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Camp Campo o de de est estud udiio de de la la fí física sica..
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Import Importanci ancia a de la física física en la vida vida coti cotidia diana na
Cuando decimos "la física es muy importante" queremos decir que para la sociedad los descubrimientos de la física tienen consecuencias grandes en campos importantes, como la comput computaci ación, ón, la electr electróni ónica, ca, la medici medicina, na, etcéte etcétera. ra. En este este apartad apartadoo hab hablar laremo emoss de su importancia desde el punto de vista particular, es decir, no sólo por el interés institucional, sino porque es importante que los alumnos, en lo personal, conozcan las leyes de la física. La relevancia de la física radica fundamentalmente en su utilidad, es decir, la importancia de los trabajos de los ingenieros, físicos y técnicos, quienes investigan en el campo de la medicina, química y otras áreas de producción, y repercuten directamente con su actividad en la sociedad. Otra importante forma es la que podemos llamar cultural. En sus 300 años de existir como ciencia, la física ha cambiado la manera de representar el Universo; ahora sabemos que nada está en absoluta inmovilidad, que se mueven tanto los planetas como las galaxias, las moléculas y los átomos; también sabemos que el organismo humano y todos los objetos existentes están formados por electrones y otras partículas elementales y que todos los cambios que ocurren en la Naturaleza son producto de la energía; conocemos mucho sobre la luz, la temperatura, el sonido y acerca de gran variedad de fenómenos naturales con los que vivimos a diario. De ahí que quien ignore los fundamentos básicos de la física puede considerarse considerarse como una persona carente de cultura básica. Es evidente evidente que los profesionistas profesionistas egresados de la UNAM, independientemente de la carrera que cursen, deben ser personas cultas que puedan encabezar los cambios que necesita nuestro país. Emplear los conocimientos de la física para comprender mejor el manejo de la nueva tecnología es otro importante uso, pues ésta ya produce desde teléfonos inalámbricos, aparatos electrodomésticos de comunicación computarizados, como el fax o los servicios de satélites artificiales, hasta juguetes y otras aplicaciones que se aprovechan mejor si se conocen los fundamentos de la física. Quien conoce los principios fundamentales de la física comprende mejor las posibilidades de uso de aparatos y equipos. Incursión.
La relación entre ciencia, tecnología y sociedad ha permitido que el hombre comprenda mejo mejorr los los fenóm fenómen enos os natura naturale less y los los apro aprovec veche he para para su ben benef efic icio io.. A cont contin inua uaci ción ón presentamos una breve descripción de algunas actividades que son primordiales para el desarrollo social. Tomamos como ejemplo la alimentación, pero destacando el papel de los conocimientos de física. En esta actividad básica interviene la física desde el diseño de máquinas simples: arado, pico, pala, azadón hasta sistemas complejos, como maquinaria para romper, mover y airear la tierra o para recolectar cosechas, formar canales, regar o construir depósitos de agua. En toda todass ella ellass se util utiliz izan an cono conoci cimi mien ento toss de mecá mecáni nica ca,, hidr hidráu áuli lica ca,, term termod odin inám ámic icaa y electromagnetismo. En la conservación de alimentos también se aplican algunos conocimientos de física. Se han diseñado técnicas para producir vacío y evitar su descomposición; para la fabricación de los recipientes recipientes de conservas conservas se requiere requiere conocer las cualidades cualidades y propiedades propiedades de los materiales, materiales, ya que cada uno de ellos tiene características particulares. Resumen tomado del Libro para el alumno de Física 1. Colección 99-1. Área de Ciencias Experimentales. CCH. UNAM. Autores: Virginia Astudillo, Rolando Mercado, et al.
