Monografías

Monográficos: Física con astronomía. Isaac newton. El presente. Física con deportes. Física con química.

Relación de Física con otras materias

Física con Astronomía

Relación de Física con otras materias

Desde el principio del conocimiento, el hombre, siempre ha sentido curiosidad por los fenómenos que ocurren a su alrededor.

Esta curiosidad, llevó a que surgiera el llamado método científico, que intentaba explicar de modo racional el porqué o como de las cosas.

Vemos que en la antiguedad todo lo que no se podía explicar era trasladado en forma oral o escrita a las generaciones en un conocimiento vulgar.

Todos los hechos que se manifestaban en la naturaleza eran interpretados como divinos.

Los adjudicaban a dioses o mitos y leyendas para así tratar de ocultar la falta de un método de observación e interpretación.

Los egipcios son un claro ejemplo de cultura en transición, algunas cosas las atribuían a dioses poderosos, por ejemplo el cambio del día a la noche.

Ellos le daban nombre a esos astros como Ra para el Sol, Isis para la luna.

Pero a la hora de construir sus monumentales pirámides se basaron en misteriosos cálculos de matemáticas y posición de algunos astros para dar dimensiones a esas colosas e inmortales obras que nos han legado.

Con el correr de los siglos muchos fueron los hombres que intentaron separar las divinidades de la explicación de los fenómenos desconocidos.

Así surgió el método científico, que básicamente consiste en observar, experimentar e Interpretar.

Los primeros científicos o físicos eran personajes que dominaban muchas ciencias.

Este conocimiento llevó a varios de ellos de ser acusados de locos o poseídos porque la gente sencilla no tenía la formación suficiente para establecer que era una nueva forma de traspasar las barreras ideológicas que hasta ese momento dominaban el pensar.

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La teoría de Aristóteles sobre la conformación del Sistema Solar con centro en la Tierra y el Sol, la luna y los planetas girando alrededor de ella, fue una verdad aceptada por mucho tiempo.

Es más, la Iglesia tenía en el Renacimiento la total convicción de que ello era así porque coincidía con las interpretaciones que se sacaban de la Biblia y la creación del Universo por parte de Dios.

La famosa Inquisición, que era un tribunal compuesto por obispos y cardenales, se ocupaba de que nadie expresara públicamente lo contrario a lo que las Santas Escrituras decían al respecto.

Imagínense que alguien tratara de ir contra las normas que durante tantos años habían existido en el conocimiento de las multitudes.

Nicolás Copérnico astrónomo polaco presentó en el siglo XVI un modelo más sencillo para sustituir el sistema de Tolomeo y de Aristóteles.

Copérnico creía que el Universo debería ser más sencillo, pues Dios no haría un mundo tan complicado.

En el modelo el Sol estaba en reposo y los planetas, incluso la Tierra giraban en torno de él en órbitas circulares. Esta idea ya había sido propuesta por algunos filósofos griegos.

Ahora como este modelo iba en contra de las convicciones religiosas de la época, Copérnico

se limitó a no publicar sus ideas. Luego con la aparición de sus investigaciones su teoría causó grandes polémicas, y terminó por ser colocado en la lista de los libros prohibidos de la época.

Galileo Galilei, físico y astrónomo italiano nacido en Pisa en 1564 efectuó grandes contribuciones al desarrollo de las ciencias.

Como gran experimentador, logró construir el primer telescopio para sus observaciones,logrando con lentes amplificar las imágenes.

Eran los pasos fundamentales para unir la Astronomía con la rama de la Física llamada OPTICA.

Sus descubrimientos contradecían las creencias filosóficas también, entre ellos que la superficie de la luna era rugosa e irregular y no como se creía de lisa y perfectamente esférica.

Descubrió la existencia de 3 satélites que giraban en torno a Júpiter,contrario a la teoría aristotélica que afirmaba que los astros giraban todos alrededor de la Tierra.

Algunos filósofos de su época se negaban a mirar a través de su telescopio, para no verse obligados a admitir sus errores y llegaron a afirmar que las observaciones de Galileo eran irreales y trucos inventados.

