Periodo clásico de la física

Introducción

La física clásica o también conocida como física newtoniana es una rama fundamental de la física que se desarrolló durante varios siglos, proporcionó las bases de nuestra comprensión del mundo físico. A lo largo de la historia, científicos como Isaac Newton y James Clerk Maxwell sentaron los cimientos de la física clásica, que se centra en el estudio de objetos macroscópicos y sus interacciones. En este trabajo, exploraremos los principios y conceptos clave de la física clásica, sus aplicaciones y cómo, a pesar de los avances en la física moderna, sigue siendo relevante en nuestra comprensión del universo. Desde la mecánica newtoniana hasta la termodinámica, este trabajo se adentrará en los principios que han guiado durante siglos nuestra percepción del mundo físico.

La física clásica comienza como tal, con la publicación en 1687 de las Leyes de Newton.

Objetivos

1. Explorar los fundamentos de la física clásica.

2. Analizar la influencia de la física clásica en la sociedad actual.

3. Conocer las principales figuras y personajes de este periodo.

4. Examinar las aportaciones, descubrimientos e investigaciones que surgieron durante este periodo.

5. Investigar las disciplinas que mayor tuvieron importancia y/o que surgieron.

Disciplinas que surgieron

• Cinemática: La cinemática es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de los objetos sólidos y su trayectoria en función del tiempo, sin tomar en cuenta el origen de las fuerzas que lo motivan.

• Mecánica clásica: La mecánica clásica es la rama de la física que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos, a diferencia de la mecánica cuántica que estudia los microscópicos, ya sea en reposo o a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: el tiempo es absoluto, la evolución temporal de los sistemas se realiza de acuerdo con el principio de mínima acción y las leyes físicas son deterministas. En el periodo clásico se pueden ver los primeros avances de ambas disciplinas en el desarrollo de las leyes del movimiento de Newton.

• Mecánica de los Fluidos: La Hidrostática e hidrodinámica. la hidrodinámica es la rama de la hidráulica y la física que estudia la manera en que se comportan los líquidos que se encuentran en movimiento, y se basa en las leyes de la mecánica clásica. La hidrostática es una subcategoría de la estática de fluidos, que es el estudio de todos los fluidos, tanto los comprensibles como incomprensibles, en reposo.

• Termodinámica: Proviene del griego thermós, “calor” y dynamos, “poder, fuerza”. Es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico.

Se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar repentinamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está en un contorno determinado. Para esto debe encontrarse simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio químico.

En termodinámica clásica se puede hablar de dos definiciones de equilibrio:

1. Los estados de equilibrio son estados estacionarios espacialmente homogéneos.

2. Los estados de equilibrio son estados estacionarios de flujo cero.

A pesar de que la segunda definición incluye a la primera, la segunda considera en equilibrio aquellos estados en los que no existen flujos de masa o energía, pero no necesariamente estados homogéneos.

La termodinámica se rige por cuatro principios o leyes fundamentales, formuladas por diversos científicos a lo largo de la historia de esta disciplina. Dichos principios o leyes son:

0. Principio cero o Ley del equilibrio térmico: Se le llama ley cero porque, aunque fue la última en postularse, las reglas básicas y fundamentales que establece tienen prioridad sobre las otras tres leyes. Dicta que “si dos sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente con un tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí”.

1. Primer principio o Ley de la Conservación de la energía: Establece que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado de su entorno será siempre la misma, aunque pueda transformarse de una forma de energía a muchas otras diferentes. En otras palabras: “La energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse”.

2. Segundo principio o Ley de la Entropía: Se resume en que la cantidad de entropía en el universo tiende a incrementarse con el paso del tiempo.

En los sistemas físicos, la entropía, representa el grado de desorden. Esto quiere decir que en cada proceso físico en el que hay una transformación de energía, cierta cantidad de energía no es utilizable y en la mayoría de los casos esa energía es calor. Ese calor que libera el sistema, lo que hace es aumentar el desorden del sistema, su entropía. La entropía es una medida del desorden de un sistema.

