HOLA TARINGUEROS! EN ESTA OCASION VENGO A PRESENTARLES UN POST QUE HIZE HACE MUCHO TIEMPO Y NO FUE CONCLUIDA, AHORA QUE ESTOY CON MAS TIEMPO YA ESTA CONCLUIDA Y LO POSTEÉ, ES SOBRE LA FISICA, TODAS LAS LEYES IMPORTANTES, TEORÍAS, ÁREAS, RAMAS, EXPERIMENTOS , TODO PARA QUE TE LLEVES ALGUNA NOCIÓN DE LO QUE ES EL MUNDO DE LA FÍSICA
, BUENO SIN MAS PALABRAS ESPERO QUE LES GUSTE EL POST...
CONTENIDO DEL POST:
¿Qué es la Física ?
Teorías Importantes
Áreas de Investigación
Ramas de la Física
Experimentos de Física
EMPEZEMOS CON EL POST:
1. ¿QUÉ ES LA FÍSICA?
La física es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones.
La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVI surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.
La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física a menudo resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.
La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física , así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.
La física , en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.
Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Epicuro o Aristóteles, y fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac y Richard Feynman, entre muchos otros.
2. TEORIAS IMPORTANTES Y CENTRALES:
A) Mecánica clásica
Se conoce como mecánica clásica a la descripción del movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en comparación con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta mecánica, conocidas como mecánica newtoniana y mecánica analítica.
La mecánica newtoniana, como su nombre indica, lleva intrínsecos los preceptos de Newton. A partir de las tres ecuaciones formuladas por Newton y mediante el cálculo diferencial e integral, se llega a una muy exacta aproximación de los fenómenos físicos. Esta formulación también es conocida como mecánica vectorial, y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir su vector en un sistema de referencia inercial privilegiado.
La mecánica analítica es una formulación matemática abstracta sobre la mecánica; nos permite desligarnos de esos sistemas de referencia privilegiados y tener conceptos más generales al momento de describir un movimiento con el uso del cálculo de variaciones. Existen dos formulaciones equivalentes: la llamada mecánica lagrangiana es una reformulación de la mecánica realizada por Joseph Louis Lagrange que se basa en la ahora llamada ecuación de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mínima acción; la otra, llamada mecánica hamiltoniana, es una reformulación más teórica basada en una funcional llamada hamiltoniano realizada por William Rowan Hamilton. En última instancia las dos son equivalentes.
En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: el tiempo es absoluto, la naturaleza realiza de forma espontánea la mínima acción y la concepción de un universo determinado.
B) Electromagnetismo
El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos. Se puede dividir en electrostática, el estudio de las interacciones entre cargas en reposo, y la electrodinámica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la radiación. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la fuerza de Lorentz y en las ecuaciones de Maxwell.
La electrostática es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por la ley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre sí. Su comportamiento se puede analizar en términos de la idea de un campo eléctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estará sujeto a una fuerza proporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicación. El que la fuerza sea atractiva o repulsiva depende de la polaridad de la carga. La electrostática tiene muchas aplicaciones, que van desde el análisis de fenómenos como tormentas eléctricas hasta el estudio del comportamiento de los tubos electrónicos.
La electrodinámica es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos eléctricos y magnéticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magnético, la electrodinámica se refiere a efectos tales como el magnetismo, la radiación electromagnética, y la inducción electromagnética, incluyendo las aplicaciones prácticas, tales como el generador eléctrico y el motor eléctrico. Esta área de la electrodinámica, conocida como electrodinámica clásica, fue sistemáticamente explicada por James Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenómenos de esta área con gran generalidad. Una novedad desarrollada más reciente es la electrodinámica cuántica, que incorpora las leyes de la teoría cuántica a fin de explicar la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Paul Dirac, Heisenberg y Wolfgang Pauli fueron pioneros en la formulación de la electrodinámica cuántica. La electrodinámica relativista da unas correcciones que se introducen en la descripción de los movimientos de las partículas cargadas cuando sus velocidades se acercan a la velocidad de la luz. Se aplica a los fenómenos involucrados con aceleradores de partículas y con tubos electrónicos funcionando a altas tensiones y corrientes.
El electromagnetismo abarca diversos fenómenos del mundo real como por ejemplo, la luz. La luz es un campo electromagnético oscilante que se irradia desde partículas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.
Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como las microondas, antenas, máquinas eléctricas, comunicaciones por satélite, bioelectromagnetismo, plasmas, investigación nuclear, la fibra óptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnéticas, la conversión de energía electromecánica, la meteorología por radar, y la observación remota. Los dispositivos electromagnéticos incluyen transformadores, relés eléctricos, radio / TV, teléfonos, motores eléctricos, líneas de transmisión, guías de onda, fibras ópticas y láseres.
