1. INTRODUCCIÓN
¿Por qué estudiar Física? Existen dos caminos
fundamentales a seguir para que se pueda responder a esta pregunta.
Primeramente, esta ciencia es una de las
más primitivas, y empezó a ser estructurada como resultado de las observaciones
realizadas de los fenómenos temporales y espaciales que ocurren a nuestro alrededor.
La comprensión de esos fenómenos nos muestra cómo podemos utilizar los
principios y leyes que los rigen en nuestro beneficio, con el propósito de
alcanzar cuotas relevantes de bien estar social a través de las descubiertas
que se van haciendo y de las máquinas y mecanismos que se van construyendo.
Una segunda razón está en que el estudio
de la Física es una aventura estimulante que despierta el sentido de lo bello y
la inteligencia racional. Lo que conocemos del mundo físico está amparado en
fundamentos establecidos por grandes estudiosos que nos influenciaron
profundamente en las formas que tenemos de vivir y pensar.
Cuando aprendemos a usar la Física para
resolver problemas prácticos y entender los fenómenos cotidianos, nos deparamos
con un mundo emocionante y mágico. Si nos preguntamos por qué el cielo es azul,
cómo pueden las ondas de radio viajar por el espacio, o como un satélite
permanece en órbita, apreciaremos esta ciencia como un logro sobresaliente del
intelecto humano en una disputa por entender el mundo y la humanidad.
Para que se pueda iniciar un estudio
serio dentro de la Física, es necesario aprender algunos conceptos importantes.
Como no es puramente una ciencia
filosófica, descriptiva y teórica, sino que también se apoya en modelos idealizados
que son conceptualizados para atender situaciones prácticas, es imprescindible
el uso de sistemas de unidades de medición adecuados, que se emplean para
describir cuantidades físicas.
Las mediciones no poseen una respuesta
exacta, pero cuentan con estimaciones aproximadas y útiles.
Otro aspecto importante es el de contar
con el Álgebra Vectorial que muestra cómo se pueden representar y analizar cuantidades
físicas a las que se deben considerar conceptos de dirección, de sentido y de
punto de aplicación, además de sus valores escalares.
1.1. LA NATURALEZA DE LA FÍSICA
La Física es, antes de todo, una ciencia
experimental. Los físicos observan los fenómenos naturales y tratan de
encontrar padrones y principios que se relacionen con ellos. Esos padrones son
denominados teorías físicas, o si
están bien establecidos y son usados ampliamente, leyes
o principios físicos.
El desarrollo de una teoría física exige
creatividad en todas sus etapas. El físico debe aprender a hacer preguntas
apropiadas y diseñar experimentos adecuados, tratando de contestar a las nuevas
indagaciones que van surgiendo y de deducir las conclusiones acertadas y
convenientes sobre los resultados.
Ninguna teoría es una verdad final o
definitiva; cabe siempre la posibilidad de que nuevas observaciones obliguen a
modificarla o descartarla. ¡No se puede probar que una teoría es siempre
correcta!
Por ejemplo, si dejamos caer una pluma
de pájaro y una bola de cañón desde una determinada altura, veremos que ellas
no alcanzan el suelo al mismo tiempo. Por otro lado, si soltamos estos dos
objetos en el vacío para eliminar los efectos del aire, notaremos que caerán a
la misma velocidad. Esto quiere decir que existe un intervalo
de validez para que esos dos objetos alcancen la misma velocidad:
ellos deben tener un peso mayor que la fuerza ejercida por el aire. En la
superficie de la Tierra, los objetos como las plumas y los paracaídas están
fuera de ese intervalo.
Toda teoría física tiene un intervalo de validez fuera del cual no es
aplicable. Es común que un nuevo avance en Física extienda el intervalo de validez de un cierto principio.
Figura
1 - Galileo
Galilei. (Disponible en: <http://www.molwick.com/es/metodos-cientificos/128-metodos-experimental.html>.
Acceso en: 16/06/2015).
