La física és una ciència exacta, teòrica i experimental que estudia les propietats de la matèria, de l'energia, el temps i l'espai i la interacció entre ells. Cerca la exactitud i precisió en les seves conclusions i que aquestes puguin ser verificables a través d'experiments.
Explica mitjançant lleis dels fenòmens naturals, sense incloure els que modifiquen l'estructura molecular dels cossos. Està estretament relacionada amb les matemàtiques, es recolza en ella per expressar l'estudi de la realitat que li ocupa. D'altra banda, s'inclou dins
el seu camp d'estudi a la química, la biologia i l'electrònica, a més d'explicar els seus fenòmens.
La física estudia els fenòmens de la matèria basant les seves teories en la mecànica clàssica des d'on estudia les lleis que regeixen el moviment, en l'electrodinàmica clàssica per a l'estudi de les càrregues electromagnètiques, a la termodinàmica per a l'estudi de la calor i les formes d'energia , en la mecànica quàntica que estudia la naturalesa a escales espacials petites i en l'estadística per estudiar freqüències i probabilitats d'ocurrència dels fenòmens físics.
Branques de la física clàssica
La física, per a l'estudi de la realitat es divideix en tres grans branques que li permeten estudiar els fenòmens naturals des d'un aspecte específic de la realitat, elles són:
- física clàssica
- Física moderna i
- Física contemporània.
A què se'l considera física clàssica?
Física clàssica comprèn els estudis i teories anteriors a l'aparició de la mecànica quàntica. També se li sol cridar física newtoniana per recolzar-se en les lleis de Newton referents a el moviment sobre els objectes.
La Física Clàssica estudia els fenòmens que tenen velocitat més petita que l'velocitat del lum i que les seves escales espacials són inferiors la mida dels àtoms i molècules.
La física clàssica comprèn les següents disciplines:
Mecànica clàssica:
Ciència que estudia les lleis de moviment de Newton, referent a l'comportament de cossos físics molt petits en repòs ia velocitats petites en relació a la velocitat de la llum.
Tant la mecànica clàssica com la física clàssica en general se sustenten en les lleis de Newton, particularment en les referents a el moviment dels cossos en l'univers.
La termodinàmica:
És la ciència que s'encarrega de la descripció dels estats d'equilibri termodinàmic a nivell macroscòpic. La termodinàmica s'encarrega d'estudiar la interacció entre la calor i altres formes d'energia. Les variables que utilitza per descriure diferents situacions són temperatura, pressió, volum i nombre de mols.
S'entén per equilibri tèrmic aquell estat en el qual s'igualen les temperatures de dos cossos, amb diferents temperatures inicials i que una vegada que les temperatures s'equiparen se suspèn el flux de calor, arribant tots dos cossos a l'esmentat equilibri tèrmic.
Com a exemple tenim l'ús de l'termòmetre, instrument que determina la seva pròpia temperatura. Així que per saber la temperatura d'un altre cos o substància es posen tots dos en equilibri tèrmic. Coneixent que en l'equilibri tèrmic tant el cos com el termòmetre es troba a la mateixa temperatura, la temperatura que indiqui el termòmetre serà també la temperatura de el cos sotmès a comparació.
L'estudi de la reacció dels sistemes davant els canvis en el seu entorn és útil en una gran varietat de branques de la ciència i l'enginyeria ... A continuació citarem algunes de les aplicacions de la termodinàmica:
En l'enginyeria de materials s'executen transferències de calor i energia a les matèries primeres per a la fabricació de nous materials. Com a exemple tenim el procés de cocció a altes temperatures d'una peça de ceràmica les propietats finals dependran precisament de la temperatura a què va ser sotmesa.
A nivell industrial tenim el procés de pasteurització i fabricació de formatge i mantega mitjançant transferència de calor. En la indústria siderúrgica, s'obtenen diferents tipus d'acer fusionant diverses substàncies en forns d'altíssimes temperatures.
L'electromagnetisme:
Els fenòmens elèctrics i magnètics són estudiats i unificats en una sola teoria mitjançant l'electromagnetisme. Michael Faraday i James Clerk Maxwell ser els primers exponents del seu fonament.