3. Tercer principio o Ley del cero absoluto: Dicta que la entropía de un sistema que sea llevado al cero absoluto será siempre una constante definida. Esto significa que al llegar al cero absoluto (-273,15° C o 0 K), los procesos de los sistemas físicos se detienen y la entropía posee un valor mínimo constante.

• Óptica: Esta rama de la física clásica se ocupa del estudio de los fenómenos visuales y las propiedades de la luz incluyendo posibles interacciones de la misma con la materia. La óptica clásica se encarga de evaluar las propiedades y características de la luz que cumplan con los principios establecidos dentro de la física clásica. Se divide en dos ramas principales:

a) La óptica geométrica se encarga de evaluar las características de los rayos lumínicos, es decir, se basa en el comportamiento y la interacción de las ondas de luz con su entorno. Para ello se centra en estudiar los fenómenos de la reflexión y la refracción de la luz, gracias a estos principios se logró una estimación aproximada de la propagación de la luz en el espacio, fenómeno que usualmente es interpretado como la velocidad de la luz.

b) La óptica física que se centra en el estudio de la luz a partir de sus propiedades como onda. De modo que se encarga de describir los fenómenos relacionados con la refracción y la polarización de la luz. Este campo es de gran importancia para campos relacionados con la fotografía y la medicina.

• Electromagnetismo: El magnetismo y la electricidad provienen de fuerzas electromagnéticas, por lo que el electromagnetismo es la rama de la física clásica que describe cómo es el proceso de interacción entre la electricidad y el magnetismo. Para conocer a profundidad dicha rama es necesario aclarar que el campo magnético se crea a través de una corriente eléctrica en movimiento, y dicho campo magnético es capaz de inducir la corriente eléctrica. En sus inicios, el electromagnetismo era considerado como el estudio de los fenómenos que ocurrían alrededor de los relámpagos y de la radiación que se producía como un efecto lumínico. Pero también, el magnetismo es capaz de estar presente en objetos como las brújulas para hacer una guía del camino.

Personajes y Aportaciones principales

• Galileo Galilei: Fue un científico, astrónomo y matemático italiano nacido el 15 de febrero de 1564 en Pisa, Italia. Su trabajo en la física clásica tuvo un impacto trascendental en la revolución científica del siglo XVII. Fue uno de los primeros en utilizar un telescopio para realizar observaciones detalladas. Sus observaciones de las lunas de Júpiter, las fases de Venus, las manchas solares, las montañas y cráteres de la Luna desafiaron las concepciones geocéntricas tradicionales y apoyaron la teoría heliocéntrica de Copérnico. Sus estudios sobre el movimiento en caída libre demostraron que todos los objetos, independientemente de su masa, caen a la misma velocidad gracias a la gravedad. Esta observación contribuyó a las leyes del movimiento y la aceleración, lo que posteriormente influyó en las leyes de Newton. Galileo realizó experimentos con planos inclinados para estudiar el movimiento uniformemente acelerado, demostraron que la velocidad de un objeto en un plano inclinado aumenta de manera uniforme con el tiempo. Estos estudios sentaron las bases para las leyes del movimiento de Newton y la comprensión moderna de la cinemática, así como también desarrollo las bases para esta.

• Nicolas Copérnico: Fue un astrónomo y matemático polaco que vivió en el siglo XVI y desempeñó un papel crucial en la transición de la física y la astronomía desde el enfoque geocéntrico hacia el heliocentrismo. Aunque sus contribuciones más destacadas están relacionadas con la astronomía, su trabajo tuvo un impacto significativo en la física clásica al influir en la comprensión del sistema solar y la mecánica celeste. La contribución más importante de Copérnico a la física clásica fue su formulación del modelo heliocéntrico del sistema solar. En su obra "De revolutionibus orbium coelestium" (Sobre las revoluciones de las esferas celestes), publicada en 1543, Copérnico propuso que la Tierra y los otros planetas orbitaban alrededor del Sol en órbitas circulares. Desarrolló un sistema matemático que describía con mayor precisión el movimiento

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