Introducción a la Física

Ciencia. Astronomía. Dinámica. Newton. Galileo Galilei. Método experimental. Fuerza centrípeta y centrífuga. Teoría de la Relatividad General

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Aportaciones de Isaac newton para la FÍSICA

Newton, Isaac (1643-1727)

Nació el 4 de enero de 1643 en Woolsthorpe, Lincolnshire. A la edad de los tres años su madre enviudó y se volvió a casar dejándolo al cuidado de su abuela. Cuando volvió a enviudar su madre lo envió al Colegio de Trintty College durante el verano de 1661.

        En 1665 recibió el título de Bachiller y en 1668 el título de profesor. Durante toda su vida se dedicó a la investigación.

Las principales aportaciones de Newton fueron:

En Matemáticas:

        Generalizó los métodos de las líneas tangentes para calcular el área encerrada bajo una curva a lo que llamó método de las fluxiones, comprobando que los dos procedimientos eran operaciones opuestas.

        En 1666 desarrolló lo que hoy se conoce como el cálculo, método que sobrepasó el método de la geometría griega.

en Física:

        Explica que la luz del Sol es una mezcla heterogénea de rayos diferentes y cada uno de ellos es de color distinto. Al separarlos a través de las refracciones y reflexiones obtenemos los colores que conocemos.

        Esto lo comprobó a través de un prisma que partió el rayo de la luz solar en diferentes rayos dando como resultado colores independientes.

Leyes o principios de Newton:

        Estableció las tres leyes del movimiento y dedujo la ley de la gravitación universal. Estas leyes las publicó en su libro Principios matemáticos de la filosofía natural (1687). Después de publicado el físico Robert Hooke dijo públicamente que Newton le había robado las ideas que tenían pensadas para su libro. La mayoría de los historiadores no aceptan estos cargos en contra de Newton.

Aportaciones de Galileo galilei para la FÍSICA

Galileo puede ser considerado como el fundador de la ciencia moderna y merecedor del título de padre de la física matemática. El fue quien inició la rebelión de la inteligencia humana contra la aceptación crítica de la autoridad de Aristóteles, y trazó las líneas de un método en el que la experimentación y el raciocinio constituían los dos pilares fundamentales e imprescindibles para la investigación científica

Demostró experimentalmente que la velocidad de caída de los cuerpos era independiente de su peso, de manera que dos cuerpos de igual forma y volumen pero distinto peso, dejados caer de la misma altura, tardaban el mismo tiempo en llegar al suelo.

  • Descubrió las leyes del movimiento del péndulo y las leyes del movimiento acelerado.

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  • Enunció el principio de la relatividad de movimientos que lleva su nombre.

  • Estableció las bases de la Mecánica, creando dos nuevas ciencias, conocidas actualmente como dinámica y la resistencia de materiales

  • Construyó el primer anteojo astronómico, capaz de ampliar un objeto quince veces, acoplando un objetivo cóncavo a un ocular convexo.

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  • Observó las montañas lunares y los cuatro satélites mayores de Júpiter.

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  • Observó numerosas estrellas de luminosidad débil, las fases de Venus, la estructura compuesta de Saturno y las manchas solares y publicó los resultados en "El mensajero sideral", una obra maestra.

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  • Repetidos los experimentos cien veces, Galileo estableció la ley de caída de los graves, según la cual, las distancias recorridas a partir del reposo equivalen al cuadrado del tiempo transcurrido. Los resultados experimentales le dieron, en realidad, la idea y Galileo supo atribuir a la resistencia del aire las diferencias encontradas respecto a la ley ideal, esto es, la ley de caída libre en el vacío.

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La mecánica

[El fenómeno más obvio y fundamental que observamos a nuestro alrededor es el de movimiento... Prácticamente todos los procesos imaginables pueden describirse como el movimiento de ciertos objetos... Nuestra experiencia diaria nos dice que el movimiento de un cuerpo es influenciado por los cuerpos que lo rodean; esto es por sus interacciones con ellos... Hay varias reglas generales o principios que se aplican a todas las clases de movimiento, no importa cual sea la naturaleza de las interacciones. Este conjunto de principios, y la teoría que los sustenta, se denomina mecánica.

Para analizar y predecir la naturaleza de los movimientos que resultan de las diferentes clases de interacciones, se han inventado algunos conceptos importantes, tales como los de momentum, fuerza y energía... La mecánica es la ciencia del movimiento, es también la ciencia del momentum, la fuerza y la energía. Es una de las áreas fundamentales de la física, y debe comprenderse completamente antes de iniciar una consideración de interacciones particulares...

Su importancia reside en que proporciona la aproximación más simple a los conceptos de interacción, fuerza, trabajo y energía, necesarios para la comprensión del principio de la conservación de la energía.

La mecánica es la rama de la física encargada de estudiar el movimiento, incluyendo el reposo que es un estado especial del movimiento, con una velocidad igual a cero.

Se divide en tres partes:

  • Estática: Estudia los cuerpos en estado de equilibrio, (en reposo).

  • Cinemática Estudia el movimiento de los cuerpos (en cuanto trayectoria y espacio) , al margen de las causas que la producen.

  • Dinámica. Encargada de estudiar las causas del movimiento, misma que explicó Isaac Newton mediante tres leyes que son:

  • 1a. Ley de Newton: Ley de la inercia, que afirma que "Todo cuerpo continúa su estado de reposo o de movimiento uniforme y rectilíneo, mientras no haya ninguna fuerza externa que lo modifique".

