física

física , ciencia que se ocupa de la estructura de la materia y las interacciones entre los elementos fundamentales constituyentes de lo observable universo . En el sentido más amplio, la física (del griego Physikos ) se ocupa de todos los aspectos de la naturaleza, tanto a nivel macroscópico como submicroscópico. Su ámbito de estudio engloba no solo el comportamiento de los objetos bajo la acción de fuerzas determinadas, sino también la naturaleza y el origen de los campos de fuerza gravitacionales, electromagnéticos y nucleares. Su objetivo último es la formulación de algunas exhaustivo principios que reúnen y explican todos estos disparate fenómenos.

Modelo de Bernoulli de presión de gas

Modelo de presión de gas de Bernoulli Concebido por Daniel Bernoulli en Hidrodinámica (1738), los gases constan de numerosas partículas en rápido movimiento aleatorio. Supuso que la presión de un gas se produce por el impacto directo de las partículas en las paredes del recipiente. Encyclopædia Britannica, Inc .; basado en Daniel Bernoulli, Hidrodinámica (1738)



Preguntas principales

¿Qué es la física?

La física es la rama de la ciencia que se ocupa de la estructura de importar y cómo interactúan los componentes fundamentales del universo. Estudia objetos que van desde los más pequeños utilizando la mecánica cuántica hasta todo el universo utilizando la relatividad general.



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¿Por qué la física funciona en unidades SI?

Los físicos y otros científicos utilizan el Sistema Internacional de Unidades (SI) en su trabajo porque desean utilizar un sistema acordado por científicos de todo el mundo. Desde 2019, las unidades SI se han definido en términos de constantes físicas fundamentales, lo que significa que los científicos en cualquier lugar que utilicen el SI pueden ponerse de acuerdo sobre las unidades que utilizan para medir los fenómenos físicos.

La física es lo básico ciencia física . Hasta tiempos bastante recientes física y filosofía natural se utilizaron indistintamente para la ciencia cuyo objetivo es el descubrimiento y la formulación de las leyes fundamentales de la naturaleza. A medida que las ciencias modernas se desarrollaron y se especializaron cada vez más, la física llegó a denotar esa parte de la ciencia física no incluida en la astronomía, química , geología e ingeniería. Sin embargo, la física juega un papel importante en todas las ciencias naturales, y todos esos campos tienen ramas en las que las leyes físicas y las medidas reciben un énfasis especial, con nombres como astrofísica, geofísica, biofísica e incluso psicofísica. La física puede, en el fondo, definirse como la ciencia de importar , movimiento y energía. Sus leyes se expresan típicamente con economía y precisión en el lenguaje de las matemáticas.



Ambos experimentan, la observación de fenómenos en condiciones controladas con la mayor precisión posible, y la teoría, la formulación de una estructura unificada. conceptual marco, desempeñan papeles esenciales y complementarios en el avance de la física. Los experimentos físicos dan como resultado mediciones, que se comparan con el resultado predicho por la teoría. Se dice que una teoría que predice de forma fiable los resultados de los experimentos a los que es aplicable incorpora una ley de la física. Sin embargo, una ley siempre está sujeta a modificación, reemplazo o restricción a un dominio más limitado, si un experimento posterior lo hace necesario.

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El objetivo último de la física es encontrar un conjunto unificado de leyes que gobiernan la materia, el movimiento y la energía a distancias subatómicas pequeñas (microscópicas), a la escala humana (macroscópica) de la vida cotidiana y a las distancias más grandes (por ejemplo, las de la escala extragaláctica). Este ambicioso objetivo se ha cumplido en gran medida. Aunque aún no se ha logrado una teoría completamente unificada de los fenómenos físicos (y posiblemente nunca lo será), un conjunto notablemente pequeño de leyes físicas fundamentales parece ser capaz de explicar todos los fenómenos conocidos. El cuerpo de la física desarrollado aproximadamente hasta principios del siglo XX, conocido como física clásica, puede explicar en gran medida los movimientos de los objetos macroscópicos que se mueven lentamente con respecto a la velocidad de la luz y fenómenos tales como calor , sonar , electricidad, magnetismo y luz. Los desarrollos modernos de la relatividad y la mecánica cuántica modifican estas leyes en la medida en que se aplican a velocidades más altas, objetos muy masivos y a los diminutos constituyentes elementales de la materia, como electrones, protones y neutrones .

