LENGUAJE DE LA FÍSICA

INTRODUCCIÓN

Durante todas las épocas el hombre se ha esforzado en conocer el mundo que los rodea. La imposibilidad de satisfacer sus necesidades a través de una mitología y de una teología lo obligo a la búsqueda de conocimiento.

Así en la medida que se iban resolviendo los problemas elementales de subsistencia, paralelamente se inventarían las primeras tecnologías hasta llegar a los avances tecnológicos que conocemos actualmente.

Es así como el hombre se da cuenta que era necesario el desarrollo de un conocimiento práctico y eficaz para llegar a conclusiones certeras, y es lo que conocemos como las ciencias naturales.

En las ciencias naturales esta gran parte del conocimiento científico que el hombre ha utilizado para darle satisfacción a las necesidades básicas del hombre.

I.- LENGUAJE DE LA FÍSICA. EJEMPLO.

La matemática es el lenguaje de la física. Pero no hay que perder de vista el hecho de que utilizamos las matemáticas para modelar una situación física, y que necesariamente nuestra descripción de un fenómeno natural es aproximada. En muchos cursos de física (en escuelas medias e incluso en las universidades) este aspecto no es suficientemente enfatizado. Las leyes físicas se presentan como si fuesen exactas, al mismo nivel que un teorema matemático. Los estudiantes se limitan a resolver guías de problemas a partir de fórmulas deducidas de dichas leyes. Cuando se utiliza esta metodología, se corre una serie de riesgos que pueden llevar a resultados negativos en la formación del estudiante:

• se pierde la noción del carácter empírico (y por lo tanto aproximado) de todas las leyes físicas. Pocas veces se enfatiza, por ejemplo, que la ley de gravitación universal ha sido verificada experimentalmente con mucha precisión sólo para distancias de entre 1 cm y 1017 cm. Y que además se sabe que debe corregirse apreciablemente cuando GM/Rc2 se acerca a uno. El mismo comentario se aplica a la validez del carácter lineal de la fuerza de un resorte, de la ley de Ohm, etc.

• el estudiante memoriza ciertas fórmulas y su capacidad para aprobar un examen típico se reduce a elegir la fórmula que debe utilizar para resolver el problema.

• no se enfatiza ni se ejercita el método científico, hecho que debería ser una de las principales actividades durante la enseñanza de las ciencias en las escuelas

Ejemplo: “En las cercanías de la Tierra, en vacío, los cuerpos caen con la misma aceleración 9.8m/seg2”.

De acuerdo con la ley de gravitación universal, la aceleración de un objeto depende de la altura a la que se encuentra. Esa dependencia es muy chica si nos restringimos a las “cercanías” de la superficie terrestre. Por otra parte, como la Tierra es achatada en los polos, la aceleración de la gravedad también depende de la posición geográfica. Accidentes geográficos locales, una montaña por ejemplo, también tienen una leve influencia sobre la aceleración.

Si se realizara un experimento concreto de caída libre con dos objetos de forma idéntica y distinta masa, sin hacer vacío (tal como lo realizó Galileo) se encontraría que soltando los cuerpos desde una cierta altura estos no llegarían al piso al mismo tiempo. La fuerza de rozamiento y el empuje del aire introducirían diferencias. Estas pueden ser más o menos importantes, dependiendo de la masa y el volumen de los objetos, por ejemplo ¡un globo de helio sube en lugar de caer!.

La Tierra es además un sistema no inercial, por lo que el movimiento de los objetos lanzados desde su superficie debe corregirse por las fuerzas inerciales (centrífuga y de Coriolis).

Todos los fenómenos anteriores pueden explicarse en el marco de la física clásica. Pero el movimiento de caída libre también tiene, en principio, correcciones relativistas.

II.- IMPORTANCIA DE LAS MATEMÁTICAS EN LA FÍSICA

La importancia de la matemática en la física, es que la matemática es el "lenguaje" en el que "habla" la física. Si no fuera por la matemática, no se podría haber calculado nada en física.

La física es la forma que encontró el hombre para estudiar la naturaleza, sosteniéndose en la base de las matemáticas. La importancia reside en intentar comprender como funciona la naturaleza. Mediante la física hemos logrado comprender que la misma fuerza que provoca la caída de una manzana de un árbol es la responsable de que la luna gire alrededor de la tierra, y ésta alrededor del sol. Que la luz es un campo electromagnético, que la materia está compuesta por ínfimas partículas elementales llamadas átomos. Que existen cuerpos con tanta masa concentrada que ni siquiera la luz escapa de ellos. Que el universo está en expansión etc.