    Se podría ejemplificar el caso de un jinete que tiende a conservar el movimiento que tenía antes de que el animal se detenga; o bien, al observar a los pasajeros de un vehículo al arrancar éste repentinamente; en el caso del jinete, se observa cómo es impulsado hacia adelante, en el caso de los pasajeros, son impulsados hacia atrás ya que tienden a conservar su estado de movimiento, o de reposo.

    La inercia es afectada por la masa directamente, a mayor masa, mayor inercia.

    2a. Ley de Newton: Ley de las aceleraciones dice que: "La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo".

    Por ejemplo, la aceleración experimentada por un cuerpo de 50 kg que sufre un empujón de 50 newtons, será mayor que la experimentada por un cuerpo de 80 kg que sufre un empujón igual (50 newtons).

    Representación matemática de la 2a. Ley de Newton.

    Fórmula

    Variables

    Unidades

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    a = aceleración

    F = fuerza

    m = masa

    a = m/s²

    F = N

    m = kg

    Si se despeja la fuerza se obtienen sus unidades al multiplicar las unidades de masa (kg) por las de aceleración (m/s²) quedando que F = kg•m/s², equivalente a un newton (N).

    En algunas ocasiones la fuerza es expresada en kilogramos también.

    3a. Ley de Newton: La Ley de la acción y la reacción dice que: "Siempre que actúa una fuerza, se produce también una reacción igual en tamaño y cantidad, pero en sentido contrario".

    Por ejemplo, en un bote de remo la fuerza aplicada al remo se convierte en la acción, y la reacción es el avance del bote en sentido contrario al del movimiento del remo.

    METODO EXPERIMENTAL DE GALILEO

    El experimento es una práctica científica en el cual se provoca algún fenómeno para observar e interpretar su resultado y así comprobar el grado de validez de una hipótesis.

    Las condiciones en que se desarrolla un experimento deben estar planeadas y controladas. Cuando éstas cambian, el fenómeno debe controlarse con el fin de lograr una interpretación confiable de los resultados de las mediciones. La observación es parte del experimento que está sujeta a las condiciones controladas por el investigador.

       

      Mediante un experimento se puede:

    • Analizar cuáles son las variables (condiciones que cambian cuando se realizan experimentos).

    • Discriminar y controlar las variables por investigar.

    • Obtener datos precisos.

    • Interpretar de forma objetiva resultados.

         Los resultados, producto de la experimentación en el laboratorio, generan datos útiles en elaboraciones teóricas posteriores.

    FUERZA CENTRIPETA y fuerza centrifuga

    Para que un cuerpo se mueva, necesita fuerza y para que éste recorra una trayectoria circular, es necesario que actúe una fuerza que. produzca una aceleración dirigida hacia el centro por un agente externo que lo mantenga en la circunferencia y se mueva en esa dirección, a ese agente se le conoce como fuerza centrípeta -centrípeta quiere decir dirigida hacia el centro-, por ejemplo, cuando se ata una piedra a una cuerda, si se le hace girar, y en un momento determinado se suelta, ésta saldrá disparada. Para establecer un valor numérico de la fuerza centrípeta, se multiplica la masa del cuerpo por la velocidad elevada al cuadrado y se divide ese producto entre el radio de la circunferencia que describe la trayectoria.

    cuando se hace girar una cubeta con agua, parece que una fuerza mantiene el agua pegada al fondo, esta fuerza apunta hacia afuera y es llamada fuerza centrífuga; sin embargo, este efecto es causado por la inercia, que es la resistencia que opone un cuerpo a cambiar su velocidad, ya que en el movimiento circular, la velocidad cambia su dirección cada instante, de modo que la fuerza centrifuga es la oposición que presentan los cuerpos en el movimiento circular a cambiar su velocidad.

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    teoria de la RELATIVIDAD GENERAL

    La relatividad general fue formulada por Einstein en 1915. Hay cuatro principios de base que está fundada encendido:

  • Los marcos libremente que caen se mueven en geodesics (los marcos libres de la fuerza viajan la ruta más corta a través de spacetime)

  • Principio de la equivalencia (masa de inercia = masa gravitacional)

  • Principio de la covariación general (tensores del uso que son los objetos matemáticos que son invariantes bajo transformación)

  • Ecuaciones Del Campo De Einstein:Introducción a la Física
    (Curvatura De Spacetime = Contenido De la Materia)

  • El más importante de estos principios a nuestra discusión es (4). Indica que la dimensión de una variable, y de tal modo la ecuación métrica, del spacetime es determinada por el contenido de la materia del spacetime. Puesta simplemente, la materia comba el spacetime con su gravedad. Esto puede ser visualizada en qué se conoce como diagrama que embute (cuadro 1). En el diagrama las cuatro dimensiones del spacetime se reducen a una hoja de dos dimensiones. Si usted imagina esta hoja como siendo hecho del caucho y de tenso estirada entonces alguna masa, diga un mármol, colocado en la hoja la combará. Este efecto de combeo causará gravedad a la luz de la curva y del foco como una lente. Este efecto se ha observado durante eclipses solares. Cuando la fotosfera del sol es bloqueada por la luna, las estrellas del fondo son visibles. Las posiciones evidentes de las estrellas se cambian de puesto cerca del sol de sus posiciones cuando el sol no está en el campo. Ha habido muchas verificaciones experimentales de la relatividad general concluido los últimos 70 años y la teoría ahora se valida generalmente. Esto es muy prometedor para nosotros las hojas de ruta (traveler) de aspiración del tiempo pues no sólo la relatividad general de la voluntad permite que visitemos el futuro sino que podemos también poder viajar al pasado.

    Cuadro 1: Un diagrama que embute de la curvatura del spacetime sobre una masa

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