El alcance de la física

Las ramas o campos organizados tradicionalmente de la física clásica y moderna son delineado debajo.



Mecánica

Generalmente se entiende por mecánica el estudio del movimiento de los objetos (o su falta de movimiento) bajo la acción de fuerzas dadas. La mecánica clásica a veces se considera una rama de las matemáticas aplicadas. Consiste en la cinemática, la descripción del movimiento y la dinámica, el estudio de la acción de las fuerzas para producir movimiento o equilibrio estático (el último constituyendo la ciencia de la estática). Los sujetos del siglo XX de cuántico mecánica, crucial para tratar la estructura de la materia, partículas subatómicas, superfluidez, superconductividad, estrellas de neutrones y otros fenómenos importantes, y la mecánica relativista, importante cuando las velocidades se acercan a la de la luz, son formas de mecánica que se analizarán más adelante en esta sección.

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ilustración de Robert Hooke

Ilustración de la ley de elasticidad de los materiales de Robert Hooke Ilustración de la ley de elasticidad de los materiales de Hooke, que muestra el estiramiento de un resorte en proporción a la fuerza aplicada, de Robert Hooke Conferencias sobre el poder Restitutiva (1678). Photos.com/Jupiterimages

En la mecánica clásica, las leyes se formulan inicialmente para partículas puntuales en las que las dimensiones, formas y otras intrínseco las propiedades de los cuerpos se ignoran. Así, en la primera aproximación, incluso los objetos tan grandes como la Tierra y el Sol se tratan como si fueran puntos, por ejemplo, al calcular el movimiento orbital planetario. En cuerpo rígido dinámica , la extensión de los cuerpos y sus distribuciones de masa también se consideran, pero se imagina que son incapaces de deformarse. La mecánica de los sólidos deformables es elasticidad ; la hidrostática y la hidrodinámica tratan, respectivamente, los fluidos en reposo y en movimiento.



El tres leyes del movimiento establecidos por Isaac Newton forman la base de la mecánica clásica, junto con el reconocimiento de que las fuerzas son cantidades dirigidas (vectores) y se combinan en consecuencia. La primera ley, también llamada ley de inercia, establece que, a menos que actúe sobre él una fuerza externa, un objeto en reposo permanece en reposo, o si está en movimiento, continúa moviéndose en línea recta con velocidad constante. Por lo tanto, el movimiento uniforme no requiere una causa. En consecuencia, la mecánica no se concentra en el movimiento como tal, sino en el cambio en el estado de movimiento de un objeto que resulta de la fuerza neta que actúa sobre él. La segunda ley de Newton equipara la fuerza neta sobre un objeto con la tasa de cambio de su momento, siendo este último el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. La tercera ley de Newton, la de acción y reacción, establece que cuando dos partículas interactúan, las fuerzas que cada una ejerce sobre la otra son iguales en magnitud y opuestas en dirección. En conjunto, estas leyes mecánicas permiten en principio determinar los movimientos futuros de un conjunto de partículas, siempre que se conozca su estado de movimiento en algún instante, así como las fuerzas que actúan entre ellas y sobre ellas desde el exterior. De este carácter determinista de las leyes de la mecánica clásica, se han extraído profundas (y probablemente incorrectas) conclusiones filosóficas en el pasado e incluso se han aplicado a la historia humana.

Situadas en el nivel más básico de la física, las leyes de la mecánica se caracterizan por ciertas propiedades de simetría, como se ejemplifica en la simetría antes mencionada entre las fuerzas de acción y reacción. Otras simetrías, como la invariancia (es decir, la forma inmutable) de las leyes bajo reflejos y rotaciones llevadas a cabo en el espacio, la inversión del tiempo o la transformación a una parte diferente del espacio oa una época diferente del tiempo, están presentes tanto en el estilo clásico. mecánica y en mecánica relativista, y con ciertas restricciones, también en mecánica cuántica. Se puede demostrar que las propiedades de simetría de la teoría tienen como consecuencias matemáticas principios básicos conocidos como leyes de conservación, que afirman la constancia en el tiempo de los valores de ciertas cantidades físicas en condiciones prescritas. Las cantidades conservadas son las más importantes en física; Entre ellos se incluyen la masa y la energía (en la teoría de la relatividad, la masa y la energía son equivalentes y se conservan juntas), el momento, el momento angular y carga eléctrica .