C) Relatividad
La relatividad es la teoría formulada principalmente por Albert Einstein a principios del siglo XX, y se divide en dos cuerpos de investigación: la relatividad especial y la relatividad general.
En la teoría de la relatividad especial, Einstein, Lorentz y Minkowski, entre otros, unificaron los conceptos de espacio y tiempo, en un ramado tetradimensional al que se le denominó espacio-tiempo. La relatividad especial fue una teoría revolucionaria para su época, con la que el tiempo absoluto de Newton quedó relegado y conceptos como la invariancia en la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo, la contracción de la longitud y la equivalencia entre masa y energía fueron introducidos. Además, con las formulaciones de la relatividad especial, las leyes de la física son invariantes en todos los sistemas de referencia inerciales; como consecuencia matemática, se encuentra como límite superior de velocidad a la de la luz y se elimina la causalidad determinista que tenía la física hasta entonces. Hay que indicar que las leyes del movimiento de Newton son un caso particular de esta teoría donde la masa, al viajar a velocidades muy pequeñas, no experimenta variación alguna en longitud ni se transforma en energía, y al tiempo se le puede considerar absoluto.
Por otro lado, la relatividad general estudia la interacción gravitatoria como una deformación en la geometría del espacio-tiempo. En esta teoría se introducen los conceptos de la curvatura del espacio-tiempo como la causa de la interacción gravitatoria, el principio de equivalencia que dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes de la relatividad especial son invariantes y la introducción del movimiento de un partícula por líneas geodésicas. La relatividad general no es la única teoría que describe la atracción gravitatoria, pero es la que más datos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente, a la interacción gravitatoria se la describía matemáticamente por medio de una distribución de masas, pero en esta teoría no solo la masa percibe esta interacción, sino también la energía, mediante la curvatura del espacio-tiempo, y es por eso que se necesita otro lenguaje matemático para poder describirla, el cálculo tensorial. Muchos fenómenos, como la curvatura de la luz por acción de la gravedad y la desviación en la órbita de Mercurio, son perfectamente predichos por esta formulación. La relatividad general también abrió otro campo de investigación en la física , conocido como cosmología, y es ampliamente utilizado en la astrofísica.
D) Termodinámica y mecánica estadística
La termodinámica trata los procesos de transferencia de calor, que es una de las formas de energía, y cómo se puede realizar un trabajo con ella. En esta área se describe cómo la materia en cualquiera de sus estados (sólido, líquido, gaseoso) va transformándose. Desde un punto de vista macroscópico de la materia, se estudia como ésta reacciona a cambios en su volumen, presión y temperatura, entre otras magnitudes. La termodinámica se basa en cuatro leyes principales: el equilibrio termodinámico (o ley cero), el principio de conservación de la energía (primera ley), el aumento temporal de la entropía (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).
Una consecuencia de la termodinámica es lo que hoy se conoce como mecánica estadística. Esta rama estudia, al igual que la termodinámica, los procesos de transferencia de calor, pero, al contrario a la anterior, desde un punto de vista molecular. La materia, como se conoce, está compuesta por moléculas, y el conocer el comportamiento de una sola de sus moléculas nos lleva a medidas erróneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementos caóticos o aleatorios, y se utiliza el lenguaje estadístico y consideraciones mecánicas para describir comportamientos macroscópicos de este conjunto molecular microscópico.
E) Mecánica cuántica
La mecánica cuántica es la rama de la física que trata los sistemas atómicos y subatómicos, y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades observables. Se basa en la observación de que todas las formas de energía se liberan en unidades discretas o paquetes llamados cuantos. Sorprendentemente, la teoría cuántica sólo permite normalmente cálculos probabilísticos o estadísticos de las características observadas de las partículas elementales, entendidos en términos de funciones de onda. La ecuación de Schrödinger desempeña el papel en la mecánica cuántica que las leyes de Newton y la conservación de la energía hacen en la mecánica clásica. Es decir, la predicción del comportamiento futuro de un sistema dinámico, y es una ecuación de onda en términos de una función de onda la que predice analíticamente la probabilidad precisa de los eventos o resultados.
En teorías anteriores de la física clásica, la energía era tratada únicamente como un fenómeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una región muy concreta del espacio y que se mueve de manera continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y se absorbe en cantidades discretas y minúsculas. Un paquete individual de energía, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como una partícula de materia. Por otro lado, se encontró que las partículas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una región determinada, sino más bien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiación emitida o absorbida por un átomo sólo tiene ciertas frecuencias (o longitudes de onda), como puede verse en la línea del espectro asociado al elemento químico representado por tal átomo. La teoría cuántica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, o fotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del átomo sólo pueden tener ciertos valores de energía permitidos. Cuando un electrón pasa de un nivel permitido a otro, una cantidad de energía es emitida o absorbida, cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energía entre los dos niveles.
