Índice Evolución de la Física ____________________________________ _______________________________________________________ ________________________ _____ 2
La Física antes de los Griegos G riegos ____________________________________ _____________________________________________________ _________________2 La Física durante los Griegos ____________________________________ _____________________________________________________ _________________2 La Física en la Edad Media ______________________________________ _______________________________________________________ _________________3 La Física en el Renacimiento ____________________ ________________________________________ __________________________________ ______________3 La Física en el Periodo Clásico___________________________ Clásico_____________________________________________ __________________________ ________4 La Física en el Periodo Moderno_____________________________________ ___________________________________________________ ______________5 Experimentos Cruciales______________________ Cruciales_________________________________________ ____________________________________ _________________5 Textos Clásicos ______________________________________ ________________________________________________________ __________________________ ________8 Fronteras y Perspectivas _______________________________ _________________________________________________ __________________________ ________ 9 _______________________________________________________ ________________________________ _____________10 Bibliografía____________________________________
Evolución de la Física La Física antes de los Griegos La física surgió a partir de la interrogante que tenia la humanidad ante el ¿por qué? de las cosas, el saber la explicación del por qué llueve, por qué sale el sol y se oculta, etc., hay que mencionar que antes de los griegos solo se formularon ciencias como las matemáticas, la astronomía y la medición del tiempo. El resto de los fenómenos físicos se atribuían a dioses que cada cultura creaba. Así por ejemplo los Babilónicos crearon a Marduck que era el responsable de la gravedad por así decirlo, y otros muchos más, que, nunca terminaríamos de mencionar. También hay que hacer hay que hacer hincapié que en las matemáticas si tuvieron avances, por ejemplo los Mayas inventaron el cero, los Egipcios elaboraban cálculos precisos para sus pirámides lo que implicaba geometría, también en otros estudios como en la astronomía se hicieron avances, como el de identificar planetas, dividir el año en 365 días como lo hicieron los Egipcios, y así esto aunque no grandes avances si importantes y fundamentales para la Física.
La Física durante los Griegos En esta etapa de la física hubieron infinidad de filósofos (que en ese entonces así se les llamaba), que formulaban teorías o pensamientos acerca del por qué de las cosas y de los fenómenos físicos, así pues hubieron tres que fueron los más destacados o los que formulaban teorías muy aceptables como lo son:
Arquímedes
Escribió importantes obras sobre geometría plana y de espacio, aritmética y mecánica. Definió la ley de la palanca, y se le reconoce como el inventor de la polea compuesta. Invento el tornillo sin fin, descubrió la ley de la hidrostática: dicho principio establece que todo cuerpo se encuentra dentro de un fluido experimenta a un empuje vertical hacia arriba, que es igual al peso del fluido desalojado por dicho cuerpo. Su famosa frase es dame un punto de apoyo y moveré la tierra.
Tales de Mileto
Primer filosofo griego que intento dar una explicación física del universo. La tierra para él era un disco plano cubierto por la semiesfera celesta flotando en un océano infinito. Para el todo nacía del agua, la cual era el elemento básico del que estaban hechas todas las cosas.
Aristóteles Sin duda el más Importante de los
griegos. El pensamiento que conocemos como Occidente
Europa, principalmente- estuvo dominado durante muchos siglos por las ideas de Aristóteles (384-322 a. n. e.). Este filosofo griego recopilo una enorme cantidad de información a partir de datos que le proporcionaban viajeros que observaban los más diversos fenómenos del mundo mediterráneo. La influencia de Aristóteles en el pensamiento de los romanos es incierta, pero tras la caída del imperio romano la joven cultura europea vio en sus escritos una fuente valiosa de conocimiento y de análisis acerca de la naturaleza. Lo malo es que las ideas de Aristóteles frecuentemente se basaban en su interpretación de lo que platicaban otros.
