Diferència entre les revisions de "Física"

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Anar a la navegació Anar a la busca
m (Text reemplaça - 'la resta ' a 'el restant ')
m (Text reemplaça - 'termes' a 'térmens')
Llínea 45: Llínea 45:
 
El [[electromagnetisme]] descriu la interacció de partícules carregades en [[camp elèctric|camps elèctrics]] i [[camp magnètic|magnètics]]. Es pot dividir en [[electrostàtica]], l'estudi de les interaccions entre [[càrrega|càrregues]] en repòs, i la [[electrodinàmica]], l'estudi de les interaccions entre càrregues en moviment i la [[radiació]]. La teoria clàssica de l'electromagnetisme es basa en  la [[força de Lorentz]] i en les [[equacions de Maxwell]].
 
El [[electromagnetisme]] descriu la interacció de partícules carregades en [[camp elèctric|camps elèctrics]] i [[camp magnètic|magnètics]]. Es pot dividir en [[electrostàtica]], l'estudi de les interaccions entre [[càrrega|càrregues]] en repòs, i la [[electrodinàmica]], l'estudi de les interaccions entre càrregues en moviment i la [[radiació]]. La teoria clàssica de l'electromagnetisme es basa en  la [[força de Lorentz]] i en les [[equacions de Maxwell]].
  
−
L'electrostàtica és l'estudi dels fenòmens associats als cossos carregats en repòs. Com es descriu per la [[llei de Coulomb]], estos cossos eixercixen forces entre si. El seu comportament es pot analisar en termes de l'idea d'un camp elèctric que rodeja qualsevol cos carregat, de manera que un atre cos carregat colocat dins del camp estarà subjecte a una [[força]] proporcional a la magnitut de la seua càrrega i de la magnitut del camp en la seua ubicació. El que la força siga [[atracció|atractiva]] o [[repulsió|repulsiva]] depén de la [[polaritat]] de la càrrega. L'electrostàtica té moltes aplicacions, que van des de l'anàlisis de fenòmens com [[tormenta elèctrica|tormentes elèctriques]] fins a l'estudi del comportament dels [[tubo electrònic|tubos electrònics]].
+
L'electrostàtica és l'estudi dels fenòmens associats als cossos carregats en repòs. Com es descriu per la [[llei de Coulomb]], estos cossos eixercixen forces entre si. El seu comportament es pot analisar en térmens de l'idea d'un camp elèctric que rodeja qualsevol cos carregat, de manera que un atre cos carregat colocat dins del camp estarà subjecte a una [[força]] proporcional a la magnitut de la seua càrrega i de la magnitut del camp en la seua ubicació. El que la força siga [[atracció|atractiva]] o [[repulsió|repulsiva]] depén de la [[polaritat]] de la càrrega. L'electrostàtica té moltes aplicacions, que van des de l'anàlisis de fenòmens com [[tormenta elèctrica|tormentes elèctriques]] fins a l'estudi del comportament dels [[tubo electrònic|tubos electrònics]].
  
 
L'electrodinàmica és l'estudi dels fenòmens associats als closos carregats en moviment i als camps elèctrics i magnètics variables. Atés que una càrrega en moviment produïx un camp magnètic, l'electrodinàmica es referix a efectes com ara el magnetisme, la [[radiació electromagnètica]], i la [[inducció electromagnètica]], incloent les aplicacions pràctiques, com ara el [[generador elèctric]] i el [[motor elèctric]]. Esta àrea de l'electrodinàmica, coneguda com a electrodinàmica clàssica, fon sistemàticament explicada per [[James Clerk Maxwell]], i les equacions de Maxwell descriuen els fenòmens d'esta àrea en gran generalitat. Una novetat desenrollada més recent és la [[electrodinàmica quàntica]], que incorpora les lleis de la [[teoria quàntica]] a fi d'explicar la interacció de la radiació electromagnètica en la [[matèria]]. [[Paul Dirac]], [[Heisenberg]], i [[Wolfgang Pauli]] van ser pioners en la formulació de l'electrodinàmica quàntica. La [[electrodinàmica relativiste]] dóna unes correccions que s'introduïxen en la descripció dels moviments de les partícules carregades quan les seues velocitats s'acosten a la [[velocitat de la llum]]. S'aplica als fenòmens involucrats en [[accelerador de partícules|acceleradors de partícules]] i en tubs electrònics funcionant a altes tensions i corrents.
 