Con Venus encontró que también tenía fases como la Luna, esto lo llevó a la conclusión de que eses planeta giraba alrededor del Sol como predijera Copérnico.

Todos estos datos lo llevaron a publicar sus observaciones defendiendo y divulgando la teoría de que los planetas y la Tierra giraban alrededor del Sol.

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Telescopio de Galileo Galilei

Su obra se llamó Diálogos Sobre los dos Grandes Sistemas del Mundo,publicada en 1632.

Las consecuencias del gran alboroto que provocaron estas ideas causó que la Iglesia lo acusara de Hereje y fue apresado y sometido a juicio por la Inquisición en 1633.

Para evitar que fuese condenado a muerte (quemado vivo) Galileo se vio obligado a negar sus ideas en una "confesión", leída en voz alta ante el Santo Oficio de la iglesia.

Salvado de la hoguera, pero considerado hereje

fue obligado a permanecer confinado a su casa, cerca de Florencia, hasta su muerte.

A pesar de que estaba casi ciego y muy enfermo, su mente continuó desarrollando estudios hasta que en 1638 publicó su última obra titulada Dos Nuevas Ciencias.

Fallecía en enero de 1642.

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Retrato de Galileo y sus observaciones

Johannes Kepler astrónomo alemán cuando publicó su primera obra Misterios Cosmográficos en 1596 corrigió la teoría de Copérnico desarrollada por Galileo, dando a conocer que los planetas giraban en torno al Sol pero sus órbitas eran elípticas y el centro de uno de sus focos lo ocupaba el Sol.

Esto unió más la Física con la astronomía al establecerse las bases de la llamada Mecánica Celeste.

Este movimiento planetario llevaría años más tarde a la elaboración de las leyes fundamentales de la naturaleza de la Gravitación Universal de los planetas, genialidad del matemático inglés Isaac Newton.

Isaac Newton

Nacido en 1642, Isaac Newton fue un gran físico y matemático que formuló las leyes básicas de la Gravitación Universal.

Sus estudios sobre la luz y los colores, obtenidos de sus trabajos con prismas fueron muy criticadas por muchos científicos de la época.

Estas críticas para sus estudios y publicaciones afectaron mucho su temperamento.

Muy tímido y retraído no polemizaba con nadie, en especial con sus más grandes contrincantes Hooke y Huygens.

En 1864, doce años después de haber publicado sus trabajos, Newton fue visitado por su amigo Edmund Halley ( descubridor del cometa que orbita el Sol y que lleva su nombre) quién buscaba explicaciones para unos asuntos referentes a la Mecánica Celeste.

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Su sorpresa fue que Newton pudo aclarar todas sus dudas e incluso tenía todo un Tratado acerca de la Mecánica y la Gravitación Universal en sus manos.

Como Newton no quería que sus estudios se publicaran debido a sus antiguas críticas que recibiera, Halley logró persuadirlo y animarlo.

- Poderosa manifestación de la fuerza que se necesita para vencer la gravedad y enviar al Discovery al exterior de nuestro planeta.

Se ofreció incluso a pagar los costos de la impresión de sus artículos.

Luego de dos años de actividad, en 1686, Isaac Newton presentó la primera edición de su famosa obra Principios Matemáticos de la Filosofía Natural". Esta publicación lo consagró

como uno de los grandes genios de la historia.

Sus tres leyes fueron los pilares de la Mecánica Celeste durante muchos años.

Su primer ley era la síntesis de las experiencias de Galileo en cuanto a la inercia de los cuerpos.

La segunda establece el sentido y la orientación de la resultante de una fuerza que actúa sobre un cuerpo en su aceleración.

La tercera involucra las fuerzas que interactúan entre dos cuerpos cuando se aplican entre si conocida como principio de acción y reacción.

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- Nuestra Tierra comparada con el resto de los planetas del Sistema Solar y el Sol

La Gravitación Universal surgió de sus estudios de las leyes de movimiento de Kepler.

La fuerza centrípeta que desarrolla el sol sobre los planetas es lo que los mantiene en sus órbitas.