Este filósofo permitió que su intuición, junto con sus capacidades de razonamiento, fuesen las guías acerca de sus conclusiones acerca de la naturaleza. Una de las cosas que estudio Aristóteles fue el movimiento. Analizo que se mueven los objetos y propuso teorías que explicaban casi todo. Estas ideas sobre el movimiento sobrevivieron por más de 2000 años, lo que significa que fueron lo suficiente para que mucha gente pudiera explicar las cosas. Aristóteles dividió el movimiento en dos tipos: el natural y el violento, el natural era hacia arriba y abajo, puesto que era natural que las cosas pesadas cayeran y las cosas ligeras como el humo se elevara sin ningún esfuerzo. Para el movimiento violento era necesario aplicar una fuerza. Este movimiento es el resultado de fuerzas que tiran o empujan. Debido a este pensamiento se pensó durante mucho tiempo que como no avía fuerza suficiente para tirar o empujar a la tierra esta permanecía en reposo.
La Física en la Edad Media En esta etapa de la física no se produjeron grandes avances para la física, muchos estudioso le llaman también: La época de obscuridad, además de la física en otras ciencias tampoco se produjeron avances significativos.
La Física en el Renacimiento Es el nombre dado al amplio movimiento de revitalización cultural que se produjo en Europa occidental en los siglos XV y XVI. Sus principales exponentes se hallan en el campo de las artes aunque también se produjo la renovación en la literatura y las ciencias, tanto naturales como humanas. El término Renacimiento simboliza la reactivación del conocimiento y el progreso tras siglos de predominio de la mentalidad dogmática establecida en la Europa de la edad media. Esta nueva etapa planteó una nueva forma de ver el mundo y al ser humano, el interés por las artes, la política y las ciencias. Entre los Físicos más destacados de este periodo tenemos:
Nicolás Copérnico
Aun se creía que la tierra estaba en reposo cuando el astrónomo Nicolás Copérnico (14731543) formulo su teoría sobre el movimiento de la Tierra. Para explicar sus observaciones su única idea que funcionaba era la de que todos los planetas y las estrellas giraban alrededor del sol, su primer ejemplar fuel publicado el día de su muerte el 24 de mayo de 1543.
Galileo Galilei, F rancis Bacon y K epler
Bacon elaboro el método basado en experiencia como él lo llamaba, el cual consistía en reproducir la realidad, a esto lo conocemos como baconiano. Contemporáneo de él fue Galileo Galilei (1564-1642). Ambos contribuyeron al método experimental. Este es el antecedente de la f ísica moderna. Galileo contribuyo a la astronomía cuando descubrió, gracias al telescopio que el perfecciono, que la Luna no era lisa sino que presentaba cráteres y montañas; que el Sol tenía manchas y que Júpiter poseía por lo menos cuatro satélites que giraban alrededor de él. Con esto se le ocurrió que este mismo sistema se presentaba con el Sol y los demás planetas, apoyando la teoría heliocéntrica de Copérnico. Esto se publico en un breve texto en marzo de 1610 y que no tardo en hacerlo famoso en toda Europa. Galileo refuto la idea aristotélica de que un cuerpo cae con más rapidez si es más pesado, se dice que desde la torre de Pisa lanzo
en repetidas ocasiones, dos objetos de diferente masa y mostro que aterrizaban al mismo tiempo. Estableció las leyes de del movimiento pendular -con lo que se pudo fabricar relojes de péndulo más exactos- así como las leyes de la trayectoria parabólica de los proyectiles. Invento un compás de cálculo que resolvía problemas prácticos de matemáticas. Galileo murió antes de su última obra el 8 de enero de 1642, en esta establecía los principios de la mecánica lo que le abrió el camino a Newton a formular la ley de la gravitación universal, y que armonizo las leyes de Johannes Kleper acerca de los planetas con las matemáticas de y la física de Galileo. Una de las grandes contribuciones de él fue la de aniquilar la idea de que se necesitaba una fuerza para mantener un objeto en movimiento. Cualquier acción de empujar o tirar es una fuerza. Se llama fricción a la fuerza que actúa entre dos materiales que se tocan mientras se deslizan uno al lado del otro.
