Orígenes de la ciencia Física

Física. Descubridores. Físicos. Electrones. Relatividad. Einstein. Radioactividad. Conceptos físicos básicos

  • Enviado por: Cristian Escudero
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
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Introducción

La Física Moderna se inició en los últimos año del siglo XIX cuando, al analizar los fenómenos que hasta entonces eran desconocidos, los físicos pretendieron aplicar en su explicación las teorías de la Física Clásica, es decir, de la Mecánica y el Electromagnetismo.

En ese tiempo se pensaba que la Física de entonces podía explicar todo el universo físico. Pero los nuevos descubrimientos escaparon a la explicación de la Física Clásica ante la sorpresa de los físicos de la época.

Así se inició el periodo más espectacular de la historia de la Física, que culmino con el nacimiento de la Relatividad y la Mecánica Cuántica, en los primeros decenios del siglo XX.

Así la Física Clásica, un sistema se describe dando todas las posiciones y velocidades de las partículas y la Física Moderna es la era de los nuevos descubrimiento para ciencia en lo que va con el descubrimiento de los rayos X (gran aporte a la medicina), el Electron, la mecánica cuántica, el Efecto Fotoeléctrico, la radioactividad, la relatividad.

La física de hoy

Las aplicaciones de la física elaborada en este siglo han sido múltiples, inciden en diversos terrenos y, actualmente, se formulan predicciones que pueden dar lugar a aplicaciones insospechadas que en un futuro próximo alterarán nuestras formas de vida actuales. El problema de la energía podrá resolverse si los científicos son capaces de manejar el mecanismo energético de una estrella: la fusión nuclear. La superconductividad permitirá al hombre, entre otras cosas, la construcción de trenes de alta velocidad. En la búsqueda del origen del universo, los físicos tratan desesperadamente de unificar las cuatro fuerzas (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil) en una sola, ya que una es perfectamente conocida, la electromagnética, pero la gravitatoria es solo conocida a escala macroscopica.

La división de la física.

Desde los orígenes de la física como ciencia, esta queda dividida en una serie de ramas como el calor, la electricidad, el sonido, la luz, el magnetismo, ect., que se estudiaban por separado y sin relacionar unas con otras, por supuesto, intentar encontrar un nexo entre todos ellas. Tras los avances experimentados y con el conocimiento mas intimo de la materia, esta moda empezó a desaparecer a mediado de este siglo y hoy en día estas divisiones se considera artificiales. Así, la mecánica clásica tiene por objeto el estudio de las fuerzas y de sus efectos, principalmente el movimiento. Principios como la inercia, el de conservación de la cantidad de movimiento o de la energía mecánica, entre otros, han permitido al hombre a comprender mejor el movimiento. Los frutos de esto ahí están: desde los primero automóviles hemos pasado a las naves espaciales. Sin embargo, el conocimiento de lo infinitamente pequeño ha sido posible gracias a una nueva mecánica: la mecánica cuántica. Esta rama de la física nos ha hecho ver las diferencias entre el mundo macroscopico y el subatomico. A esos niveles no se puede predecir el comportamiento de una partícula, sino que hablamos de cual es su estado más probable. De este modo surge una nueva mecánica basada en la estadística, algo rechazado en su época por Eistein, autor, sin embargo, de una teoría que nos permite entender el comportamiento de un cuerpo que se mueve a una velocidad próxima a la luz: la teoría de la relatividad. Gracias a la termodinámica podemos comprender la relación entre el calor y trabajo, lo cual nos lleva a poder construir motores cada vez más eficientes, sin olvidar que también posee conceptos y leyes que podemos aplicar a procesos biológicos. El estudio de las ondas nos permite entender los fenómenos ópticos y los sonidos y, en ultimo caso, el comportamiento de una onda muy peculiar: la luz. Por ultimo, el electromagnetismo combina las leyes de la electricidad y el magnetismo.

Descubrimiento del electrón

A mediados del siglo XIX los experimentos de varios científica condujeron a la conclusión de que la electricidad existe en pequeña unidades, llamadas electrones.

Este experimento se lleva a cabo al descubrir una partícula, componente de los átomos, que entonces los físicos llamaron rayos catódicos, puesto a que simple vista se propagaban como una radiación. Luego a esta partícula la llamaron electrón.