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La ubicación de los bancos de peces (empleando el sonar), su recolección y transporte usando barcos, son actividades en los cuales está presente la física; movimiento de embarcaciones, motores de combustión interna, instrumentos de orientación (brújula y aparatos de navegación que emplean principios del electromagnetismo) y procesos en las empacadoras y distribuidoras también recurren a los conocimientos de física. En relación con la ganadería, sabemos que hay problemas por los pastizales, ya que por lograr mejores condiciones para la ganadería arrasamos con terrenos de bosques o selvas, los cuales son sustituidas por sembradíos de pastos, forraje y granos; el traslado del ganado requiere de algunas aplicaciones de la física, lo mismo su manejo en el rastro, donde existen herramientas adecuadas para quitarles la piel, destazarlos, separar la carne de acuerdo a las características de cada parte del animal y, de igual manera, es preciso mantenerla con conservadores a temperatura adecuada. En todos los casos son necesarios los conocimientos de física. La crianza de aves también utiliza aplicaciones tecnológicas derivadas de la física, por ejemplo, las incubadoras requieren condiciones específicas, en las cuales están relacionadas variables como la presión, temperatura, iluminación, humedad, donde los conocimientos de física nos permiten diseñar adecuadamente el equipo para regular estas variables. Por supuesto, no sólo la física está alrededor de la alimentación, en esta industria están involucradas muchas disciplinas para satisfacer los gustos del consumidor, como presentación, color, sabor, contenido nutritivo, aspectos exteriores donde se conjugan conocimientos físicos, químicos, biológicos, psicológicos, económicos y sociológicos. 1.2
Física clásica y física contemporánea
La física es una ciencia vinculada, en mayor o menor grado, con casi todas las ciencias; ha sido la primera en dar explicaciones cuantitativas de muchos fenómenos a partir de conceptos teóricos, es decir, fue la primera en desarrollar un modelo teórico capaz de predecir el valor que tendrían ciertas variables, por ejemplo, la mecánica celeste desarrolló la teoría de la gravitación universal con la que se pueden predecir, con gran precisión, los eclipses y el lugar donde se encontrarán los planetas en un momento determinado. Antes de que existiera formalmente la física, se predijeron fenómenos astronómicos, tal es el caso de pueblos como el maya, el egipcio o el babilonio, pero sus predicciones carecían de una teoría, porque se fundamentaban en la extrapolación de sus observaciones. Debido a esto, se dice que la física es una ciencia fundamental, es decir, que es el fundamento del estudio de la Naturaleza y que refuerza a otras ciencias como la química, la geofísica, la astronomía, la geología o la biología. De todo lo que ha descubierto la física es importante distinguir dos tipos de leyes: las de la física clásica y las de la contemporánea. La física clásica comprende las siguientes ramas: mecánica, termodinámica y electromagnetismo; la física contemporánea abarca: física atómica y molecular, física nuclear y de partículas elementales y física del estado sólido. Hay muchas ramas secundarias y mezclas de las mencionadas anteriormente, además de que están apareciendo nuevos campos. Esta clasificación es útil para tener idea de los diversos campos de la física.
¿Por qué es importante distinguir la física clásica de la contemporánea?
Porque la primera presenta teorías que tienen correspondencia con la imagen que nos formamos de la Naturaleza y con la información que nos brindan directamente nuestros sentidos, es decir, nos proporciona la explicación de fenómenos que ocurren a escala del hombre, es decir, con objetos macroscópicos; mientras que la segunda explica fenómenos acerca del funcionamiento de los fenómenos en el mundo microscópico, aun cuando muchos de ellos parecen contradictorios con la imagen mental que tiene una persona, pero también explica fenómenos a escala astronómica. La imagen que de la naturaleza se va formando cada quien desde su infancia se fundamenta en la información que los sentidos suministran, así como por la reflexión que sobre ellos hace la persona. Lo más importante es la reflexión, y hay que señalar que no debemos quedarnos con la simple imagen que construimos directamente de lo que vemos, oímos o sentimos. El ejemplo más célebre es la rectificación que la ciencia tuvo que hacer para explicar el "movimiento" del Sol