CAPÍTULO 1. Introducción a la física

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Miguel Vázquez Valenzuela
hace 6 años
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1 CAPÍTULO 1. Introducción a la física 1.5 La física y su relación con otras ciencias La física es una ciencia importante porque además de contribuir a la comprensión de la naturaleza y forma de vivir del ser humano ha influido en el desarrollo de otras ciencias como la astronomía, química, biología, etcétera. La física es importante para muchas ciencias naturales no sólo porque proporciona la base conceptual y la estructura teórica sobre la cual se fundan, sino porque aporta técnicas e instrumentos de medición que pueden utilizarse en la solución de sus problemas. La astronomía es una ciencia que da origen a la física mediante el estudio del movimiento regular de las estrellas y de las irregularidades de algunos planetas. Sin embargo, con el avance de la física, se desarrollan nuevas técnicas y aparatos de observación que permiten concluir que las estrellas y planetas están hechos de átomos de la misma naturaleza que aquellos que se encuentran en la Tierra. La interacción entre la astronomía y la física da origen a la astrofísica, la cual es una ciencia que utiliza las leyes de la física para el estudio de los astros, su origen, comportamiento, estructura, evolución e interacción con el medio. Asimismo, la física tiene una historia extensa de asociación con la medicina. En los siglos XVII y XIX en las principales universidades se estudiaba religión y medicina; no existían escuelas de ingeniería de alguna importancia. Muchos de los primeros descubrimientos importantes de la física pueden atribuirse a hombres preparados en escuelas de medicina. La relación entre la medicina y la física se mantuvo durante el siglo XX, una muestra de esto la constituye el hecho de que en 1962 el premio Nobel de fisiología y medicina se otorgó a F. Crick, M. Wilkins y J. Watson por sus trabajos sobre la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN) y el mecanismo del código genético. Pues bien, el norteamericano Watson era biólogo, pero los británicos Crick y Wilkins eran físicos. La historia de la ciencia señala que siempre ha existido una estrecha correlación entre los descubrimientos de la física y su uso en la práctica médica. Por ejemplo, a los pocos días que se descubrieron los rayos X, éstos se empezaron a utilizar en los hospitales para localizar fracturas de huesos, obstrucciones y objetos extraños en el cuerpo (figura 1.13). Gutiérrez, Física general Capítulo 1 Tema 1.5 1

Figura 1.13 Radiografía de Ana Bertha Roentgen, esposa del descubridor de los rayos X, tomada el 22 de diciembre de 1895. Los desarrollos de la biología han avanzado al mismo ritmo que la física.

2 Figura 1.13 Radiografía de Ana Bertha Roentgen, esposa del descubridor de los rayos X, tomada el 22 de diciembre de Los desarrollos de la biología han avanzado al mismo ritmo que la física. Por ejemplo, cuando en el siglo XVIII se perfeccionó el microscopio óptico, la biología incrementó sus conocimientos. Asimismo, las leyes de la física han permitido conocer cómo se llevan a cabo procesos como la circulación de la sangre, la transmisión nerviosa, la audición, la visión y muchos otros fenómenos biológicos. Los laboratorios de investigación biológica actualmente están llenos de instrumentos ópticos y electrónicos cuyo funcionamiento se basa en leyes físicas. Sin estos instrumentos no hubiera avanzado la genética. La interacción entre la biología y la física dio origen a la biofísica, una disciplina en la que se aplican las leyes de la física para la comprensión de diversos fenómenos biológicos. La química es otra ciencia natural estrechamente vinculada con la física. Por ejemplo, la teoría de los átomos fue comprobada en gran parte con experimentos químicos. La tabla periódica de Mendeleiev fue explicada por la mecánica cuántica, de manera que la química teórica, según Richard Feynman y otros físicos, es física. La interacción entre la física y la química dio origen a la fisicoquímica. La ciencia de los materiales es una aplicación de la física y la química que estudia, entre otras cosas, la materia en tanto es útil para alcanzar un determinado objetivo. Desde la antigüedad Gutiérrez, Física general Capítulo 1 Tema 1.5 2