En 1987, Joseph John Thompson, un científico ingles, descubrió que los electrones era partícula con carga negativa, y midió además la razón carga y masa del electrón.

Entre 1908-1917, un norteamericano, Robert Millakan, midió la carga de un solo electrón e hizo posible calcular su masa. Esta carga es la unidad de carga negativa (-1). El electrón y la carga del electrón puede representarse por el símbolo e. El flujo de una corriente eléctrica en un conductor es causada por él movimiento de los electrones libres del conductor.

La carga eléctrica de un electrón es iguala 4.8x10 ues (unidad electrostática estándar o absoluta) y se expresa en culombios: 1.60x10 culombios. Usandos los datos de Thompson y Millikan, fue posible calcular la masa real del electrón. Su masa es de solamente 1/1.837de la masa del átomo más liviano conocido, el átomo de hidrogeno: 9.11x10 g.

El efecto fotoeléctrico.

La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:

  • Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.

  • La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética.

El objetivo de la práctica simulada es la determinación de la energía de arranque de los electrones de un metal, y el valor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de un conjunto de lámparas que emiten luz de distintas frecuencias y placas de distintos metales que van a ser iluminadas por la luz emitida por esas lámparas especiales.

En la vida diaria el efecto fotoelectrico se aplica en las calculadoras solar (redes fotovoltaicas.)

Basándose en la teoría de Planck, Albert Einstein elaboró en 1905 un nuevo modelo según el cual la luz es simplemente una corriente de pequeños cuantos de energía luminosa que Einstein denomino frotones.

Los frotones que compone la luz no son siempre iguale. En efecto, una de su característica es la frecuencia. Esta frecuencia no es igual para todos los tipos de luz. La luz roja, por ejemplo, tiene una frecuencia distinta de la luz verde.

Mecánica Cuántica.

Esta teoría, desarrollada a partir del principio cuántico de Planck y del principio de incertidumbre de Heisenberg le aporta a la teoría administrativa dos ideas fundamentales. El principio cuántico de Planck nos señala que la luz o cualquier otra onda clásica puede ser emitida o absorbida solamente en cuantos discretos, cuya energía es proporcional a la frecuencia.

Heinsenberg por su parte nos señala en su principio de incertidumbre que nunca podemos estar totalmente seguros acerca de la posición y velocidad de una partícula ya que cuanto más exactitud tenemos sobre una de ellas, menos precisión alcanzamos para conocer la otra.

Analicemos por unos instantes ambos principios e intentemos extrapolar la esencia de sus contenidos a la teoría organizacional.

Del principio cuántico de Planck podemos inferir que ante todo cambio en el entorno la organización debe "absorber" tal variación con un cambio interno proporcional al grado ( frecuencia ) de dicho cambio. Corresponde a la puesta en marcha de los mecanismos homeostáticos que nos señalara la teoría de sistemas. Pero a su vez, la organización también "emite ondas", vale decir cultura y valores, bienes, servicios, información, recursos humanos calificados, etc, que de alguna manera también son "absorbidas" por el entorno provocando en él a su vez un cambio homeostático regulador que le permite continuar siendo un sistema abierto viable en el tiempo.

El principio de incertidumbre de Heisenberg a su vez tiene directa relación con los mecanismos de control que se intentan imponer en la organización a las personas. En una organización inteligente nunca podremos estar totalmente seguros acerca del "cargo" y "función" de cada miembro de la misma. En efecto, una de las principales megatendecias organizacionales de fin de siglo dice relación con la búsqueda de "generalistas" que desempeñen varios cargos y funciones que traspasen tanto horizontal como verticalmente todos los ámbitos de la organización, agregando valor en cada uno de ellos por cierto. De forma que mientras más nos esforcemos por encasillar a las personas en cargos y cubículos determinados menos posibilidad tendremos de conocer de una manera más integrada ( holística ) a la organización

La relatividad general.