Estableció que esta fuerza era el resultado de una constante de proporcionalidad entre las masas de los cuerpos y el cuadrado de la distancia que los separaba.

F = G m1.m2/r

Pasaron 100 años hasta que fue posible obtener en forma experimental la comprobación real de la existencia de las fuerzas de atracción entre dos cuerpos.

El físico inglés Henry Cavendish con su balanza de torsión logró comprobar la atracción entre dos esferas y así estableció el valor de G que fue 6.67 x 10-11 N.m / kg

Al establecer el valor de G y el R de la tierra fue posible calcular la fuerza de atracción de la tierra en una partícula.

Tenemos así que con la aceleración de la gravedad g y el radio de la tierra y la constante G fue posible calcular la masa de la tierra establecida en 5.97 x 10 24 kg.

A fines del siglo XIX los científicos comenzaron a encontrar algunos resultados que no concordaban con las leyes de Newton en cuanto al comportamiento de algunos cuerpos con velocidades próximas a la luz.

Estos problemas de inexactitud llevaron a que se formulara una nueva teoría que sustituyese a la Mecánica Clásica. Surgió así la llamada Mecánica Relativista.

Albert Einstein físico alemán nacido en 1879, formuló en 1905 su célebre Teoría de la Relatividad, dónde estableció ecuaciones para sustituir las newtonianas, que al aplicarse al movimiento de partículas muy rápidas proporcionó resultados perfectos con las observaciones.

Con los descubrimientos de Maxwell a cerca de la existencia de campos compuestos por componentes magnéticos y eléctricos asociados, dando como resultado la formación de campos electromagnéticos.

Estas teorías comprobadas por Heinrich Rudolf Hertz que produjo las primeras ondas electromagnéticas y su detección, fueron los pilares de un contínuo desarrollo de lo que hoy conocemos como la comunicación.

En la astronomía la implementación de avanzados detectores de frecuencias de radio ocasionó que el hombre comenzara a dirigir sus antenas hacia el espacio.

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- Sonda Exploradora Viking 1

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Nuestra búsqueda de lo desconocido tenía básicamente 2 direcciones.

Primero,con el surgimiento de la Radio Astronomía era posible oir el ruido espacial provocado por nuevos tipos de estrellas que dieron en llamarse Pulsares.

Segundo, intentar buscar evidencia extraterrestre por medio de la exploración de barrido de frecuencias dirigido a las estrellas más cercanas.

Con los viajes espaciales de las sondas exploradoras Viking y Voyager, se determinó la imposibilidad de que en nuestro sistema planetario existiera posibilidad de encontrar formas de vida como la nuestra.

- Radio Telescopio

Las enormes distancias que nos separan del resto de las estrellas de nuestra galaxia, hacen impensable enviar estaciones de búsqueda, máxime teniendo en cuenta que la velocidad de dichas sondas está dada por la aceleración que toman cuando pasan cerca de un planeta.

Estas terribles distancias han llevado a que hace pocos años se lograra poner en órbita el primer telescopio del mundo en el espacio.

El telescopio Espacial Hubble, es el resultado de la insesante búsqueda de nuevas estrellas en el firmamento donde tal vez algún día alojaran la civilización que tanto anhelamos encontrar.

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- Sonda Exploradora Voyager 1

El presente

Los astrofísicos del presente cuentan con toda la tecnología al alcance de su mano, para desentrañar los misterios del Cosmos. La teoría de la expansión continua del Universo desde el BIG-BANG es uno de los grandes temas de la actualidad.

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- Telescopio espacial Hubble saliendo del interior del Transbordador espacial hacia su órbita alrededor de nuestro planeta.

Todos estos años desde la carrera espacial del 60 han sido los principales protagonistas de un ser humano explorador del porque estamos solos. Estamos solos en el Universo ?

Es tan grande la casualidad de que del infinito número de estrellas, galaxias y constelaciones no podamos haber encontrado a nadie más.

Estas interrogantes predisponen a que se continúe barriendo el espacio exterior con nuestras antenas, en la esperanza de poder encontrar algún rastro de comunicación que pueda ser enviada por otras civilizaciones del otro lado del Cosmos.