La Física en el Periodo Clásico Se hicieron avances en el campo de la mecánica, el calor, la luz, y la electricidad, como si cada rama fuera más o menos independiente. El principal exponente de esta época fue newton.
I saac N ewton
Los aportes de Isaac Newton (1642-1727) fueron el principio de la física clásica, realizo estudios acerca del electromagnetismo, la termodinámica y la óptica. También descubrió que dos cuerpos masivos se atraen con una fuerza a la que el nombro fuerza de gravedad, desarrollo el Teorema del binomio de Newton, descubrió que al hacer pasar la luz blanca por un prisma esta se descompone en la gama de colores o espectro que va del rojo al violeta, también formulo sus grandes tres leyes del movimiento de los cuerpos. La primera Ley de la Inercia dice: Todo objeto permanece en un estado de reposo o de movimiento en línea recta con rapidez constante, a menos que se apliquen fuerzas que lo obliguen a cambiar de estado.
La segunda Ley de la Fuerza dice: El cambio de movimiento es proporcional a la fu erza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. La tercera Ley de Acción y Reacción dice: Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas. De
igual manera se hicieron avances en las siguientes ramas:
T ermodinámica
Se vio el desarrollo de los termómetros y de las escalas de temperatura de Galileo y Fahrenheit Se introdujeron los conceptos de calor latente y de calor especifico por Black Se desarrollo la máquina de vapor por Watt
Ó ptica
Rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.
E lectromagnetismo
Es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y mag néticos en una sola teoría. El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
La Física en el Periodo Moderno La física moderna comienza a principios del siglo XX cuando el alemán Max Planck investiga sobre el cuanto de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que estas no eran continuas como lo decía la física clásica. En el periodo moderno se llevaron a cabo los siguientes descubrimientos, estos descubrimientos dan un gran avance a la física Se descubren los rayos X y se estudian sus propiedades: los rayos x fueron descubiertos por el físico alemán Wilhelm Rontgen Se descubre la radioactividad y es aislado el radio. Se descubre el electrón; fueron descubiertos por Joseph John Thompson. Se inventa el radar. Se construye el primer laser. Se presenta el horno de microondas. Se presenta el disco compacto.
Experimentos Cruciales Medida de la circunferencia terrestre por E ratóstenes
En Syene (ahora Aswan), a unos 800 km (500 millas) al sureste de Alejandría en Egipto, los rayos del sol caen verticalmente al mediodía en el solsticio de verano. Erastóstenes, que nació en el año 276 antes de Cristo, observó que en Alejandría, el mismo día y a la misma hora, la luz solar formada un ángulo de unos 7º con la vertical. Asumió que la distancia al Sol era muy grande; sus rayos por tanto son prácticamente paralelos cuando alcanzan la Tierra. Dadas las distancias estimadas entre las dos ciudades, él fue capaz de calcular la circunferencia de la Tierra. La longitud exacta de las unidades (stadia) que usó son dudosas, y la precisión de sus resultados es por tanto incierta; Eratóstenes podría haber variado entre un 0.5 y un 17 por ciento del valor aceptado por los astrónomos modernos. Ex perimento de Galileo con bolas rodantes sobre planos inclinados
Galileo continuó refinando sus ideas acerca de los objetos en movimiento. Tomó una tabla de 12 "cubits" de largo y medio "cubit" de ancho (alrededor de 20 pies por 10 pulgadas (unos 6 metros
por 25 centímetros), un cubit equivale a una distancia de entre 17 y 22 pulgadas (entre 43 y 55 centímetros)) y realizó un surco tan derecho y poco pronunciado como fue posible, hacia abajo por el centro. Luego inclinó el plano e hizo rodar bolas de latón por ella, midiendo su descenso con un reloj de agua - un gran recipiente que se vacía a través de un delgado tubo en un vaso. Después de cada ejecución Galileo pesaría el agua que se había vertido - midiendo el tiempo transcurrido y lo comparó con la distancia que la bola había recorrido. Aristóteles habría predicho que la velocidad de una bola rodante sería constante: si doblamos el tiempo de descenso, doblaremos la distancia que recorre. Galileo fue capaz de demostrar que la distancia es en realidad proporcional al cuadrado del tiempo: dóblalo y la bola llegará cuatro veces más lejos. La razón es que está constantemente acelerado por la gravedad. Ex perimento de Galileo sobre caída de obj etos