En 1915, Einstein formuló su teoría de la relatividad general. Su principio establece que las leyes de la física son invariables cuando se pasa de un sistema de referencia a otro que este dotado de un movimiento cualquiera en relación al primero, con tal de que en este ultimo se introduzca un campo de fuerza convenientemente distribuido. Desde ese momento, la gravedad no es una fuerza como las otras, sino la consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo por la distribución de las masas y de la energía que contiene. Por su parte, la luz y los astros describen trayectorias rectilíneas en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones curvado por las masas celestes, aunque estos últimos parezcan moverse según órbitas curvilíneas en nuestro espacio de tres dimensiones. El campo gravitatorio de algunos objetos celestes es tan intenso que impide que cualquier objeto u onda escape. Estas regiones del espacio-tiempo reciben el nombre de agujeros negros. Una onda luminosa que se eleva en un campo gravitatorio sufre una disminución de su frecuencia: el intervalo de tiempo entre sus crestas aumenta. De este modo, cuanto más nos aproximamos a un objeto macizo, mas despacio pasa el tiempo.

Radiactividad.

El 2 de marzo de1896, Henri Becquerel (1852-1908) descubrió una radiación desconocida, emitida por una sal de uranio. Esta sal había ennegrecido una placa fotográfica a pesar de que esta se hallaba protegida por papel negro. Dos años después, Pierre y Marie Curie (1859-1906 y 1868-1934) comprobaron la existencia de varios cuerpos desconocidos: el polonio y, especialmente, el radio. En el año 1912, Ernest Rutherford (1871-1937) demostró por su parte que el responsable de la radioactividad era el núcleo del átomo. Pero ¿ que es la radioactividad? podemos definirla como la desintegración espontanea de un núcleo atómico inestable. Al experimentar con radiaciones, un alumno de Rutherford, James Chadwick (1891-1974) descubrió en 1932 una nueva partícula: el neutrón.

La radioactividad tiene numero considerable de aplicaciones en ciencia y tecnología. Gracia a los radioisotopo es posible “observa” el interior del cuerpo humano. Un radioisotopo es un elemento radioactivo cuyo recorrido y fijación en alguna en alguna zona de nuestro cuerpo es posible seguir gracias a la radiaciones que emiten. En biología se emplea para estudio de metabolismo y en medicina se emplea para el tratamiento de tumores cancerosos. En lo aparato de media están basados en alguno de los efectos que producen: ionización de gases, ennegrecimiento de placas fotográficas.

Los Rayos X.

En el efecto fotoeléctrico los fotones pueden transferir energía a los electrones para que estos escapen de la superficie de un metal.¿Es posible el proceso inverso? Es decir, se puede transformar toda, o parte de la energía cinética de un electrón en un fotón?.

En 1895 Wilhelm Röntgen observó que una radiación altamente penetrante de naturaleza desconocida se producía cuando electrones rápidos inciden sobre la materia. Estos rayos X tenían a propiedad de propagarse en línea recta, aun a través de un campo eléctrico magnético, atravesar fácilmente materias opacas y de impresionar placas fotográficas. Cuanto más rápido es el electrón inicial, más penetrantes son los rayos X, y cuanto mayor es el número de electrones, mayor es la intensidad.

  • Los rayos X son ondas electromagnéticas.

  • A la radiación que se produce en el proceso de frenado de los electrones se le llama radiación de bremsstrahlung.

Las longitudes de onda características de los rayos X son del orden de veces la longitud de onda de la luz visible, y por tanto sus fotones son veces mas energéticos.

El uso de los rayos X como medio auxiliar para el diagnóstico médico abarcó pronto el mundo entero. Entre las primeras y más obvias aplicaciones estaban las de localizar desde las balas en la pierna de un soldado hasta objetos ingeridos por niños. Posteriormente, a medida que la naturaleza de los rayos X se conoció y se comprendió mejor, fue posible fotografiar con ellos los tumores que no podían localizarse mediante ningún otro medio, así como con su ayuda llevar un registro del metabolismo del cuerpo humano y utilizarlos en infinidad de otras formas como un nuevo instrumento médico.

Conclusión.

En este trabajo se pudo mostrar la diferencia entre la Física Clásica y la Física Moderna, la cual esta ultima tuvo una gran importancia durante en el siglo XX, ya que hubieron seis descubrimiento esencial, en el que se destaco el rayo x; que tuvo una gran aplicación para la medicina. También el fotoeléctrico, la que se aplico en las calculadoras.

Se pudo ver la explicación de cada uno de los descubrimientos, por lo tanto el trabajo cumplió con las exigencias.

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