Wilhelm Leibniz y otros físicos en el siglo 17, para describir el movimiento de los cuerpos bajo la influencia de un sistema de fuerzas. Posteriormente se desarrollaron métodos más abstractos que llevaron a la reformulación de la mecánica clásica conocida como mecánica lagrangiana y mecánica hamiltoniana.

La mecánica clásica provee resultados extremadamente precisos cuando se estudian objetos grandes en reposo o en movimiento con velocidades inferiores a la velocidad de la luz.

1.2. Termodinámica

Termodinámica es la rama de la física clásica que estudia el calor y la temperatura y su relación con la energía y el trabajo. El comportamiento de los sistemas se rige por las cuatro leyes de la termodinámica:

  • Principio cero de la termodinámica: “existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado”. Lo que quiere decir que dos objetos con temperaturas diferentes puestos en contacto, por intercambio de energía equilibraran sus temperaturas.
  • Primer principio de termodinámica: “se le conoce como principio de conservación de energía, y establece que la energía puede ser transformada (intercambiada de un objeto a otro), pero que no puede ser creada ni destruida.
  • Segundo principio de termodinámica: establece que los procesos termodinámicos tienen una dirección en la que deben llevarse a cabo, y que por tanto, no es posible que que ocurran en la dirección opuesta.
  • Tercer principio de termodinámica: su postulado afirma que “es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos”. La mayor parte de la termodinámica no requiere el uso de este principio.

1.3. Óptica

La física óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento, la propagación y las propiedades fundamentales de la luz y su interacción con la materia, así como la construcción de aparatos que la detectan o se sirven de ella. Describe el comportamiento de la luz visible, de la radiación ultravioleta y de la radiación infrarroja.

La óptica práctica utiliza modelos simplificados, como la óptica geométrica, que sería el más común, y que hace un tratamiento de la luz como un conjunto de rayos que viajan en línea recta y que se desvían cuando atraviesan o se reflejan en una superficie. También está la óptica física, que siendo un modelo más completo, incluye efectos ondulatorios como la interferencia y la difracción, que están excluidas del modelo de óptica geométrica.

1.4. Acústica

La acústica es una de las ramas de la física clásica que estudia el sonido, el infrasonido y el ultrasonido (ondas mecánicas) que se propagan a través de la materia (Sólida, líquida y gaseosa) a través del uso de modelos físicos y matemáticos.

El sonido es una vibración que se propaga a través de la materia, generalmente el aire, a una velocidad de 343 m/s en condiciones normales de presión (1 atmósfera) y temperatura (20 grados C).

La física acústica tiene a su vez especialidades como la aeroacústica (generación de sonido a través del movimiento del aire o la bioacústica (audición y producción de sonidos animales).

1.5. Electromagnetismo

Es la rama de la física clásica que estudia de forma conjunta los fenómenos eléctricos y magnéticos y los fusiona en una sola. Los fundamentos los presentó Michael Faraday, pero cuya formulación en ecuaciones hizo por primera vez James Clerk Maxwell. A estas ecuaciones se les conoce como ecuaciones de Maxwell.

Las ecuaciones de Maxwell son cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, las cuales relacionan el campo eléctrico, el campo magnético, y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarizaciones eléctrica y magnética).

El electromagnetismo es una teoría basada en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo, aplicable a fenómenos físicos macroscópicos (gran cantidad de partículas y grandes dimensiones en relación a las partículas). Los fenómenos microscópicos se explican a través de la física cuántica.

Se considera al electromagnetismo como una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, siendo las otras tres la fuerza gravitatoria, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.

2. Ramas de la física moderna

La física moderna se refiere a concepciones post-newtonianas de la física. Se inicia a principios del siglo XX con el estudio del “cuanto” de energía, por el científico alemán Max Planck. Esta rama de la física estudia los fenómenos que alcanzan la velocidad de la luz o la exceden.

física moderna

A continuación, una breve reseña de cada una de éstas ramas de la física.

2.1. Atómica

La física atómica es la rama de la física moderna que estudia los átomos como un sistema aislado de electrones alrededor de un núcleo atómico. Se enfoca en el arreglo de los electrones alrededor del núcleo y los procesos por los cuales éstos arreglos cambian.

Esta rama de la física suele confundirse con la física nuclear, pero desde la perspectiva científica son dos ciencias distintas, ya que la física atómica considera en su estudio al núcleo con sus electrones, mientras que la física nuclear considera sólo el núcleo atómico.

2.2. Molecular

La física molecular estudia las propiedades físicas de las moléculas, los lazos químicos entre los átomos, así como la dinámica molecular.

Sus técnicas experimentales más importantes son los diversos tipos de espectroscopía, así como la dispersión, que también se usa. El campo está estrechamente relacionado con la física atómica y se superpone en gran medida con la química teórica, la química física y la física química.

2.3. Nuclear

La física nuclear es la rama de la física que estudia los núcleos atómicos de forma individual, sus componentes e interacciones, sin incluir los electrones.

Como resultado del estudio de esta ciencia emerge el uso de la fuerza nuclear, medicina nuclear,las imágenes de resonancia magnética y las armas nucleares entre otras aplicaciones.

La física de las partículas evolucionó a partir de la física nuclear, y los dos campos están estrechamente relacionados en el campo de la enseñanza.

2.4. Mecánica cuántica

Esta rama de la física moderna describe un nuevo tipo de mecánica, la cual puede explicar fenómenos a nivel subatómico, donde la mecánica clásica falla.

Desde la descripción exacta del espectro de hidrógeno, pasando por la predicción del efecto fotoeléctrico,hasta la descripción de la estructura de las moléculas, esta ciencia, que se basa en el cálculo de funciones de onda que proporcionan las probabilidades de las partículas, es una de las teorías más enigmáticas de la física.

La mecánica cuántica se basa en el principio de incertidumbre, el cual establece que “mientras más precisa sea la posición de alguna partícula determinada, menos preciso podrá ser conocido el momento y viceversa”. Es decir, se puede conocer la ubicación o el tiempo, pero no ambas a la vez.

Sus inicios se ubican a principios del siglo XX, como respuesta a problemas que las teorías conocidas hasta ese momento no podían explicar.

La mecánica cuántica ofrece el fundamento para el estudio de los fenómenos del átomo, su núcleo, y de las partículas elementales.

Categorías Ramas

1 comentario en “Cuáles son las ramas de la física clásica y moderna. GUÍA COMPLETA”

Deja un comentario