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 en la emisión de grupos de ondas que se propagan a velocidad finita.

• Un sistema concreto: un sistema es cualquier objeto físico cuyas partes están estructuradas formando una unidad. Por ejemplo una roca, una planta.

Así mismo a los hechos se les llama fenómenos, lo cual significa que presentan atributos que pueden ser percibidos por un sujeto.

Volviendo a la ley, se dice que una de las características fundamentales de esta, es que debe referirse a “todos” los entes de un dado o “casi todos”. Si la ley se refiere a un individuo, se exige que el enunciado exprese el comportamiento regular. Para concluir se dice que las leyes no son simples generalizaciones del sentido común, sino que son relaciones constantes, precisamente porque son necesarias y universales.

• Teoría: una investigación podrá ser incluida dentro de estudios científicos cuando en ella se hayan construido teorías. Los datos, los problemas, las hipótesis y las leyes sueltas no constituyen ninguna ciencia. El proceso de investigación culmina con la elaboración de teorías, y estas a su vez emprenden nuevas investigaciones.

Tenemos claro que las investigaciones científicas surgen como planteamiento de

Algún problema, las respuestas que se dan a estos constituyen hipótesis, una vez comprobadas, se constituyen en leyes, las cuales se organizan en teorías. Luego, una teoría es un sistema que relaciona leyes y que ofrece una explicación de las mismas a través de razonamientos lógicos y matemáticos.

Se suele dividir a las ciencias en dos grupos: las ciencias fácticas, las que estudian los hechos de la naturaleza (física, química y biología) y las formales que estudian las relaciones sin referirlas a hechos (lógica y matemática); es decir, estas ciencias no tienen correspondencia con una realidad tangible.

De acuerdo con la definición de teoría, debemos destacar dos propiedades de las teorías:

Las teorías deben ser demostrables, lo cual es el resultado de la relación lógica entre los enunciados de una teoría. Este aspecto corresponde a lo que se llama la formulación o el aspecto formal de la teoría.

Las teorías son verificables, quiere decir que las teorías tienen la posibilidad, a través de la vía experimental, mostrar su verdad o falsedad. Aquí no se trata de una relación lógica sino de una relación entre enunciados y hechos.

Las teorías formales son demostrables, no son verificables; en cambio, las teorías fácticas pueden demostrarse y verificarse, y ambas cosas se complementan.

Hay que dejar claro que la física, a pesar de ser una ciencia fáctica, ha desarrollado teorías, como la relatividad, que en un principio fue formulada por la vía formal, a través de una serie de abstracciones y explicadas por la vía de razonamientos lógicos y matemáticos y luego de muchos años fueron verificados por la Vía experimental.

VI.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES. 3 CONCEPTOS. ESPACIO, MATERIA Y TIEMPO.

MATERIA:

Se denomina materia a todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio; todos los cuerpos se constituyen de materia, en una porción limitada. La materia posee propiedades físicas, como la densidad, el peso, y el volumen; y propiedades químicas.

La materia está formada por iones, átomos, y moléculas. Las moléculas están constituidas por átomos, los cuales a su vez, están conformados por protones (carga positiva), electrones (carga negativa), y neutrones (carga neutra). Un ión es un átomo o un grupo de átomos, que se caracteriza por conservar una carga eléctrica determinada.

Existen tres estados de la materia: el estado sólido, el estado líquido, y el estado gaseoso. Los cuerpos que están en estado sólido tienen partículas que se mantienen muy cerca unas de otras, y en consecuencia, el volumen y la forma están bien definidos. Las partículas halladas en los cuerpos en estado líquido tienen una mayor distancia entre sí, que las del estado sólido, y es por ello que si bien los líquidos poseen un volumen definido, su forma no es concreta; por ejemplo: si pasamos el líquido de una botella a un vaso, éste adquiere la forma del vaso, y si luego lo ponemos nuevamente en la botella, se adaptará otra vez a la forma de la botella. Un cuerpo en estado gaseoso tiene partículas muy distanciadas entre sí, que se mueven rápidamente y en cualquier dirección y sentido; en consecuencia, la forma y el volumen de los gases son indefinidos, por ello se adecuan a la forma y volumen recipiente en donde están contenidos.

La materia prima es la que obtenemos de la naturaleza, para poder elaborar productos, y es fundamental para la creación de productos de todo tipo. Las industrias venden productos elaborados por medio de la materia prima; por ejemplo: para elaborar un mueble de madera lo principal es la madera (materia prima), que se extrae del árbol, en estado natural.

Se habla también de materia, cuando nos referimos al tema del cual trata una obra, que puede ser, por ejemplo, científica, o literaria. Se dice además materia, al asunto de una charla determinada, en la cual se analiza, reflexiona, u estudia, dicho asunto.

En los establecimientos dedicados a la enseñanza, como los colegios e institutos, son nombradas como materias las asignaturas estudiadas, como por ejemplo inglés, matemática, física, química, entre otras.

TIEMPO:

El término proviene del latín tempus y refiere a la duración o la época en las cuales una cosa o persona transcurren. El término proviene del latín tempus y refiere a la duración o la época en las cuales una cosa o persona transcurren.

El concepto de tiempo ha sido entendido bajo dos acepciones: como vivencia del yo, experiencia subjetiva que no puede ser medida y que se analiza a partir de tres momentos, antes, ahora y después; y como tiempo real, objetivo, que se corresponde con la duración de la existencia de los seres o del universo.

