1 La Ciencia de la Física



INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA

 La Ciencia sin Religión es coja, la Religión sin Ciencia es ciega
Albert Einstein (Ulm 1879 – Princeton N.J. 1955)

Objetivo: Dar a conocer la definición y clasificación de la Física.

Prolegómenos: El Universo esta compuesto principalmente de materia y energía.

La materia está constituida por las moléculas y los átomos.

Dentro de los átomos tenemos el núcleo y en su exterior las diversas capas de electrones: e-

Dentro del núcleo tenemos a los protones (p+)  y los neutrones (n°).

Los protones y neutrones poseen estructura interna, están compuestos por grupos de Quarks.

La energía en el universo está presente en cuatro tipos de campos de fuerza:

1)      Fuerza electromagnética: responsable de la atracciòn y repulsiòn de cargas elèctyricas y de imanes)

2)       Fuerza nuclear fuerte: responsable de la estabilidad del núcleo ( es también aquella que se libera en las reacciones nucleares de fisión – bomba atómica-.

3)      Fuerza nuclear débil: responsable de la desintegración radiactiva.

4)      Fuerza de gravedad: responsable de estar parados en el planeta Tierra.

Definición de Física: Fìsica es la Ciencia que estudia la interacciòn entre materia y energía.

También diremos que la Física es una Ciencia Natural y Exacta a la vez.

Es Natural porque estudia la naturaleza en su conjunto (es decir  todo lo que está dentro del Universo) y es Exacta porque usa la matemática como lenguaje.

La Física está presente en todos los fenómenos que suceden a diario, está muy relacionada con la Química (existe la Fisicoquímica),  la Geología (existe la Geofísica),  con la Biología (existe la Biofísica), con la Astronomía (existe la Astrofísica.

Un poco de historia: El hombre desde épocas remotas se preguntó sobre el porqué de los fenómenos naturales como las estaciones del año, la erupción de los volcanes, la naturaleza de los rayos, etc.

Los griegos fueron la primera cultura que haciendo uso de la lógica dieron una explicación a los fenómenos naturales. Durante casi 2000 años la Física estuvo dominada por el pensamiento Aristotélico, quien sostenía que la materia es continua y compacta y que la naturaleza no acepta ningún vacío.

No obstante, existía otra teoría iniciada por Demócrito, que consideraba la materia constituida por átomos indivisibles que se mueven en un vacío. Esta doctrina luego fue retomada en el siglo XVII para explicar ciertas transformaciones químicas.

Torricelli, al descubrir que el mercurio en un barómetro puede dejar un vacío en la parte superior del tubo, Guericke en los experimentos con bombas neumáticas y descartes, quien basaba la Física en la experimentación, dieron por tierra con las afirmaciones de Aristóteles.

La Física Experimental nace con Galileo Galilei, la teoría Heliocéntrica de Copérnico, los trabajos de Brahe y Kepler son sintetizados en forma maravillosa con los trabajos de Isaac Newton, el creador de la Física tal como la conocemos hoy en día.

En el siglo XIX, Faraday y Maxwell mostraron que las fuerzas electrostáticas y magnéticas son dos formas de una misma fuerza: la fuerza electromagnética. Hertz produjo ondas electromagnéticas y quedó demostrado que la luz es también un movimiento de ondas de la misma clase. Aproximadamente al mismo tiempo se obtuvieron pruebas de la existencia del electrón.

A principios del siglo XX se descubrió la radiactividad y se estableció la estructura del átomo. Planck postuló que la luz se emite en forma de “paquetes de luz” a los que les llamó quantos, allí nace la Física Cuántica.

El estudio del átomo nos llevó a conocer un sin número de partículas elementales, a postular la existencia de Quarks y a estudiar cómo fue el Universo en su origen y más allá.