3. ÁREAS DE INVESTIGACIÓN
A) Física teórica
La cultura de la investigación en física en los últimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separación de los físicos que se dedican a la teoría y otros que se dedican a los experimentos . Los teóricos trabajan en la búsqueda de modelos matemáticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Así pues, teoría y experimentos están relacionados íntimamente. El progreso en física a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.
La física teórica está muy relacionada con las matemáticas. Esta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el cálculo diferencial e integral, el análisis numérico y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de física computacional y matemática son áreas de investigación activas.
Los teóricos pueden concebir conceptos tales como universos paralelos, espacios multidimensionales o minúsculas cuerdas que vibran, y a partir de ahí, realizar hipótesis físicas.
B) Materia condensada
La física de la materia condensada se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas de la materia, tales como la densidad, la temperatura, la dureza, o el color de un material. Los materiales consisten en un gran número de átomos o moléculas que interactúan entre ellos, por lo que están "condensados", a diferencia de estar libres sin interactuar. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.
Las fases "condensadas" más comunes son sólidos y líquidos, que surgen del enlace químico entre los átomos, debido a la interacción electromagnética. Fases más exóticas son los superfluidos, los condensados de Bose-Einstein encontrados en ciertos sistemas atómicos a muy bajas temperaturas, la fase superconductora de los electrones de conducción de ciertos materiales, y las fases ferromagnética y antiferromagnética de los spines en las redes atómicas.
La física de la materia condensada es el campo de la física contemporánea más extenso y que involucra a un mayor número de físicos. Históricamente, la física de la materia condensada surgió de la física de estado sólido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresión física de la materia condensada aparentemente fue acuñada por Philip Anderson cuando renombró en 1967 su grupo de investigación, anteriormente llamado de teoría del estado sólido. La física de la materia condensada tiene una gran superposición con la química, la ciencia de materiales, la nanotecnología y la ingeniería.
C) Física atómica y molecular
La física atómica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales o estructuras que contienen unos pocos átomos. Ambas áreas se agrupan debido a su interrelación, la similitud de los métodos utilizados, así como el carácter común de las escalas de energía relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.
La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar "ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los relojes atómicos), aumentar la precisión de las mediciones de constantes físicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teorías como la relatividad o el modelo estándar, medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica, y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un condensado de Bose-Einstein de pocos átomos).
La física molecular se centra en estructuras moleculares y sus interacciones con la materia y con la luz.
D) Física de partículas o de altas energías
La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si éstas fueran partículas. Es llamada también física de altas energías, pues muchas de las partículas elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en colisiones de alta energía entre otras partículas, como se hace en los aceleradores de partículas. Los principales centros de estudio sobre partículas son el Laboratorio Nacional Fermi o Fermilab, en Estados Unidos, y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear o CERN, en la frontera entre Suiza y Francia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a las que se cree existieron en el Big Bang, y así se intenta tener cada vez más pruebas del origen del universo.
En la actualidad, las partículas elementales se clasifican siguiendo el llamado Modelo Estándar en dos grandes grupos: bosones y fermiones. Los bosones son las partículas que interactúan con la materia y los fermiones son las partículas constituyentes de la materia. En el modelo estándar se explica cómo las interacciones fundamentales en forma de partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones). Así, el electromagnetismo tiene su partícula llamada fotón, la interacción nuclear fuerte tiene al gluón, la interacción nuclear débil a los bosones W y Z y la gravedad a una partícula hipotética llamada gravitón. Entre los fermiones hay más variedad; se encuentran dos tipos: los leptones y los quarks. En conjunto, el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partículas/anti-partículas) junto con 3 familias de bosones de gauge responsables de transportar las interacciones.
E) Astrofísica
La astrofísica y la astronomía son ciencias que aplican las teorías y métodos de otras ramas de la física al estudio de los objetos que componen nuestro variado universo, tales como estrellas, planetas, galaxias y agujeros negros. La astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que, grosso modo, la astrofísica busca explicar su origen, su evolución y su comportamiento. Actualmente los términos astrofísica y astronomía se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.
Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física . Desde que el telescopio espacial Hubble nos brindó detallada información de los más remotos confines del universo, los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.
Debido a que la astrofísica es un campo muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física , incluida la mecánica, el electromagnetismo, la mecánica estadística, la termodinámica, la mecánica cuántica, la relatividad, la física nuclear y de partículas, y la física atómica y molecular. Además, la astrofísica está íntimamente vinculada con la cosmología, que es el área que pretende describir el origen del universo.
F) Biofísica
La biofísica es un área interdisciplinaria que estudia la biología aplicando los principios generales de la física . Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos, obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.
Esta área está en constante crecimiento. Se estima que durante los inicios del siglo XXI cada vez la confluencia de físicos, biólogos y químicos a los mismos laboratorios se incrementará. Los estudios en neurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del electromagnetismo, la óptica y la física molecular al estudio de las neuronas.