III.- DIERENCIA ENTRE LA FÍSICA Y LA MATEMÁTICA

La diferencia es que la matemática es pura demostración (teórico) y la física es práctico y aplicativo para ello la matemática es una herramienta para los físicos.

La física abarca todo el universo desde los fotones hasta los agujeros negros y galaxias. Describe de cierta manera el mundo que nos rodea, da una predicción aproximada los fenómenos y el comportamiento de los objetos. En física todo es experimental y matemáticas, todo debe ser lógico.

En matemáticas en una ciencia muy abstracta que estudia números, geometría con una lógica muy alta.

IV.- TABLA, GRÁFICAS Y FORMULAS. DEFINICIÓN Y DIÁLOGO.

Expresión de una relación funcional

Se dice que una correspondencia entre dos conjuntos es una relación funcional, cuando a cada elemento del primer conjunto se le hace corresponder de forma única un elemento del segundo.

Entre las distintas formas de expresar una relación funcional, podemos señalar:

• Mediante una tabla.

Concepto y tabla de valores Una función es una relación de causa-efecto entre dos cantidades matemáticas: a iguales causas, iguales efectos.

La causa se denomina variable independiente y se denota con la letra x. El efecto es la variable dependiente, que se indica con la letra y.

Frecuentemente, en lugar de la letra y se utiliza la expresión f(x) (o g(x), ...) para dar a entender que y efectivamente depende del valor de x.

EJEMPLO: El área de un polígono regular es función de la medida del lado.

Variable independiente: x=longitud del lado

Variable dependiente: y= área del polígono

• Mediante una gráfica.

Gráfica de una función

Para obtener la gráfica de una función a partir de la tabla de valores primero se dibujan unos ejes de coordenadas, representándose los valores de la variable independiente (x) en el eje horizontal (abscisas) y los de la variable dependiente (y) en el vertical (ordenadas).

Cada pareja de valores de las variables dependiente e independiente se representa mediante un punto (x,y) en el sistema de coordenadas.

Los puntos dibujados se unirán si la variable independiente puede tomar cualquier valor real en el rango estudiado: la línea (recta o curva) que resulta es la gráfica de la función.

• Mediante una fórmula.

En Matemáticas y otras ciencias, una fórmula es una forma breve de expresar información de modo simbólico (como en una fórmula matemática o una fórmula química), o una relación general entre cantidades. Una de las fórmulas más famosas es la de Albert Einstein, sobre la teoría de la relatividad, E = mc2.

Es una ecuación matemática que relaciona de manera dimensionalmente correcta a diferentes variables físicas entre sí de tal manera que podemos conocer el valor de una de ellas si conocemos el valor de todas las demás y se manejan en las unidades correctas. Sus partes son variable dependiente, variable o variables independientes, y constantes.

ej. h= 1/2 g*t^2

variable dependiente - h (altura) en metros

variable independiente - t (tiempo) en segundos

constantes - 1/2, g (gravedad) en m/s^2

V.- ESTRUCTURA CONCEPTUAL DE LA FÍSICA.VARIOS TÉRMINOS

La física es una ciencia que está estructurada en una gran cantidad de leyes, teorías y principios que permiten la interpretación fenomenológica de muchos procesos dentro de la naturaleza. Esta interpretación de los hechos se realiza fundamentalmente por: LA HIPOTESIS, LEYES, TEORÍA, PRINCIPIO, ETC.

LA HIPOTESIS: cualquier investigación científica surge como planteamiento de un problema para la interpretación de un fenómeno. Así, conocemos una serie de datos, pero desconocemos la relación, que es lo que se llama incógnita. Los datos y la incógnita son los elementos de un problema que se plantean a manera de pregunta encaminadas a resolver la incógnita.

Entonces se le puede llamar hipótesis a la respuesta provisional que se le da a la pregunta. La hipótesis que se formulen deben hacerse sobre un fondo científico, es decir, deben tener una base científica.

LEY: la ley es una relación constante entre distintos hechos. Entenderemos por hecho todo aquello que se sabe o que se supone, con algún fundamento, que pertenece a la realidad. De acuerdo con lo anterior son hechos:

• Un acontecimiento: es decir, lo que se produce en el tiempo, por ejemplo un relámpago, una explosión, un arco iris.

• Un proceso: esto es, una secuencia temporalmente ordenada de los acontecimientos. Es muy difícil diferenciar un proceso de un acontecimiento. Podría afirmarse que la mayoría de los acontecimientos son procesos. Por ejemplo, un rayo de luz consiste

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