En la Edad Antigua era asociada la noción del tiempo a la eternidad. Para Platón era el perpetuo movimiento circular de las esferas. Aristóteles lo definió como el número del movimiento según un antes y un después. Para San Agustín, el tiempo carece de dimensión y los tres momento de las temporalidad, se corresponden con las facultades del alma (memoria, atención y espera) única medida del tiempo.

En la Edad Moderna se comienza a analizar el tiempo en relación con los fenómenos naturales o los objetos. Surgen tres posturas principales: la de Newton que define el tiempo como realidad absoluta que puede analizarse en sí misma; el tiempo como propiedad de los fenómenos; y la de Leibniz, el tiempo en relación con los objetos.

A su vez, Kant definió el tiempo como una forma a priori de la sensibilidad y por ello, como condición de posibilidad de toda experiencia. Según Hegel, la temporalidad es la manifestación de la idea, el despliegue del espíritu, que en sí mismo, es intemporal.

Husserl introduce una concepción fenomenológica del tiempo que contrasta con el tiempo objetivo o cósmico y que culmina con la noción de temporalidad de Heidegger, que condujo a la defensa del tiempo como experiencia vivida, como algo que atañe al ser.

ESPACIO:

El espacio físico es el espacio donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativas. El espacio físico es habitualmente concebido con tres dimensiones lineales, aunque los físicos modernos usualmente lo consideran, con el tiempo, como una parte de un infinito continuo de cuatro dimensiones conocido como espacio-tiempo, que en presencia de materia es curvo. En matemáticas se examinan espacios con diferente número de dimensiones y con diferentes estructuras subyacentes. El concepto de espacio es considerado de fundamental importancia para una comprensión del universo físico aunque haya continuos desacuerdos entre filósofos acerca de si es una entidad, una relación entre entidades, o parte de un marco conceptual.

Muchas de estas cuestiones filosóficas surgieron en el siglo XVII, durante el desarrollo temprano de la mecánica clásica. Según Isaac Newton, el espacio era absoluto, en el sentido de que era permanente y existía independientemente de la materia. En cambio, los filósofos naturalistas, como Gottfried Leibniz, pensaban que el espacio era una colección de relaciones entre objetos, dada por su distancia y dirección desde otro. En el siglo XVIII, Immanuel Kant, consecuente con la filosofía idealista, describió el espacio y el tiempo como realidades a priori, es decir, existentes sólo en la mente humana, no fuera de ella, que nos permiten estructurar experiencias.

En los siglos XIX y XX los matemáticos comenzaron a examinar la geometría no euclidiana, cuyo espacio puede decirse que es curvo, más que plano. De acuerdo a la teoría general de la relatividad de Albert Einstein el espacio alrededor de los campos gravitatorios se desvía del espacio euclídeo. Pruebas de la relatividad general han confirmado que el espacio no euclídeo provee un mejor modelo para la forma del espacio.

VII.- FUNCIONES LINEALES. EJEMPLO Y DIFERENCIA

La función lineal es la más simple dentro de las formas que puede adoptar una relación entre variables económicas, pero desempeñan un importante papel en la formulación de los problemas económicos.

Una función lineal tiene la forma general

Donde a y b son números reales, el coeficiente a es la pendiente de la recta que representa a la función y siempre es distinta de cero, el término independiente b es la ordenada al origen, que gráficamente representa la intersección de la recta con el eje de las ordenadas en el punto de coordenadas (0,b).

La variable independiente es x, a la cual le asignamos valores para obtener y.

Estas funciones se caracterizan porque un cambio unitario en la variable independiente (x), provoca un cambio proporcional en la variable dependiente (y). La tasa de cambio está representada por la constante a.

Ejemplo:

Analicemos la relación funcional que existe entre la venta domiciliaria de teléfonos celulares, y el sueldo del vendedor: (función ingreso)

donde "y" es el sueldo del vendedor, y "x" es la cantidad de teléfonos vendidos.

Estamos frente a una función lineal, cuya representación gráfica es:

Podemos observar:

1. Es función creciente

2. Al aumentar el número de teléfonos vendidos, aumenta el sueldo del vendedor.

3. D (f) = R0+

I (f) =

En otras ramas de las ciencias también se utilizan las funciones lineales,

Por ejemplo:

Distancia recorrida por un móvil sobre un camino recto a velocidad constante, en función del tiempo (Movimiento rectilíneo uniforme)

Ley de enfriamiento de Newton. La velocidad de enfriamiento de un cuerpo está en función de la temperatura del cuerpo, por encima de la temperatura ambiente.

Longitud de la circunferencia en función del radio.

Unidad de riego en función de la superficie.

CONCLUSIÓN

La física se da en todos los idiomas incluyendo el español. No basta con aprenderse de memoria unos días antes del examen toda una lista de fórmulas o saber hacer cálculos matemáticos complicados para resolver problemas de física. Si uno no sabe aplicar el razonamiento físico, saber dónde y cómo utilizar los diferentes principios y leyes fundamentales de la física, las matemáticas no sirven de nada.

FÍSICA = RAZONAMIENTO FÍSICO + MATEMÁTICAS

El idioma usado en las publicaciones científicas tiende a usar estructuras especializadas tendientes a las de la lógica matemática ayudadas con analogías y metáforas más dependientes de la base cultural del autor.

En el caso del español, este idioma ha adoptado y modificado la terminología científica durante siglos, sin perder así su identidad.

Investigadores en países hispanoparlantes mantienen su idioma en su pensar y en sus comunicaciones tanto en reuniones científicas como en publicaciones regionales, la física se da en todos los idiomas incluyendo el español.

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