4. RAMAS DE LA FÍSICA
A) Física Mecánica
Es la rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el movimiento de los cuerpos. De manera que cuando estudiamos el movimiento de caída de un cuerpo, el movimiento de los planetas, el choque de dos automóviles estamos, etc. estamos hablando de fenómenos mecánicos.
B) Física Termodinámica
Como su nombre lo indica esta rama de la física estudia los fenómenos térmicos. La variación de temperatura de un cuerpo, la fusión de un elemento, la dilatación de un cuerpo caliente, etc. Son fenómenos que se estudian en esta rama.
C) Física Acústica
En esta parte estudiamos las propiedades de las ondas que se propagan en un medio material, por ejemplo las ondas formadas en una cuerda o en la superficie del agua, aquí además se estudian los fenómenos audibles o sonoros, porque el sonido no es mas que un tipo de onda que se propaga en los medios materiales.
D) Física Óptica
Es la parte de la física que estudia los fenómenos visibles relacionados con la luz. La formación de nuestra imagen en un espejo, la observación de un objeto distante atreves de un lente, la descomposición de la luz blanca en una gama de colores atreves de un prisma, etc. Son todos fenómenos ópticos.
E) Física Electronica (Electricidad)
En esta rama de la física se incluyen todos los fenómenos eléctricos y magnéticos. De modo que se estudian aquí las atracciones y repulsiones entre cuerpos electrizados, el funcionamiento de los diversos electrodomésticos, las propiedades del imán, la producción de un relámpago en una tempestad, etc.
F) Física Moderna
Esta parte abarca el desarrollo que alcanzo la física durante el siglo XX, incluyendo el estudio de la estructura del átomo, del fenómeno de la radioactividad, de la teoría de la relatividad de Einstein, etc.
5. EXPERMIENTOS DE FÍSICA
A) Acerca de la presión atmosférica
Vivimos sumergidos!... Si, literalmente vivimos sumergidos, en el fondo de un "mar" de gas (el aire) que cubre todo nuestro planeta y que constituye la atmósfera. Como consecuencia, los kilómetros de gas que tenemos encima de nosotros "pesan" sobre nuestro cuerpo y sobre todo lo que nos rodea. Estamos sometidos a la presión atmosférica. Y podemos demostrar fácilmente que esa presión existe mediante el siguiente experimento:
Conseguir una latita vacía de gaseosa o cerveza. Ponerle un poco de agua y calentar hasta que hierva, manteniéndola así durante un minuto.
Con una pinza y cuidando de no quemarse, tomar la lata y sumergirla rápidamente en agua fría con la abertura hacia abajo (en una palangana o en la pileta de la cocina, por ejemplo). Verán que la lata se deforma hacia adentro, quedando completamente arrugada.
Qué pasó?...
El vapor de agua expulsó gran parte del aire que contenía la lata. Al enfriar bruscamente, ese vapor de agua condensó sobre las paredes internas de la lata creando en su interior un vacío parcial (una presión muy inferior a la atmosférica) y como consecuencia la presión exterior prácticamente aplastó la latita. El proceso es tan rápido que el agua no tiene tiempo de entrar por el agujero de la lata y llenarla.
A propósito, recordemos que el aire está compuesto básicamente por una mezcla de 78 % de nitrógeno y 21 % de oxígeno, y que el oxígeno es el que nos permite respirar y vivir en este, nuestro planeta Tierra. Vivir y convivir con otras especies animales y también con las PLANTAS las que, además de darnos alimento, GENERAN TODO EL OXÍGENO QUE POSEE LA ATMÓSFERA!!!
Por eso, esperemos que se detenga a tiempo la destrucción de los bosques, selvas y grandes praderas de todo el mundo, no sea que un dia nos enteremos que el contenido de oxígeno en la atmósfera ha comenzado a disminuir...
B) Midiendo la presión atmosférica
Si llenamos un tubo de vidrio de algo así como un metro de largo, cerrado por un extremo, con mercurio y lo damos vuelta colocando el extremo abierto en un recipiente con mercurio, veremos que el líquido baja hasta que la diferencia de nivel entre el mercurio del tubo y el del recipiente alcance unos 76 cm. No baja más porque la presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie del mercurio en el recipiente se lo impide. Habremos construido un manómetro de mercurio, que permitirá medir la presión atmosférica como la diferencia de nivel que mencionamos. Estos son instrumentos muy precisos que se pueden comprar...si uno tiene el dinero (y el interés!) suficientes. Tampoco es cuestión de ponerse a manejar mercurio, que es caro y venenoso.
Y si en lugar de mercurio usamos agua? El problema es que el agua es 13,6 veces menos densa que el mercurio y en consecuencia esa diferencia de 76 cm de la que hablamos se convierte en algo más de 10 metros!... Realmente un poco incómodo para trabajar...