L'electromagnetisme es basa en les quatre equacions diferencials vectorials de Maxwell, que relacionen els camps elèctric i magnètic amb les seves respectives fonts materials.
En la teoria electromagnètica s'inclouen el corrent elèctric, la polarització elèctrica i polarització magnètica. Els fenòmens físics macroscòpics que involucren càrregues elèctriques en repòs i en moviment i els efectes de camps magnètics i elèctrics sobre substàncies líquides, sòlides i gasoses són objectes de descripció de l'electromagnetisme.
Exemples d'l'ús de l'electromagnetisme s'evidencia en els motors i generadors elèctrics, que són aparells usats per a la conversió d'energia mecànica en elèctrica o viceversa.
Generador, alternador o dinamo és el nom que se li dóna a l'aparell que converteix l'energia mecànica en energia elèctrica. Motor és l'aparell que transforma energia elèctrica en energia mecànica.
Com a exemple d'electromagnetisme tenim la brúixola. El moviment de les agulles està basat en els principis magnètics dels pols terrestres i en principis elèctrics a causa de la interacció i fricció que genera.
L'òptica:
De la generació de radiació electromagnètica, les seves propietats, i la seva interacció amb la matèria, especialment la seva manipulació i control és del que s'encarrega d'estudiar l'òptica física.
La llum és el rang de longituds d'ones electromagnètiques que l'ull humà pot percebre i és precisament l'òptica la que s'encarrega del seu estudi. Està orientada a la descoberta i aplicació de fenòmens nous. Basats en ella els investigadors utilitzen i desenvolupen fonts de llum en tot l'espectre electromagnètic.
L'òptica ha tingut incidència en la instrumentació, les comunicacions i la metrologia.
L'acústica:
L'acústica és una branca de la física que s'ocupa d'estudiar les ones mecàniques propagades a través de la matèria en qualsevol dels seus estats (sòlida, líquida o gasosa) per mitjà de models físics i matemàtics.
L'acústica estudia tot el que fa a la producció, transmissió, emmagatzematge, percepció o reproducció del so. De les aplicacions tecnològiques de l'acústica s'ocupa l'enginyeria acústica.
Com a exemples de de la física acústica podem citar:
1. Aparells electrònics per fer més efectiva la comunicació.
2. En el camp de la medicina ha estat efectiu en la creació d'imatges
de el cos humà per ultrasò.
3. Els micròfons
La dinàmica de fluids:
La mecànica dels fluids és una sub-branca de la mecànica de mitjans continus que s'ocupa de l'estudi de el moviment dels fluids (líquids i gasos) i les forces que els provoquen.
En l'enginyeria química, civil, industrial, l'aeronàutica, la meteorologia, les construccions navals i l'oceanografia, és de fonamental importància la intervenció de la mecànica de fluids.
física moderna
Aquesta branca també anomenada física quàntica, es va iniciar a principis de segle XX. Amb la proposta de de el físic alemany Max Planck (1858-1947) en el qual explicava que en un cos fosc la radiació es mesura per llum quanta. Es basa en la teoria quàntica sorgida en 1900 i teoria de la relativitat en 1905.
Albert Einstein, el 1905 va reforçar la teoria quàntica i l'any 1920 es va denominar mecànica quàntica com una branca de la física. S'ocupa dels fenòmens que es donen a velocitats properes a la de la llum, o les escales espacials són de l'ordre dels àtoms i les molècules.
Estudia les característiques, el comportament i les radiacions de partícules a nivell atòmic i subatòmic. La mecànica quàntica juntament amb la Teoria de la relativitat compon el que avui en dia anomenem física moderna.
física contemporània
El seu inici se situa a finals de segle XX i principis de segle XXI, és a dir que estem vivint en l'era de la física contemporània. La física contemporània s'ocupa d'estudiar la complexitat de la naturalesa, dels fenòmens a escala nanoscòpica i dels processos fora de l'equilibri termodinàmic. És la teoria de el caos i la turbulència.