A finales de 1500 todo el mundo sabía que los objetos pesados caían más rápido que los más ligeros. Después de todo, Aristóteles lo había dicho. Que los pupilos del anciano Griego todavía sostuvieran tal regla fue un claro signo de cuanto había decaído la ciencia durante las épocas oscuras. Galileo Galilei, que poseía una cátedra en Matemáticas en la Universidad de Pisa, fue lo suficientemente descarado para cuestionarse el saber común. La historia se ha convertido en parte del folclore de la ciencia: el tiene fama de haber lanzado dos pesos distintos de la torre inclinada de la ciudad mostrando que ellos aterrizaban al mismo tiempo. Su reto a Aristóteles le costó a Galileo su trabajo, pero él había demostrado la importancia de considerar la naturaleza, no la autoridad humana, como juez final en materia de ciencia. E l e x perimento de la gota de aceite de Millikan
El experimento de la gota de aceite fue la primera medida directa y convincente de la carga eléctrica de un único electrón. Fue realizado originalmente en 1909 por el físico americano Robert A. Millikan. Usando un atomizador de perfume, él roció con minúsculas gotas de aceite un recipiente transparente. Arriba y abajo había discos metálicos conectados a una batería, siendo uno positivo (rojo en la animación) y el otro negativo (azul en la animación). Como cada gotita, adquirió una pequeña carga de electricidad estática cuando viajaba a través del aire, la velocidad de su movimiento podía ser controlada mediante el cambio del voltaje en los discos. Cuando el espacio entre los discos metálicos está ionizado por radiación (por ejemplo rayos X), los electrones del aire se enlazan a las gotitas de aceite dotándolas de carga negativa. Millikan observó una gota tras otra cambiando el voltaje y tomando nota del efecto. Tras muchas repeticiones concluyó que la carga sólo puede tener ciertos valores fijos. La más pequeña de esas porciones no fue otra que la carga de un único electrón. Descomposición de la luz solar mediante un prisma de N ewton
Isaac Newton nació el año que murió Galileo. Graduado por el Trinity College en Cambridge en 1665, estuvo escondido en casa durante un par de años esperando el fin de la plaga. No tuvo problemas para mantenerse a si mismo ocupado. El saber común sostenía que la luz blanca era la forma más pura (otra vez Aristóteles) y que la luz coloreada tenía por tanto que ser alterada de
alguna forma. Para probar esta hipótesis, Newton dirigió un haz de luz solar a través de un prisma de cristal y mostró que esta se descomponía en un fundido espectral sobre la pared. La gente ya conocía los arcos iris, por supuesto, pero eran considerados sólo como preciosas aberraciones. En realidad, Newton concluyó, que eran esos colores - rojo, naranja, amar illo, verde, azul, añil, violeta y las graduaciones intermedias - los que eran fundamentales. Lo que parecía simple en su superficie, un haz de luz blanca, era bellamente complejo si uno l o miraba más detenidamente. Ex perimento de Y oung de la interferencia de luz
Newton no tuvo siempre razón. Mediante varios argumentos, él había conducido a la principal corriente científica hacia la convicción de que la luz estaba compuesta únicamente de partículas en lugar de ondas. En 1803, Thomas Young, un médico y físico inglés, puso a prueba la idea. Young realizó un agujero en un obturador, lo cubrió con una gruesa pieza de papel punteada con pequeños agujeros de alfiler y usó un espejo para hacer pasar el delgado haz de luz a través de el. Entonces tomó un "trocito de una carta, de alrededor de una trigésima parte de pulgada de grosor (en torno a 0,847 milímetros)" y lo mantuvo de canto en el camino del haz, dividiéndolo en dos. El resultado fue una sombra que alterna bandas de claridad y oscuridad - un fenómeno que podría explicarse si los dos haces interaccionasen como ondas. Las bandas brillantes aparecen cuando dos crestas se superponen, reforzándose la una a la otra; las bandas oscuras indican el lugar donde un máximo coincide con un mínimo, neutralizándose el uno al otro. La demostración fue repetida frecuentemente a lo largo de los años usando una carta con dos agujeros que dividía el haz. Esos experimentos, llamados de doble rendija, se convirtieron en el estándar para determinar la naturaleza ondulatoria - un hecho que fue especialmente importante un siglo después cuando comenzó la teoría cuántica. E l e x perimento de torsión de la barra de C avendish