Pero es muy fácil fabricar un manómetro sin pretensiones de precisión llenando una botella (preferentemente de paredes lisas) hasta la mitad con agua e invirtiendola, sumergiendo el gollete en un recipiente cualquiera (un vaso, un frasco vacío de mermelada, etc.) también con agua. De esa manera, el nivel del líquido variará al modificarse la presión atmosférica. Conviene pegar una tira de papel a lo largo de la botella para registrar con lápiz las variaciones de nivel. Y si en casa o en la casa de algún amigo hay un manómetro de esos de pared, podemos "calibrar" nuestro "manómetro hidráulico" poniendole números a las marcas. Otra posibilidad para la calibración es telefonear a algún aeródromo cercano y preguntar cual es la presión atmosférica en ese momento.
Y recuerden que la presión atmosférica que se considera normal es la equivalente a esos 76 cm de mercurio de los que hablamos, que en unidades modernas es de 1013 milibares (o 1013 hectopascales, según convención internacional).
C) Electricidad estática
La acumulación de cargas electricas en un cuerpo o trozo de material da lugar a la llamada electricidad estática. Este fenómeno puede originar diferencias de potencial de varios miles de voltios y, aunque ordinariamente no puede lastimar a nadie, puede conducir a la "electrocución" de los circuitos integrados de computadoras y otros artefactos electrónicos. Por eso la advertencia que se lee en muchos manuales técnicos: antes de tocar los circuitos, hay que tocar alguna pieza de metal conectada a tierra, para eliminar la electricidad estática del cuerpo (sobre todo si se camina sobre un piso alfombrado).
Otro poco agradable recordatorio de este fenómeno ocurre en dias muy secos cuando uno baja del auto y al tocar la puerta, recibe una descarga. Ha ocurrido inclusive que una pareja, al besarse, sufriese en carne propia la chispita a causa de la dichosa electricidad estática. Eso es amor!...
Proponemos un par de experimentos para poner en evidencia esa acumulación de cargas:
- Si tomamos un trozo de cinta de teflon (la que se usa para sellar cañerías) y deslizamos los dedos secos sobre la misma, veremos que adquiere una irresistible tendencia a "pegarse" a la ropa, a los muebles, a la pared...
Lo mismo pasa con una hoja de polietileno o una filmina de transparencias al frotarla con un pañuelo o, a veces, simplemente al separarla de una hoja de papel.
- Alguno de ustedes habrá notado que en dias de muy baja humedad se oyen leves chasquidos al peinarse el cabello en seco. El rozamiento del peine con el cabello genera transferencia de cargas de uno al otro; como las cargas tienden siempre a igualarse, saltan pequeñas chispas. Hagamos estas pruebas: i) luego de pasar el peine un par de veces por el cabello, pasemos los dientes del peine a unos milímetros de una oreja: oiremos claramente los chasquidos de las chispas al saltar desde el peine a nuestro cuerpo; ii) pasemos el peine por el cabello mirándonos en el espejo en una habitación a oscuras; luego de un par de minutos y cuando los ojos se hayan habituado a la oscuridad, además de oir los chasquidos, veremos tenues ráfagas de luz entre los cabellos producidas por las descargas eléctricas.
Tengan presente que todos estos fenómenos serán detectables en días secos y con materiales también secos.
D) Más electricidad estática
Vamos a jugar un poco más con la electricidad estática, generando algunas chispas que podremos ver claramente. Necesitaremos un plato de aluminio finito ( de esos que se descartan después de usar) y un trozo de telgopor (poliestireno expandido, muy liviano, de color blanco, que se usa generalmente para aislación térmica) de unos 20 x 20 cm , que puede ser una de esas bandejas que se usan en los supermercados para vender fiambres, quesos, etc.
Comencemos por pegar una pieza cualquiera de telgopor en la parte interior del plato, para que sirva de agarradera aislante. También se le puede sujetar con cinta adhesiva.
Ahora, apoyando la placa de telgopor sobre la mesa (si es una bandeja con la parte inferior hacia arriba), la frotamos con algún trapo de lana durante ½ minuto. A continuación, realizamos tres operaciones:
- Tomando el plato de aluminio desde la agarradera lo dejamos caer desde unos 20 o 30 cm encima del telgopor.
- Si ahora tocamos el borde del plato con un dedo, puede ser que percibamos una chispa entre el plato y el dedo;
- Levantamos el plato (siempre por la agarradera) y acercamos nuevamente el dedo al plato: otra chispa, que se ve (y se siente...) más claramente.
Podemos repetir varias veces los pasos 1, 2 y 3 sin necesidad de frotar cada vez la placa de telgopor. Conviene obscurecer la habitación para ver bien las chispas. Cómo se explica el experimento?