en torno a la Tierra. La explicación formal se realizó en Europa, aun cuando la discusión sobre el tema duró más de dos siglos. Ahora sabemos que el Sol se mueve, pero que el día y la noche son por el giro de la Tierra, de manera que al estar nosotros sobre su superficie, giramos junto con ella para "asomarnos" hacia donde está el Sol cuando amanece, en lugar de que sea el Sol el que se "eleve" sobre la superficie terrestre. Así, no podemos quedarnos únicamente con las primeras informaciones que nos dan nuestros sentidos. La imagen de la Naturaleza que se empezó a construir desde hace 500 años, sustituyó a la que predominó durante la Edad Media en Europa y a la existente en otras culturas, a ella se le llama "ciencia moderna" y, aunque explica los fenómenos naturales de modo diferente, comparte muchos conceptos con la imagen anterior. La mecánica y la termodinámica explican con una nueva visión los fenómenos, pero para ello emplean conceptos de enfoques anteriores. Todos los físicos de fines del siglo XIX confiaban en que, con los conocimientos que hasta ese momento tenían, podían explicar los fenómenos conocidos y los que estaban por descubrirse. Entonces ocurrió una especie de cataclismo intelectual que desembocó en la creación de una rama de la física totalmente novedosa, la mecánica cuántica, de ella se siguen obteniendo conclusiones y creando nuevas teorías, con las cuales avanzamos hacia la conformación de una nueva imagen de la Naturaleza, más profunda, nueva y compleja que la tenida con la "ciencia moderna". No sabemos en qué dirección se orientará la ciencia, pero sí sabemos que la física ya se apoya en teorías muy novedosas, por ello se emplean los nombres de "física clásica" y "física contemporánea". Con la física contemporánea podemos explicar fenómenos naturales que parecen contradictorios al sentido común, es decir, contradictorios a la imagen ingenua que generalmente se tiene de la Naturaleza. Por ejemplo, ninguno de nosotros puede pensar que haciendo chocar dos pequeños balines de 1 g de peso cada uno, éstos se unan para que se obtenga una pesada bola de billar de casi 300 g y que en seguida esta pelota se haga pedazos lanzando luz y otros objetos en todas direcciones. Sin embargo, fenómenos equivalentes al narrado son observados en el mundo de las partículas elementales, esto se confirmó con el descubrimiento del Quark Top en 1994, y la explicación la proporcionó la física contemporánea. Resumen tomado del Libro para el alumno de Física 1. Colección 99-1. Área de Ciencias Experimentales. CCH. UNAM. Autores: Virginia Astudillo, Rolando Mercado, et al.
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Otro ejemplo que no coincide con la imagen clásica se presenta diariamente en los cables de conducción eléctrica. La analogía sería como si en una prisión de paredes muy altas, con miles de reos, uno que otro prisionero apareciera de repente en la calle, caminando fuera de la cárcel. Lo primero que los vigilantes pensarían es que dicho preso hizo un túnel, aunque después de revisar cuidadosamente el muro encontraran que está intacto. En mecánica cuántica existe dicho fenómeno, el efecto túnel, cuando hay situaciones en las que partículas subatómicas atraviesan altas barreras de energía, equivalente a los altos muros de una prisión. Al conectar dos conductores eléctricos y cerrar el circuito con una pila de bajo voltaje, hay un efecto túnel en el que los electrones pasan de un conductor al otro. En los últimos años, los fenómenos en los que parece como si dos fotones "se comunicaran" instantáneamente a enormes distancias, se han producido mediante experimentos cuidadosamente realizados. Efectos como estos hacen que la física contemporánea exija conceptos de naturaleza diferente a los de la física clásica y por eso es importante señalar que esta rama de la física surgió en el siglo XX y nos muestra un aspecto de la realidad, que no podemos imaginar usando conceptos que aprendemos empíricamente. Hablamos de "nuestro mundo" y del "mundo atómico", aunque solamente haya uno, pero en el siglo XX la ciencia nos hizo comprender que la Naturaleza es mucho más compleja de lo que creemos, usando solamente nuestros sentidos o sus extensiones, como el telescopio, microscopio o las cámaras fotográficas ultra-rápidas. Hay otra parte de la realidad, muy importante en ciertos fenómenos a la que no podemos "asomarnos" directamente. 1.3
Carácter explicativo y predictivo de la física
El estudio de los fenómenos físicos se efectúa en tres diferentes niveles: descripciones, clasificaciones y explicaciones. Descripción:
Es informar lo que perciben nuestros sentidos sobre la realidad física. Consiste en caracterizar un fenómeno o situación concreta indicando sus rasgos más peculiares o distintivos. Generalmente, al hacer una descripción se intenta responder a preguntas como: — ¿Qué es? — ¿Cómo es? (qué propiedades tiene) — ¿Dónde está? (lugar o espacio, entorno) — ¿De qué está hecho? (composición) — ¿Cómo están relacionadas sus partes? (configuración) — ¿Cuánto es? (cantidad, tamaño y dimensiones) — ¿Qué forma tiene? La descripción proporciona información primaria y sirve de punto de partida para producir conocimiento. Clasificación:
Consiste en formar grupos, clases o categorías de datos o fenómenos, considerando propiedades comunes o cualidades similares. De un mismo conjunto de objetos se pueden hacer muchas clasificaciones, pero no todas son útiles. La clasificación es una operación más compleja que la descripción, pero no es una explicación. Explicación:
Explicar es un intento de responder preguntas: ¿por qué?, ¿por qué sucede algo?, ¿cómo sucede?, ¿cómo es? Generalmente la explicación tiene como propósito: a) dar explicación de la causa de un fenómeno, b) insertar el fenómeno en una generalización. Una cosa es recoger datos, descubrir situaciones de tipo descriptivo o clasificar fenómenos; pero saber por qué ocurren, cuáles son los factores que los modifican y cómo evolucionan, es otro asunto. El nivel explicativo intenta dar cuenta de la realidad a través de leyes científicas o teorías. Las leyes son explicaciones sobre hechos y fenómenos dados en determinadas circunstancias; las teorías constituyen un sistema explicativo global de la realidad. La explicación está íntimamente ligada a la causalidad; pero no como una situación de causaefecto. Más bien establece las relaciones entre fenómenos que enlazan dos variables de una función: a todo valor de una variable corresponde un valor de otra. Esto implica un efecto mutuo o simultáneo, esto es, una interacción o correspondencia. Así, existen relaciones en las cuales, mientras que para una variable hay un valor, para otra hay varios, algunos de ellos con mayor probabilidad que los demás. Los conceptos aparecen en forma de teorías, leyes, generalizaciones y definiciones. Mediante los conceptos se describe y explica el comportamiento de la Naturaleza en su aspecto físico. Para construirlos se han usado diversos métodos. El trabajo que realizan los físicos es analizado por los filósofos de la ciencia, ellos estudian los métodos para producir el conocimiento, sus límites y sus características. Francis Bacon (1600) encontró que el conocimiento científico se obtiene por el método inductivo, el cual es un proceso que se inicia con el estudio de casos particulares y, a partir de éstos, se llega a una generalización. Este concepto de Bacon conocido como método científico, establece las bases para construir conceptos partiendo de la experiencia y nuevas observaciones experimentales. Kari Popper (1930) observó que el conocimiento científico requiere pasar por las etapas de verificación, refutación y comprobación de los conceptos. Un concepto puede ser examinado haciendo una predicción y evaluar tanto ésta como aquél. Si se verifica la predicción entonces el concepto es validado. Si la predicción falla, el concepto debe ser rechazado, restringido, revisado o reemplazado. Esta característica induce a la gente a creer que el conocimiento científico es el más confiable que puede existir. El concepto es sólo una interpretación de la realidad y no la realidad misma. El criterio de aceptación de éste es que, al hacer una predicción, se verifique con respecto a las observaciones o mediciones. Si no es adecuado para verificar la predicción, se modifica o sustituye. Sin embargo, las fallas de los conceptos obligan a construir otros más acertados para describir y explicar la realidad. En nuestro curso intentamos construir conceptos a partir de otros. Primeramente daremos forma al concepto de sistema, y en este proceso aparecerán otros que contribuyen a describir y explicar el mundo físico. La confiabilidad del conocimiento reside en su poder predictivo, es decir, que sepamos con anticipación si un determinado fenómeno ocurrirá, cómo ocurrirá, su magnitud y su posible beneficio o perjuicio.
Resumen tomado del Libro para el alumno de Física 1. Colección 99-1. Área de Ciencias Experimentales. CCH. UNAM. Autores: Virginia Astudillo, Rolando Mercado, et al.
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