Ramas de la Física: La Física la dividimos según el objeto de estudio, así:

Mecánica (estudio del movimiento), Termodinámica (estudio del calor), Acústica (estudio de las vibraciones y ondas), Óptica (estudio de la luz), Electromagnetismo (estudio de las cargas e imanes), Física Nuclear (estudio del núcleo atómico), Mecánica cuántica (estudio de las partículas elementales), Astrofísica (estudio del universo), ...


Guía Nº 1: Establecer los rangos de las siguientes magnitudes

Mass of the sun
Mass of Ceres
Mass of the average dairy cow (Holstein)
Diameter of a proton
Distance to the nearest Star (other than our Sun)
Height of Olympus Mons
Amount of time it takes light to travel 1 m
Period of an ultrasonic pulse
Orbital period of Haley’s Comet

Average human lifetime
Period of a SONAR pulse
Planck time
Average diameter of Pluto’s orbit
Height of the Eiffel Tower
Wingspan of a mosquito
Mass of the earth
Mass of the universe
Mass of the space shuttle Atlantis as it sat on the launch pad
Mass of an Electron Neutrino
Mass of Ceres

Age of the universe
Half-life of Uranium-238
Length of time for a typical blink of an eye
Average distance from the Earth to its moon
Mass of the average dairy cow (Holstein)
Mass of the largest of the Great Pyramids in Egypt
Radius of the Milky Way galaxy
Wingspan of a mosquito
Mass of a baby giraffe at birth
Mass of an ant
Mass of a Tyrannosaurus Rex

Age of the Earth
Half-life of Carbon-14
Reaction time (human, average)
1 astronomical unit
Radius of the known (observable) universe
Width of a DNA helix
Mass of an electron
Mass of a gallon of water
Mass of a blue whale
Mass of an Olympic man’s shotput
Mass of one Hemoglobin A molecule in blood

1 year
Lifetime of a muon
Time required for light to travel between the Sun and Pluto
Diameter of the Earth
Average Wavelength of microwave radiation
Wavelength of an FM radio wave
Mass of a proton
Mass of one caffeine molecule
Mass of Betelgeuse (the star)
Mass of a school bus
Mass of a mosquito

1 day
Time it takes for the International Space Station to orbit the Earth once
Diameter of a hydrogen atom
Distance to the nearest galaxy
Wavelength of a gamma ray
Diameter of a carbon nanotube
Mass of a jumbo paper clip
Mass of a Venti mocha frappucino
Mass of the largest of the Great Pyramids in Egypt
Mass of the International Space Station
Mass of a baseball

Age of the species Homo Sapien
Lifetime of a muon
Half-life of Carbon-14
Time required for light to travel between the sun and Earth
1 light year
Height of Mt. Everest
Mass of an average American adult male
Mass of the Milky Way Galaxy
Mass of an adult male elephant
Mass of a fully loaded Boeing-777
Mass of an average flu virus


Guía Nº 2: Transformaciones de unidades


  1. Una persona “pestañea” aproximadamente 10 veces por minuto, mientras está despierta (aproximadamente 18 horas al día). A los 15 años de edad, ¿cuántas veces habrá pestañado?
 
  1. El corazón de una persona late aproximadamente 70 veces por minuto, mientras está en actividades normales. A los 16 años de edad, ¿cuántas veces habrá latido el corazón?
 
  1. La velocidad de la luz (exacta) es de 2,99792458 x 108 [m/s]. ¿A cuánto equivale esta velocidad en kilómetros por hora?

  1. La distancia de el Sol hasta Alfa Centauri (la estrella más cercana a nosotros) es aproximadamente 4 años luz. Con los datos del problema anterior podría indicar a cuántos kilómetros equivales un año luz?
 
  1. El Pársec es una medida de distancia astronómica que equivale a 3,26 años luz. ¿A cuántos kilómetros equivale un Pársec?
 
  1. Transformar:

a)      15 [m/s] a [km/h]


b)      70 [km/h] a [m/s]



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