Cuando frotamos el telgopor con un trapo de lana, pasan electrones de la lana al telgopor, que se queda cargado negativamente. Al apoyar el plato de aluminio encima, sus electrones son repelidos por la carga de igual signo del telgopor, pero no tienen donde ir. Cuando tocamos el borde del plato, esos electrones aprovechan para escapar y tenemos una primera chispa. Pero al levantar el plato, este queda cargado positivamente, porque le faltan los electrones que se fueron. Si ahora nuevamente acercamos el dedo al plato, saltarán electrones desde el dedo, ocasionando la segunda chispa (y haciendo que el dedo nos pique un poco...).
En este experimento habremos generado una diferencia de potencial de algunos miles de voltios, pero las chispas son inofensivas porque la cantidad de electrones que circulan es muy pequeña. Recordar que estos experimentos funcionan con materiales bien secos y en días de baja humedad ambiente.
E) Los colores del arco iris
Los colores del arco iris resultan de la descomposición de la luz blanca (la luz del Sol) por un efecto combinado de reflexión y refracción en las gotas de agua. En general, veremos el arco iris cuando la luz del Sol, ubicado a nuestras espaldas, incide sobre una cortina de lluvia (o de agua pulverizada, frente a una caída de agua, de un sistema de riego en un parque, etc.). Pero, que es eso de descomposición de la luz blanca?
La luz viaja, o se propaga, como una onda, como las que se forman en la superficie del agua cuando tiramos una piedra en un lago. Como todas las ondas, las de la luz están caracterizadas por la longitud de onda, que es la distancia entre dos "lomos". Cada color que vemos está determinado por la longitud de onda de la luz, y lo que percibimos como luz blanca está formada por la mezcla de rayos de distinta longitud de onda, desde el violeta hasta el rojo. Por fuera de esa zona de luz visible existe radiación que el ojo humano no puede ver, como la luz ultravioleta y la luz infrarroja.
La manera más sencilla de descomponer la luz blanca en sus componentes de distintos colores es recurrir a una red de difracción o a un prisma. Lo más parecido a una red de difracción que podemos tener a mano es un disco compacto. Seguramente muchos de ustedes habrán visto los colores que se ven al reflejarse la luz sobre la superficie de un CD (la superficie de abajo!) con el ángulo apropiado. Pero ahora les vamos a proponer que construyan un prisma...
F) ¿Por qué el cielo es azul?
Buena pregunta, que requiere alguna buena respuesta... Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera de nuestro planeta, parte de ella es dispersada en todas direcciones por las moléculas del aire y por las partículas de polvo, humo, etc. que se encuentran en suspensión. Ahora bien, ese fenómeno de dispersión depende de la longitud de onda de la luz: es mayor para la luz de onda más corta, que está en la zona del azul, y menor para la luz de longitud de onda más larga, que es la luz roja. Entonces la luz azul, más dispersada por la atmósfera, es la que da su color al cielo. Y la luz que llega a la superficie, como ha perdido algo de la componente azul, es más roja. Y eso se ve claramente en los atardeceres, cuando la luz del Sol recorre un camino mucho más largo a través de la atmósfera, pierde una gran parte de su componente azul y entonces vemos al Sol de color rojo...
Es muy sencillo demostrar en casa todo lo dicho. Necesitamos un recipiente de vidrio incoloro de paredes paralelas (separadas por unos 10 cm, al menos) como una pecera y además una linterna y un poco de leche... Llenemos el recipiente con agua limpia y coloquemos la linterna en un soporte, de manera que el haz de luz atraviese el agua. Observando el agua de costado, o sea perpendicularmente al haz de luz, no veremos el haz, salvo por alguna burbuja o partícula en suspensión que refleje la luz. Si ahora volcamos en el agua algunas gotas de leche y luego agitamos para homogeneizar, veremos que las partículas en suspensión (gotitas microscópicas de grasa) dispersan parte de la luz hacia los costados y que el haz de luz se ve de color azulado. Mirando ahora el haz de luz de frente, o mejor, haciendolo incidir sobre un papel blanco, veremos que ha adquirido una tonalidad rojiza. Probemos de agregar unas gotas adicionales de leche y veremos que el efecto se ve aun más claramente.
G) El buzo de Descartes
En el siglo XVII un señor llamado René Descartes estudió el problema de la transmisión de la presión en los líquidos e inventó un "buzo" que podía hacer ascender y descender a voluntad dentro de un recipiente lleno de agua. Vamos a construir una versión actual de aquel aparato.
Necesitaremos un gotero de los que vienen en frascos de medicinas (al cual le sacamos la tapa de plástico, dejando solo el tubito de vidrio y la pera de goma) y una botella plástica ( de gaseosa o agua mineral). En primer lugar, llenemos el gotero con agua hasta que justamente flote: quedará en parte lleno de aire. Introduzcamos el gotero así preparado en la botella plástica llena con agua y cerremos bien la botella con su tapa.