El experimento fue realizado en 1797-98 por el científico inglés Henry Cavendish. Él siguió un método prescrito y usó aparatos construidos por su compatriota el geólogo John Michell, el cual murió en 1793. El aparato empleado fue una balanza de torsión, esencialmente un alambre estirado que soporta pesos esféricos. La atracción entre los pares de pesos provocó un pequeño giro en el alambre, el cual permitía así calcular por primera vez el valor de la constante gravitacional G. El experimento se conoció popularmente cuando se intentaba pesar la Tierra, porque la determinación de G permitió el cálculo de la masa terrestre. E l descubrimiento del núcleo de Rutherford
Cuando Ernest Rutherford estuvo experimentando con radioactividad en la Universidad de Manchester en 1911, se creía generalmente que el átomo estaba formado por un triturado de elementos de carga eléctrica positiva con los electrones empotrados en él - el modelo de "pudín de ciruelas". Pero cuando Rutherford y su asistente dispararon diminutos proyectiles cargados positivamente, llamados partículas alfa, contra una fina lámina de oro, se sorprendieron al ver que un pequeño porcentaje de ellos rebotaban. Eso fue como si las balas hubieran rebotado. Rutheford calculó que en realidad los átomos no estaban tan triturados después de todo. La
mayoría de la masa tenía que estar concentrada en un pequeño núcleo, ahora llamado así, con los electrones flotando a su alrededor. Con las enmiendas ofrecidas por la teoría cuántica, esta imagen del átomo permanece hasta hoy. Difracción de electrones mediante doble rendi j a
El físico francés Louis de Broglie propuso en 1924 que los electrones y otros elementos discretos de materia, que hasta entonces se concebían sólo como partículas de materia, tenían también propiedades tales como la longitud de onda y la frecuencia. Más tarde (en 1927) la naturaleza de onda de los electrones fue demostrada experimentalmente por C. J. Davisson y L. H. Germer en Nueva York y por G. P. Thomson en Aberdeen (Escocia). Para explicar la idea, a los demás y a si mismos, los físicos usan frecuentemente un meditado experimento, en el cual se repitió el experimento previo de Young de la doble rendija usando esta vez un haz de electrones en lugar de un haz de luz. Cumpliendo con la leyes de la mecánica cuántica, el chorro de partículas se dividiría en dos, y los chorros más pequeños interferirían entre si, dejando el mismo patrón de luzoscuridad que se obtuvo con el experimento de luz. Las partículas actuarían como ondas. De acuerdo con un artículo de la publicación "Physics World", del editor de la revista Peter Rodgers, no fue hasta 1961 cuando alguien (Claus Jönsson de Tübingen) llevó a cabo el experimento en el mundo real. E l péndulo de F oucault
El pasado año, cuando los científicos montaron un péndulo sobre el Polo Sur y lo observaron balancearse, estaban replicando una demostración realizada en París en 1851. Usando un cable de acero de 220 pies de largo (unos 67 metros), el científico francés Jean-Bernard-Léon Foucault suspendió una bola de 62 libras (unos 28 kilogramos) de hierro desde la cúpula del Panteón y lo puso en movimiento, balanceándolo. Para marcar su progreso el enganchó una aguja a la bola y colocó un anillo de tierra mojada en el suelo bajo él. La audiencia observó con pavor como el péndulo inexplicablemente parecía rotar, dejando un trazo ligeramente distinto en cada balanceo. En realidad era el suelo del Panteón el que estaba ligeramente en movimiento, y Foucault había demostrado, de una forma más convincente que nunca, que la tierra gira sobre su eje. En la latitud de París, el trazo del péndulo completaría una rotación completa en el sentido horario cada 30 horas; en el hemisferio sur rotaría en sentido antihorario, y en el ecuador no rotaría nada. En el Polo Sur, como han confirmado los científicos de la era moderna, el periodo de rotación es de 24.
