La física y sus ramas

Definición

La física es la ciencia fáctica que estudia los denominados fenómenos físicos. 

Los fenómenos físicos son los cambios que ocurren en la realidad en donde no se altera el tipo de materia que interviene.

Así, la caída de una tiza, la rotación de la Tierra, el vuelo de un gorrión, el secado de la ropa lavada, etc. son ejemplos de fenómenos físicos. Los fenómenos físicos se distinguen por que la materia manteniendo sus sustancias fundamentales o sea que aunque la tiza se callera al caer sigue siendo tiza .

No lo son, la putrefacción de una manzana, la oxidación de un clavo de hierro, la quema de un papel, etc.

NOTA: Es de destacar la existencia de fenómenos físicos donde la materia se altera profundamente como la fusión nuclear.

El fenómeno físico fundamental es la energía. Por ello podemos decir que la física es la ciencia de la energía.

Ramas de la física

Se clasifica en dos grupos:

Física clásica

Física moderna

Física clásica

A su vez se divide en 5 ramales que son:

mecánica, termología, ondas, óptica, electromagnetismo

Mecánica clásica

Estática

Hidrostática

Estática de los sólidos

Cinemática

Rotacional

Translacional

Vibracional

Dinámica

Hidrodinámica

Dinámica de los sólidos

Termología

Termodinámica

Termometría fisíca moderna: atomica, nuclear

Calorimetría

Óptica

Óptica geométrica

Óptica física

Espectroscopio

Electromagnetismo

Electroestática

Electrodinámica

Magnetismo

Acústica

Ondas mecánicas

Sonido

Física moderna

Se encuentran los siguientes campos:

Relatividad

Mecánica cuántica

Átomo

Núcleo

Física química

Física del estado sólido

Física de partículas

Gravitación

Física nuclear

La segunda ley de Newton o el principio de acción de fuerzas

Cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, este sufre los efectos. Una fuerza puede poner en movimiento un cuerpo que inicialmente se encontraba en reposo, detener un cuerpo inicialmente en movimiento, hacer que aumente o disminuya la velocidad con la que se desplaza, o simplemente deformarlo.

Además, cuando el valor de la fuerza aumenta, el efecto aumenta también; por otra parte, una misma fuerza puede producir efectos diferentes.

Todos estos echos llevaron a Newton a formular su segunda ley de la dinámica o segunda ley de Newton.

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta, F, se produce una aceleración, a, de modo que ambas magnitudes son directamente proporcionales. La constante de proporcionalidad es la masa, m, del cuerpo. O sea: F=m∙a Esta fórmula se llama ecuación fundamental de la dinámica. Se trata, en realidad, de una ecuación vectorial, por lo que debe escribirse así: →    → F=m∙a

Observamos que los vectores F y a tienen la misma dirección y sentido.

Si sobre un cuerpo actuara más de una fuerza, el primer miembro de la ecuación anterior representaría la resultante de todas ellas, asi que:

    →    →

                                                         ∑  F=m∙a 

(El símbolo  ∑  se llama sumatorio, y se utiliza para indicar que debe realizarse una suma; en este caso, de todas las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo.)

Para utilizar estas fórmulas correctamente debemos medir la fuerza en Newtons, la masa en Kg y la aceleración en m/s^2

Primera ley de Newton o principio de inercia

Issac Newton se baso en las observaciones de Galileo para enunciar la llamada ley de la inercia o primera ley de Newton.

Si sobre un cuerpo no se ejerce niguna fuerza neta, entonces el cuerpo o bien permanece en reposo o bien se mueve con un movimiento rectilineo y uniforme.

La comprobación de que un cuerpo que esta en reposo permanece en reposo en la ausencia de fuerzas es evidente. Es mucho mas difícil comprender que un cuerpo en movimiento, si no actúan fuerzas sobre el, permanece siempre en movimiento manteniendo su velocidad y su trayectoria 
(Con un movimiento rectilíneo y uniforme).

Es importante no olvidar que a nuestro alrededor se presentan casi siempre dos fuerzas, la de rozamiento (Contra el aire y el suelo) y la de gravedad (ejercida por la masa de la tierra) que es el peso que sentimos ya sea de nuestro propio cuerpo o de los objetos que nos rodean.

LA ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD

Atraidos por la fuerza gravitatoria de la tierra, los cuerpos que caen se caracterizan por una propiedad, el aumento de su velocidad es siempre el mismo, cuando un cuerpo es atraído por la fuerza gravitatoria de la tierra tienen una aceleración de 9.8 m/s cada segundo, a este valor o constante se le llama general aceleración de la gravedad y se representa con la letra g. Este valor es una de las constantes mas importantes de la física.
Podemos llegar a la conclusión de que todos los objetos que caen tardan el mismo tiempo en caer desde una cierta altura, y por lo tanto que sus movimientos son idénticos, esto se debe a que el MRUA (Movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado) solo depende de la aceleración y la velocidad inicial ( El valor es 0 en caída libre).
Es muy importante considerar el rozamiento con el aire ya que esto impide que todos los objetos caigan a la misma velocidad como por ejemplo, no caerán a la misma velocidad una hoja de papel que una manzana, esto gracias a que el aire provoca mas resistencia en la hoja de papel que en la manzana, esto también nos sirve para comprobar muy fácilmente que en nuestro alrededor hay materia aunque no podamos verla y que el aire tiene masa, etc. En el caso de la aceleración de la gravedad no tomaremos el aire como factor ya que complicaría el problema, ademas de que efectivamente la velocidad de los cuerpos al caer es la misma en un ambiente de vacío.

Las ecuaciones que rigen el movimiento de caída libre son.

Donde s representa la altura, g la aceleración de la gravedad (9.8 m/s) y t el tiempo transcurrido en segundos.

Observamos el siguiente ejemplo.

¿Cuanto tiempo tardara en caer una piedra desde una altura de 19.6 m?

Estudiamos los datos y los ordenamos.

Aplicamos la ecuación y despejamos el tiempo.

Invertimos la ecuación y hacemos la raíz cuadrada para despejar t.

Introducimos los datos y despejamos t.

La piedra tarda 2 segundos en caer de una altura de 1936 m.