1.2. COMO RESOLVER PROBLEMAS EN FÍSICA
Cuando se empieza a estudiar Física, uno
de los grandes problemas que surgen, sino el más grande de ellos, es que a
pesar de que se puedan comprender los conceptos, una enorme dificultad aparece
a la hora de resolver los ejercicios. Por eso, es aconsejable tranquilidad para
que haya diligencia en la ejecución, pues entender verdaderamente un concepto
es lo mismo que saber aplicarlo a diversos problemas prácticos. ¡Es imposible saber Física sin saber hacer Física!
Debemos buscar estrategias de forma
eficiente y correcta para resolver las distintas situaciones que se van
manifestando. En Física, existen diferentes técnicas para solucionar lo que
para nosotros, más que un problema, debe ser visto como un desafío. Hay ciertos
pasos básicos que estamos obligados a seguir. Son pasos que pueden ayudar mucho
a los que escogen carreras técnicas o de ciencias deductivas: Matemáticas,
Ingeniería, Química, y demás.
Figura
2 – ¿Cómo
resolver problemas de Física? (Disponible en: <https://www.youtube.com/watch?v=4frkL-dsAnc>.
Acceso en: 16/06/2015).
Figura
3 - Modelo
idealizado. (Disponible en: <https://danielacardenas251.wordpress.com/tercer-corte/diagrama-de-cuerpo-libre/>. Acceso
en: 21/06/2015).
1.3. ESTÁNDARES E UNIDADES
Los experimentos requieren mediciones
cuyos resultados son expresados por números. Un número empleado para describir
cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad
física. Dos cantidades físicas que describen a una persona son su
peso y su estatura. En ciertos casos, las cantidades físicas son tan básicas
que se definen operativamente con facilidad, pero existen otros en que una
cantidad física solo puede ser descrita a partir de otras cantidades medibles.
Por ejemplo, podríamos definir la velocidad media de un objeto como la
distancia recorrida (medida con una regla) dividido entre el tempo empleado en
ese espacio (medido con un cronómetro).
Cuando se mide una cantidad, siempre la
comparamos con un estándar de referencia.
Este estándar define una unidad
de cantidad. Por ejemplo, el metro
es una unidad de distancia y
el segundo es una unidad de tiempo.
Es importante que se tenga en cuenta que cualquier cantidad lleva detrás de sí
una unidad estándar de referencia: 4,56 s = 4,56 x 1 segundo. Una cantidad sin
su unidad estándar de referencia no significa nada en Física.
Por tanto, el mundo científico tuvo que
entrar en un consenso para clasificar o elaborar un padrón, es decir, un sistema
de unidades estándar de referencia universal que fuese aceptado en todo o
mundo. Este padrón pasó a ser conocido como sistema métrico, cambiando
su nombre en 1960 para Sistema Internacional, o simplemente SI. Es
en este sistema donde están clasificadas todas las unidades estándar de referencia
utilizadas por científicos y técnicos en cualquier lugar:
Unidad de longitud – 1 metro;
Unidad de tempo – 1 segundo;
Unidad de masa – 1 kilogramo (kg);
Subunidades y unidades múltiples:
1 kilómetro = 1 km = 103 metros
= 103 m.
1 kilogramo = 1 kg = 103 gramas
= 103 g.
1 kilovatio = 1 kW = 103 vatios
= 103 W.
Figura 4 - Múltiplos del SI para gramo (g). (Disponible en: <http://www.sic.gov.co/drupal/sistema-internacional-de-unidades>. Acceso en: 10/12/2015).
Figura 5 - Múltiplos del SI para segundo (s). (Disponible en: <http://www.sic.gov.co/drupal/sistema-internacional-de-unidades>. Acceso en: 10/12/2015).
Figura 6 - Múltiplos del SI para metro
(m). (Disponible en:
<http://www.sic.gov.co/drupal/sistema-internacional-de-unidades>. Acceso
en: 10/12/2015).
Figura 7 - Múltiplos del SI para amperio
(A). (Disponible en:
<http://www.sic.gov.co/drupal/sistema-internacional-de-unidades>. Acceso
en: 10/12/2015).
REFERÊNCIAS
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