Si ahora apretamos la botella con una mano, estaremos aumentando la presión en todo el líquido, que entrará a su vez en el gotero comprimiendo el aire que este contiene. La consecuencia será que nuestro "buzo" gotero se hundirá. Si soltamos la botella de plástico, disminuirá la presión en el líquido y el buzo ascenderá. Y el jueguito puede repetirse cuantas veces se quiera.
Si el "buzo" está bien equilibrado y basta una ligera variación de presión para hacerlo bajar o subir, veremos que durante los días de alta presión atmosférica, el "buzo" se irá solito al fondo de la botella...
H) El sonido de los objetos
Todos hemos escuchado el sonido de una campana. Pero...cómo se produce ese sonido? La campana es un cuerpo metálico que vibra al ser golpeado, a su vez esas vibraciones del metal provocan vibraciones en el aire que las rodea y esas vibraciones viajan por el aire, en forma de ondas de sonido, hasta nuestros oídos, donde hacen vibrar el tímpano, allí se generan pequeñas corrientes eléctricas que van a nuestro cerebro y entonces...oímos la campana!... Fácil, verdad?
Pero casi cualquier objeto metálico es capaz de vibrar y generar un sonido. Por ejemplo, si apoyamos firmemente el cabo de un tenedor sobre una mesa, tratamos de juntar con los dedos dos de los dientes del tenedor y los soltamos súbitamente, oiremos las vibraciones del tenedor, en cierto modo amplificadas por la mesa.
Otra manera de oír esas vibraciones es la siguiente: conseguimos un hilo o cuerda ( de los usados para hacer paquetes) de unos 70 u 80 cm de largo y le hacemos un lazo en el medio que nos permita atar el cabo del tenedor. Si ahora mantenemos los extremos del hilo con un dedo en cada oído, de manera que el tenedor cuelgue delante nuestro, y hacemos que el mismo golpee contra una superficie dura (por ejemplo el borde de una mesada de cocina), oiremos claramente la vibración del tenedor. En este caso no es meramente el aire sino el hilo lo que actúa como conductor del sonido.
Luego de oir el "concierto de tenedor", podemos probar con otros objetos metálicos: cucharas de distintos tamaños, cuchillos, tapas de ollas, sartenes, en fin, todo lo que nos permita usar la dueña (o dueño...) de la cocina. Los recipientes de vidrio (copas, frascos) también suelen sonar bien. Los objetos de plástico o metales blandos (como aluminio) en cambio, no generan sonidos interesantes.
I) El alma invisible de los imanes
Todos los imanes tienen dos polos, que en la aguja imantada de una brújula denominamos Norte y Sur porque apuntan hacia esos puntos cardinales. Entre esos polos de un imán existe un campo magnético que no vemos a simple vista. Sin embargo, es muy fácil revelar la existencia de ese campo magnético mediante un sencillo experimento:
Necesitaremos, además de un imán de cualquier forma, un poco de limaduras de hierro, así que tomemos un trozo de hierro (un clavo, un bulón, una chapa gruesa, etc.) y una lima para metales y trabajemos juntando las limaduras sobre un papel. Ahora coloquemos sobre el imán una hoja de papel grueso o cartulina y esparzamos las limaduras sobre la misma: veremos como las partículas de hierro se orientan a lo largo del campo magnético, entre los dos polos del imán (figura).
Luego hagamos lo mismo sobre el dorso de una de esas tarjetas de propaganda de pizzerías, heladerías, etc. que se adhieren magnéticamente a la puerta de la heladera. Qué revelan las limaduras? Revelan que la tarjeta tiene franjas paralelas magnetizadas. Otra manera de comprobar la existencia de esas franjas es deslizar el borde de una de esas tarjetas sobre el dorso de otra tarjeta: el polo magnético que está sobre el borde pasará sucesivamente sobre polos del mismo tipo ( S-S o N-N: se repelen) o de distinto tipo (S-N o N-S: se atraen), lo que se nota por los "saltos" de la tarjeta que movemos. Si no se notan esos saltos, girar una de las tarjetas un cuarto de vuelta, para que las invisibles franjas magnetizadas queden paralelas entre sí.
J) Una brújula sencillita
Necesitaremos un imán cualquiera y una aguja de coser. Apoyamos la aguja sobre una mesa y, sosteniéndola firmemente, la frotamos varias veces con uno de los polos del imán, pero siempre en el mismo sentido, por ejemplo desde el ojo hacia la punta de la aguja. Luego pegamos la aguja a un trocito de cartón, o de corcho, o de madera balsa, etc. de manera que el conjunto flote al ponerlo en la superficie del agua contenida en un vaso o taza de boca ancha (cuidando que no se "pegue" a un borde por tensión superficial), Veremos que la aguja, ahora convertida en un pequeño imán, gira hasta ubicarse en la dirección Norte-Sur. Si caminamos llevando nuestra brújula, veremos que la aguja permanece siempre alineada en la misma dirección.