El viajar de las ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz es otra limitante que nos encontramos.

Suponiendo que una civilización extraterrestre situada a 500 años luz emitiera un mensaje, tardaríamos 500 años luz en recibirla. Para contestarle deberíamos invertir otros 500 años luz. Nuestro mensaje llegaría dentro de 1000 años a su origen.

Increíble, sólo han pasado 1999 años desde el nacimiento de Cristo. Es por eso, que las probabilidades de recibir y enviar un mensaje son infinitamente remotas. Nuestra tecnología a pesar de ser muy avanzada carece de los medios para saltar esas distancias.

El combustible fósil que es no renovable, apenas si puede lograr despegar una nave de nuestro planeta y escapar a su atracción.

El secreto es tratar de dilucidar las misteriosas fuerzas que entrañan a la energía atómica para tratar de resolver el problema del impulso que nos permita viajar a velocidades asombrosas para recorrer distancias.

Tenemos otra limitante que es nuestra espectativa de vida, por lo que también deberemos encontrar la solución a ese detalle.

Las sondas exploradoras que han abandonado el sistema solar y se dirigen hacia la eternidad. llevan una placa donde están representados nuestros cuerpos desnudos de la mujer y el hombre, coordenadas de nuestro planeta y ubicación dentro del sistema solar así como también las fórmulas del Hidrógeno atómico, el cual es el elemento que se encuentra en las estrellas junto con el helio en la combustión de las mismas para generar luz y calor en los fríos terribles de 0 Kelvin o cero absoluto del espacio exterior.

También llevan un registro de voces y sonidos de nuestro planeta y algunas imágenes del mismo para que la civilización que la encontrara a su paso pudiera interpretar en caso de que no existieramos más, como fuimos y quienes éramos en ese entonces.

Física con Deportes

Las leyes físicas quedan relacionadas con los deportes y la gimnasia desde el punto de vista que nuestros movimientos están regidos por la gravedad.

En efecto, la atracción que ejerce sobre nuestro cuerpo, la atracción gravitatoria de la tierra.

La estructura ósea de nuestro organismo, desde nuestros primeros pasos en la infancia,

debe luchar por conseguir una posición de equilibrio cuando estamos parados o nos desplazamos.

El peso que nos da la balanza es el fiel reflejo de la masa que constituye nuestro organismo y la aceleración de la gravedad 9,8 m/s.

Estudiando dicha fuerza, vemos que dependiendo de este parámetro, si estuviéramos en la Luna "pesaríamos menos" pues allí la aceleración de la gravedad sería menor.

Esto lo pudieron comprobar los primeros astronautas que pisaron la Luna, los cuales llevaban zapatos de plomo para evitar que flotaran en el vacío y no se pudieran desplazar.

La principal manifestación de la fuerza de la gravedad es cuando pretendemos saltar hacia arriba.

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Nuestro impulso nos eleva hasta cierto punto y luego la tierra nos atrae hacia ella.

Los gimnastas olímpicos utilizan técnicas que le permiten mediante la utilización del principio del equilibrio.

La presencia de atmósfera en nuestro planeta, también tiene una importante manifestación en el deporte.

La densidad del aire crea una resistencia a todo cuerpo que se desplaza.

Esto se conoce como fuerza de rozamiento o fricción.

Los ciclistas han adoptado una serie de configuraciones en sus cascos y bicicletas para minimizar el efecto de frenado que ejerce el aire en sus cuerpos.

- Esta impresionante toma fotográfica revela el momento en que se produce la igualdad de la fuerza de impulso con la fuerza de la gravedad.

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El presentar un perfil muy agudo, ayuda a que las líneas de presión rodeen el objeto que se desplaza y ejerzan la mínima resistencia.

- Casco de perfil agudo, cuerpo inclinado y materiales de carbono y kevlar en el cuadro son algunas de las técnicas para presentar el mínimo de resistencia al avance.

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La tercer ley de Newton sobre el fenómeno de acción y reacción se manifiesta muy asiduamente en algunos deportes cuando dos jugadores pugnan por la pelota que está en juego.

La acción de uno de ellos sobre el objeto se traduce en un empuje que el otro jugador debe contrarrestar.