Textos Clásicos Los más importantes son: Sedereus nuncios: escrito por Galileo Galilei
En el Siglo XVI Galileo fue pionero en el uso de experiencias para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando instrumentos como el plano inclinado, descubrió la ley de la inercia de la dinámica, y con el uso de uno de los primeros telescopios observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor y las manchas
solares del Sol. Estas observaciones demostraban el modelo heliocéntrico de Nicolás Copérnico y el hecho de que los cuerpos celestes no son perfectos e inmutables. En la misma época, las observaciones de Tycho Brahe y los cálculos de Johannes Kepler permitieron establecer las leyes que gobiernan el movimiento de los planetas en el Sistema Solar. P rincipia mathematica: escrito por N ewton
En 1687 Newton publicó los Principios Matemáticos de la Naturaleza (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), una obra en la que se describen las leyes clásicas de la dinámica conocidas como: Leyes de Newton; y la ley de la gravitación universal de Newton. El primer grupo de leyes permitía explicar la dinámica de los cuerpos y hacer predicciones del movimiento y equilibrio de cuerpos, la segunda ley permitía demostrar las leyes de Kepler del movimiento de los planetas y explicar la gravedad terrestre (de aquí el nombre de gravedad universal). En esta época se puso de manifiesto uno de los principios básicos de la física, las leyes de la física son las mismas en cualquier punto del Universo. El desarrollo por Newton y Leibniz del cálculo matemático proporcionó las herramientas matemáticas para el desarrollo de la física como ciencia capaz de realizar predicciones. En esta época desarrollaron sus trabajos físicos como Robert Hooke y Christian Huygens estudiando las propiedades básicas de la materia y de la luz
Fronteras y Perspectivas El desarrollo de la tecnología se ve reflejado en nuestros hogares en las tareas que realizamos cotidianamente. Hay que recordar que todo esto ha sido posible g racias a las ciencia que el hombre a desarrollado y con el paso del tiempo ha ido perfeccionado. La física es una rama muy importante puesto que es la que explica muchos de los fenómenos de la naturaleza y con base ha ellos la tecnología ha ido avanzando. Definitivamente la física acabara el día en el que el hombre deje de hacerse preguntas del por qué de las cosas ya que en base a esto comenzó la Física, sin duda alguna conforme valla avanzando la tecnología se podrán encontrar respuesta a grandes incógnitas, se podrán probar varias teorías, en fin la física podría decirse no tiene limite teórico y de aplicación mientras todo siga su curso normal.
Bibliografía
Libro: 2
Ciencias, Física, Ana Martínez Vázquez, Constantino Macías García, edit. Macmillan de México ISBN 970-809-008-5
Páginas de Internet: http://lafisicaysuevolucion.crearblog.com/?cat=7 http://www.buenastareas.com/ensayos/La-Fisica-Antes-De-
Los-Griegos/316215.html http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_ Newton http://www.buenastareas.com/ensayos/ExperimentosFisicos/436270.html http://lafisicaysuevolucion.crearblog.com/?cat=12
