¿Cuáles son las ramas de la física? Definiciones y clasificaciones

La física es la ciencia que estudia las propiedades de la energía y de la materia y las relaciones existentes entre ambas, siendo la materia la realidad espacial y perceptible a través de los sentidos y de la cual está hecha todo cuanto existe, y la energía la capacidad para realizar un trabajo.

La física como ciencia posee un ámbito de estudio muy amplio, ya que hablamos del estudio de todo cuanto existe en nuestra realidad. Así que hacer clasificaciones de las ramas de la física de forma precisa resulta muy complicado.

Pero en éste artículo te haremos una clasificación cronológica de esta ciencia y te explicaremos algunas de sus ramas principales. También te mostraremos otro tipo de clasificación asociado al objeto de estudio.

Cronológicamente hablando, la física está dividida en tres ramas: física clásica, que viene de eras anteriores a la antigua Grecia; física moderna, cuyo estudio se inicia a principios del siglo 20; y la física contemporánea, cuyo estudio inició a finales del siglo 20.

1. Física clásica

La rama de la física clásica que es aquella que estudia los fenómenos que tienen una velocidad pequeña si es comparada con la velocidad de la luz, y a su vez si las  escalas espaciales son superiores a la de las moléculas y los átomos

Como indicamos al inicio, la física es una ciencia muy amplia, por lo que la física clásica a su vez se subdivide en 5 diferentes ámbitos:

1.2. Mecánica clásica

Es la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de los objetos o cuerpos físicos en estado de reposo y en movimiento, a velocidades pequeñas usando como parámetro de comparación la velocidad de la luz (299 792 458 m/s).

1.3. Electromagnetismo

(Electricidad y magnetismo): es el estudio y unificación de los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sóla teoría. A través de sus planteamientos explica los fenómenos geo-magnéticos y electromagnéticos, describiendo cómo interaccionan las partículas cargadas de átomos.

1.4. Óptica

Es la parte de la física encargada de estudiar el comportamiento de la luz. Es una de las ramas más antiguas de la física, dado que los fenómenos de refracción y reflexión son conocidos desde la antigüedad.

1.5. Acústica

Consiste en el estudio del sonido como una onda mecánica propagada a través de la materia en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

A su vez, cada una de estas áreas de estudio se subdivide en áreas de estudio aún más específicas, como la termodinámica, que forma parte de la fìsica que estudia la mecánica, enfocada en el calor como fuente de movimiento.

2. La Física Moderna

La rama de la física moderna estudia los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o a velocidades cercanas a ésta, y cuyas escalas espaciales corresponden a la de los átomos. Es una ciencia relativamente joven cuyos comienzos se remontan a los inicios del siglo 20, cuando el alemán Mark Planck inicia su investigación sobre el “cuanto” (quantum) de energía.

La palabra “cuanto” proviene del latín “quantus”, que quiere decir cantidad, y denota en la física cuántica es el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico”, o la mínima variación de este al pasar de un estado discreto a otro.

En la física moderna hay dos ámbitos principales de estudio:

2.1. La mecánica cuántica

Es un área de la física moderna que se encarga del estudio de la naturaleza a una escala espacial muy pequeña, específicamente a una escala atómica y subatómica, explicando las propiedades de sus componentes: protones, electrones, neutrones y quarks, entre otros. El primer proponente de un principio propiamente cuántico se le atribuye a Mark Planck en el año 1.900, con el propósito de resolver el problema de la radiación de cuerpo negro, y que sería duramente cuestionado hasta que Albert Einstein lo convierte en un principio que exitosamente puede explicar ese efecto.

2.2 La teoría de la relatividad

Se encarga del estudio de la teoría de la relatividad postulada por el científico de origen alemán Albert Einstein, publicada en 1.905 en su versión “teoría de la relatividad especial”, y en 1.915-1.916 su “teoría general de la relatividad”. La primera teorìa surge de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales y de obtener todas las consecuencias del principio de relatividad de Galileo. La segunda teoría incluye la gravedad e incluye marcos referenciales acelerados.

3. La Física Contemporánea

La física contemporánea, cuyo enfoque “es el estudio de la complejidad de la naturaleza, de los fenómenos no-lineales, de los procesos fuera del equilibrio termodinámico, y de los fenómenos que ocurren a escalas mesoscópicas”, es la más nueva de las físicas. Sus inicios se ubican ya al final del siglo 20 y principios del siglo 21.