Lo que ocurre es que la aguja imantada se orienta según el campo magnético de nuestro planeta Tierra, que se comporta como un enorme imán, con sus correspondientes polos Norte y Sur.
K) La naturaleza de la luz
Qué es la luz? Esa pregunta mantuvo ocupadas a las mentes inquisitivas de distintas épocas durante centenares de años. Recién en el siglo 17 dos hombres geniales, que fueron el inglés Isaac Newton y el holandés Cristian Huygens propusieron ideas concretas acerca de la naturaleza de la luz: uno la describió como una corriente de partículas, mientras que el otro dijo que se trataba de ondas que viajaban en el vacío. Hoy sabemos que la luz se comporta de las dos maneras: en algunos experimentos se comporta como si fuese efectivamente una corriente de partículas, mientras que en otros experimentos se manifiesta su naturaleza ondulatoria.
Podemos encontrar una excelente descripción de la naturaleza y propiedades de la luz, incluyendo la suma y resta de colores (algo de eso vimos en Experimentos frente al monitor), haciendo clic en este Sitio, realmente muy interesante.
L) La pelota flotante
Imaginemos el siguiente experimento: colocamos una pequeña pelota dentro de un chorro de aire que se mueve hacia arriba y vemos que la pelota queda suspendida a cierta altura, sin salirse del chorro. Y si empujamos ligeramente la pelota con un dedo hacia un costado, comprobamos que tiende a volver hacia el centro del chorro de aire.
Ahora, en lugar de imaginar el experimento, hagámoslo! Necesitaremos un buen soplador de aire, tal como un secador de cabello, o una aspiradora de polvo que permita conectar la manguera a la salida de aire (no todas las aspiradoras ofrecen esa opción). Necesitaremos además una pelotita liviana de ping-pong o de "telgopor" (poliestireno expandido, un material aislante) . Y ya tenemos todo lo necesario...
Porqué la pelotita queda suspendida en el chorro de aire? Porque el aire ejerce una presión sobre la parte inferior de la pelota, contrarrestando el peso de la misma. Pero luego el aire fluye por los costados de la pelota, creando una zona de baja presión a su alrededor que la mantiene en su lugar. Porque ya lo dijo don Bernoulli hace muchos años: donde el aire corre más rápido, la presión baja. Cuando empujamos suavemente la pelotita hacia un costado, ese costado se acerca al aire quieto de la habitación, donde la presión es mayor y tiende entonces a volver a la pelotita a su posición original. Original, verdad?
M) Atracción de latas
Vimos en el experimento anterior que "donde el aire corre más rápido, la presión baja". Y podemos comprobarlo nuevamente con este experimento muy simple:
Necesitaremos dos latitas vacías de cerveza o gaseosa y un poco de hilo. Colgamos entonces las latas con trozos de hilo de unos 30 o 35 cm de largo, de manera que estén separadas entre sí por 2 o 3 cm. Si soplamos ahora en el espacio entre las latas haciendo que allí el aire corra más rápido, veremos que estas se acercan entre sí porque en ese espacio la presión baja y entonces las latas se mueven hacia la zona de menor presión.
N) Luz visible
Qué tienen en común los rayos X, la luz del Sol, las ondas de televisión, las ondas de radio?... Tienen en común que son todas ondas electromagnéticas. Y cual es la diferencia entre ellas?... La diferencia está en la longitud de onda: muy corta en los rayos X, muy larga en las ondas de radio. Es precisamente la diferencia en longitud de onda lo que distingue a los distintos colores de la luz que vemos, como en el arco iris.
La luz infrarroja tiene una longitud de onda mayor que la luz roja y por esa razón nuestros ojos no la pueden percibir, pero podemos sentirla en la piel. Hagamos este experimento: acerquemos una mano al costado de una plancha caliente y sentiremos calor en la mano. Ocurre que la plancha está emitiendo ondas infrarrojas que percibimos como calor. Pero si interponemos entre la plancha y la mano una lámina de vidrio o de plástico transparente (una tapa de caja de CD puede servir) ya no sentiremos el calor. Eso significa que la luz visible puede atravesar el vidrio o el plástico, porque vemos la plancha a su través, pero las ondas infrarrojas no pueden atravesarlos!... A distinta longitud de onda, distintas propiedades de la luz...
+ YAPA!
ALGUNOS VIDEOS DE EXPERIMENTOS
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BUENO ESTE ES EL FIN DEL POST, ESPERO QUE HAYAN ENTENDIDO DE LO QUE ES LA FÍSICA, ESRO ES SOLO UN "RESÚMEN" POR ASI DECIRLO DE LO QUE ES EL MUNDO DE LA FÍSICA
, ESPERO QUE LES HAYA GUSTADO, GRACIAS POR VISITAR EL POST