La fuerza de la gravedad también afecta el desplazamiento de los objetos móviles como por ejemplo las motos de competición.

En este deporte de la velocidad, nuestro cuerpo aprende a conservar el equilibrio.

Por el principio de la primera ley de newton podemos observar un fenómeno muy peculiar.

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Cuando la moto se dirige hacia una curva y su velocidad es muy elevada, el conductor debe cancelar el momento de la inercia para no salirse de la senda e ir a parar a la arena.

Para conseguir anular esa fuerza que tiende a mantener el vehículo en la misma dirección que traía, el conductor se inclina hacia el lado contrario y anula dicha fuerza consiguiendo girar.

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Por último destacamos que la densidad del elemento en que nos movemos también ejerce una resistencia al avance, esto es de destacar en las competencias deportivas de natación.

El estilo empleado y el perfil agudo también son fundamentales para lograr desplazarse rápidamente y con el menor gasto de energía.

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Física con Química

La Química es una de las ciencias que mas afinidad tiene con la Física.

En efecto, los fenómenos físicos ocurren generalmente en conjunción con los químicos.

Basta ver las manifestaciones de nuestro entorno para poder aplicar esta situación.

No olvidemos que química+física =Biología, o sea la manifestación de la vida y los seres vivos.

Muchos físicos también contribuyeron a descubrir fenómenos químicos dado que en sus experimentos utilizaban reacciones químicas que originaban reacciones físicas. Un claro ejemplo de ello ha sido la búsqueda de la estructura y funcionalidad del átomo.

Recordemos que de una reacción en cadena, cuando un átomo radiactivo inestable es bombardeado por un neutrón se produce un estallido del núcleo del mismo y sus componentes a su vez rompen otros núcleos generando más colisiones.

Esto es una reacción química y su manifestación física es la generación de una inmensa cantidad de energía en forma de calor.

Llamamos a esto reacción de fusión nuclear.

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- Comienzo de explosión nuclear

Es la forma más aterradora de los últimos tiempos y fue descubierta cuando en 1945, un 6 de Agosto en Hiroshima Japón, Estados Unidos destruyó completamente esa ciudad.

Por los ensayos de Enrico Fermi el 2 de Diciembre de 1942, el Ejercito de Estados Unidos probó en el desierto el primer estallido que provocó luego las dos grandes masacres en Japón.

En Hiroshima se utilizó Uranio 235,en Nagasaki, ciudad universitaria, el 9 de Agosto de 1945 Plutonio 239.

La humanidad aprendió de ello una lección que hizo que nunca más hasta la actualidad se utilizaran estas bombas para una guerra.

Pero no todo es destrucción, ya que los científicos han utilizado estas reacciones en cadena pero con fines pacíficos utilizando grafito como moderador de la fusión para producir grandes cantidades de calor que se aprovechan para calentar y evaporar agua.

Este vapor producido es pasado por unas paletas de turbinas,en el mismo eje conectadas a un generador para producir grandes cantidades de electricidad.

Son las Centrales Eléctricas Nucleares.

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- Turbo generadores de central Nuclear.

La primera estación de generación de energía nuclear fue construida en Inglaterra e inaugurada el 17 de Octubre de 1956. Su nombre es Calder Hall. Fue la primera en obtener energía eléctrica a partir de un reactor nuclear controlado.

En estas centrales se deben tomar normas de seguridad mas estrictas que en otra plantas generadoras.

El riesgo de un escape radioactivo a la atmósfera sería un desastre, ya que todo ser vivo que sea irradiado con estas emisiones, sufre graves trastornos con una muerte segura.

- Calder Hall Inglaterra.

Relación de Física con otras materias

Veremos a continuación el tablero de mandos de una Central donde multitud de medidores controlan cada paso y funcionamiento de las distintas etapas de generación de una central Nuclear.

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- Tablero de control en 1956.

Con el correr de los años y la tecnología siempre a la vanguardia, estas primitivas consolas de mando han sido sustituidas por computadoras que controlan muchas funciones en forma automática.

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Editor: Fisicanet ®

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