Dentro de la rama de la física contemporánea están los siguiente estudios:

3.1. Termodinámica

Estudia los sistemas de la naturaleza fuera del equilibrio termodinámico, siendo este equilibrio el que presenta un sistema que es incapaz de experimentar espontáneamente un cambio en su estado al estar sometido a las condiciones de su entorno. Entre los estudios incluídos en esta rama están:

3.2. Mecánica estadística

Es una rama de la física, que mediante la teoría de la probabilidad, es capaz de deducir el comportamiento de sistemas macroscópicos constituidos por una cantidad significativa de elementos equivalentes, a partir de ciertas hipótesis sobre estos elementos y sus interacciones mutuas.

3.3. Percolación

Trata del estudio del paso lento de fluidos a través de materiales porosos, como por ejemplo, el proceso de filtración o el movimiento de un solvente a través de un papel de filtro.

3.4. Dinámica no lineal

Es la ciencia que estudia el comportamiento altamente impredecible presente en la naturaleza, y que se puede constatar tanto en sencillos sistemas mecánicos como en las trayectorias de objetos estelares, en reacciones químicas, o en sistemas biológicos de depredadores y presas. La dinámica no lineal estudia:

3.5. La teoría del caos

El matemático y meteorólogo Edward Lorenz descubrió que un sencillo modelo para la predicción del tiempo presentaba el efecto mariposa, el cual establece que una pequeña variación en las condiciones iniciales de un sistema, puede variar ampliamente su evolución futura. A este comportamiento se le llamó “caos”. Esta teoría considera que todo cuanto existe está interconectado, y concebido como un todo.

3.6. Turbulencias

O flujo turbulento, es un régimen de flujo que posee baja difusión de momento, cambios espacio-temporales rápidos de presión y  velocidad, así como alta convección.

3.7. Fractales

Representan las infinitas retroalimentaciones, los sistemas dinámicos, la geometría de la naturaleza, y todo aquello que no puede ser medido en términos Euclidianos. Un fractal es una representación del infinito.

3.8. Sistemas complejos

Consisten en el estudio de sistemas compuestos por varias partes que están interconectadas o enlazadas y cuyos vínculos crean nueva información que no estuvo visible antes por el observador. Como resultado de estas interacciones surgen nuevas propiedades, las cuales no pueden ser explicadas partiendo de las propiedades de cada elemento de forma aislada. Este estudio comprende:

  • Sociofísica: se basa en el estudio de interacciones colectivas en sociedades, usando los métodos y conceptos de la física de sistemas complejos.
  • Econofísica: persigue entender y resolver problemas de economía basados en teorías y métodos desarrollados por físicos.
  • Criticalidad autoorganizada: describe las clases de sistemas dinámicos que, como atractor, usan puntos críticos en su evolución temporal.
  • Redes complejas: se refieren a redes que poseen ciertas propiedades topológicas y estadísticas no triviales y que no ocurren en redes simples.

4. Clasificación de la física por el objeto de estudio

Otra manera de agrupar las ramas de la física es a través del objeto de estudio. Usando esta aproximación encontramos lo siguiente:

4.1. Cosmología

Es una parte de la astronomía y que trata de las leyes generales  del origen y de la evolución del universo como una unidad.

4.2. Astrofísica

Es una rama de la física que estudia las propiedades físicas de los cuerpos celestes, tales como planetas, soles y galaxias, entre otros.

4.3. Geofísica

Es una parte de la geología que se enfoca en el estudio de la física terrestre.

4.4. Biofísica

Es la aplicación de los principios y métodos de la física en el estudio de los fenómenos biológicos.

4.5. Física atómica

Es el campo dentro de la física que se encarga del estudio y comportamiento de los átomos y todos sus componentes.

4.6. Física nuclear

El la ciencia dentro de la física que estudia las propiedades y comportamientos de los núcleos atómicos.

4.7. Fotónica

Es la ciencia de generar, controlar y detectar fotones. En particular, en el espectro visible y en el infrarrojo cercano.

La física representa la posibilidad de poder conocer y explicar nuestra realidad, y todo cuanto la compone. Y cada vez se abren más campos de estudio, porque a pesar de que pareciera que sabemos mucho, aún estamos en pañales en lo que respecta al conocimiento del todo.

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