3 el hombre se ha interesado por tener mejores materiales para cubrir sus necesidades. Es el caso de los materiales resistentes y ligeros a la vez, así como los medicamentos o materiales que pueden utilizarse como prótesis sin que los rechace el cuerpo humano (figura 1.14). Figura 1.14 La ciencia de los materiales permite la construcción de, por ejemplo, la prótesis de cadera, la cual está elaborada con titanio y cerámica. La ciencia de los materiales incluye el estudio de los semiconductores, los combustibles que se emplean en un reactor nuclear, los materiales que se emplean en la construcción de satélites para la comunicación, etcétera. Las ciencias de la Tierra como la geología, la meteorología y la sismología en la actualidad dependen de instrumentos como el termómetro, pluviómetro, sismógrafo, barómetro y gravitómetro, cuyo funcionamiento se basa en leyes físicas. La relación entre la geología y la física dio origen a la geofísica; esta disciplina aplica las leyes de la física al estudio de fenómenos relacionados con la Tierra. A pesar de los avances que ha habido en la física, aún quedan interrogantes que la geología ni la meteorología han podido responder: cuándo se forma un maremoto?, qué pasa en el interior de la Tierra?, cada cuándo se formará un volcán?, etcétera. Debemos reconocer que todavía falta mucho camino por recorrer para comprender el planeta que habitamos. Gutiérrez, Física general Capítulo 1 Tema 1.5 3

La física, a partir de sus descubrimientos y teorías, propone una visión de la naturaleza y del hombre, y la filosofía reflexiona sobre dicha visión.

4 La física, a partir de sus descubrimientos y teorías, propone una visión de la naturaleza y del hombre, y la filosofía reflexiona sobre dicha visión. La física y la filosofía no deben ni pueden estar separadas. De hecho, la filosofía subyace la actividad misma de los físicos; por ejemplo, se aceptan ciertas explicaciones como científicas, pero el planteamiento de qué es una explicación científica es una reflexión filosófica. La física es una ciencia que está presente en actividades cotidianas como los deportes y los juegos. En la actualidad los deportistas de alto rendimiento son entrenados de acuerdo con los conocimientos que se tienen en anatomía, fisiología y física para sacar el mayor provecho de sus cualidades y de las propiedades del equipo que utilizan. La música es un arte que guarda una estrecha relación con la física. Esta ciencia nos dice cómo vibra una cuerda de guitarra o el cuero de un tambor. La construcción de instrumentos, el estudio de las resonancias y cualidades de los sonidos así como la escala musical tienen que ver con la física. Los instrumentos electrónicos no se hubieran podido construir sin los grandes avances en el conocimiento de la física. Figura 1.15 Una sola fibra óptica es capaz de transmitir por segundo alrededor de conversaciones simultáneas. La física es una ciencia que influye de manera indirecta en la generación y solución de muchos problemas económicos, sociales y políticos que ha enfrentado y enfrenta la humanidad. Por ejemplo, la producción de la industria textil en el año de 1800 se incrementó notablemente Gutiérrez, Física general Capítulo 1 Tema 1.5 4

5 gracias a la utilización de máquinas de vapor y de hilar. Este logro permitió entre otros beneficios abaratar los costos del producto terminado (telas), pero también acarreó problemas sociales ya que la utilización de las máquinas ocasionó desempleo. La física es una ciencia que ha dado lugar a muchas aplicaciones tecnológicas; por ejemplo, cuando la cantidad de información que se generaba por teléfono, computadora o vía télex estaba agotando las capacidades de los cables de cobre para transportarla, se empezaron a utilizar cables de fibra óptica que, debido a su gran capacidad, reducido tamaño y nula interferencia eléctrica, son parte de la clave del desarrollo de las comunicaciones actuales. Una sola fibra óptica es capaz de transmitir por segundo alrededor de conversaciones simultáneas (figura 1.15). La física también ha influido en el diseño de nuevos dispositivos para transformar las energías solar, eólica y de los mares en energía eléctrica o mecánica para beneficio del ser humano. Este aprovechamiento de las fuentes de energía tiene tanta importancia para la ciencia como para la sociología, la economía y la política. Finalmente, cabe señalar que existe una estrecha relación entre la física y las matemáticas, ya que las leyes de la física se formulan por medio de las matemáticas. Estas últimas constituyen el lenguaje con que la física expresa las leyes de la naturaleza y son una herramienta para expresar de manera abstracta razonamientos organizados. No todas las matemáticas se emplean en la física, sólo una parte de sus conceptos y operaciones le resultan útiles. Es importante resaltar que algunas ramas de las matemáticas se desarrollaron a partir de la necesidad de hacer física, el cálculo diferencial es un ejemplo de ello. Descubre la física Gracias a la física sabemos que es posible hervir agua en un recipiente de papel. El calor que la flama transmite al papel es absorbido rápidamente por el agua, lo que provoca que el papel no alcance su temperatura de ignición. En síntesis, podemos decir que la física ha contribuido al desarrollo de otras ciencias y que sus instrumentos y técnicas han impulsado el avance de disciplinas como la medicina, la arquitectura y el arte, entre otras. La física está presente en todas las actividades humanas, tanto intelectuales como materiales. Gutiérrez, Física general Capítulo 1 Tema 1.5 5

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