L'electrodinàmica és l'estudi dels fenòmens associats als closos carregats en moviment i als camps elèctrics i magnètics variables. Atés que una càrrega en moviment produïx un camp magnètic, l'electrodinàmica es referix a efectes com ara el magnetisme, la [[radiació electromagnètica]], i la [[inducció electromagnètica]], incloent les aplicacions pràctiques, com ara el [[generador elèctric]] i el [[motor elèctric]]. Esta àrea de l'electrodinàmica, coneguda com a electrodinàmica clàssica, fon sistemàticament explicada per [[James Clerk Maxwell]], i les equacions de Maxwell descriuen els fenòmens d'esta àrea en gran generalitat. Una novetat desenrollada més recent és la [[electrodinàmica quàntica]], que incorpora les lleis de la [[teoria quàntica]] a fi d'explicar la interacció de la radiació electromagnètica en la [[matèria]]. [[Paul Dirac]], [[Heisenberg]], i [[Wolfgang Pauli]] van ser pioners en la formulació de l'electrodinàmica quàntica. La [[electrodinàmica relativiste]] dóna unes correccions que s'introduïxen en la descripció dels moviments de les partícules carregades quan les seues velocitats s'acosten a la [[velocitat de la llum]]. S'aplica als fenòmens involucrats en [[accelerador de partícules|acceleradors de partícules]] i en tubs electrònics funcionant a altes tensions i corrents.
Llínea 71: Llínea 71:
 
=== Mecànica quàntica ===
 
=== Mecànica quàntica ===
 
{{AP|Mecànica quàntica}}
 
{{AP|Mecànica quàntica}}
−
La mecànica quàntica és la branca de la física que tracta els [[àtom|sistemes atòmics]] i subatòmics i les seues interaccions en la radiació electromagnètica, en termes de quantitats [[observable]]s. Es basa en l'observació que totes les formes de [[energia]] se lliberen en unitats discretes o paquets nomenats ''[[quant]]s''. Sorprenentment, la [[teoria quàntica]] només permet normalment càlculs [[provabilitat|provabilístics]] o [[estadística|estadístics]] de les característiques observades de les [[partícula elemental|partícules elementals]], entesos en termes de funcions d'ona. La [[equació de Schrödinger]] eixercix el paper en la mecànica quàntica que les [[lleis de Newton]] i la [[conservació de l'energia]] fan en la mecànica clàssica. És a dir, la predicció del comportament futur d'un sistema dinàmic, i és una equació d'ona en termes d'una [[funció d'ona]] la que preveu analíticament la provabilitat precisa dels acontenyiments o resultats.
+
La mecànica quàntica és la branca de la física que tracta els [[àtom|sistemes atòmics]] i subatòmics i les seues interaccions en la radiació electromagnètica, en térmens de quantitats [[observable]]s. Es basa en l'observació que totes les formes de [[energia]] se lliberen en unitats discretes o paquets nomenats ''[[quant]]s''. Sorprenentment, la [[teoria quàntica]] només permet normalment càlculs [[provabilitat|provabilístics]] o [[estadística|estadístics]] de les característiques observades de les [[partícula elemental|partícules elementals]], entesos en térmens de funcions d'ona. La [[equació de Schrödinger]] eixercix el paper en la mecànica quàntica que les [[lleis de Newton]] i la [[conservació de l'energia]] fan en la mecànica clàssica. És a dir, la predicció del comportament futur d'un sistema dinàmic, i és una equació d'ona en térmens d'una [[funció d'ona]] la que preveu analíticament la provabilitat precisa dels acontenyiments o resultats.
  
 
Segons les teories anteriors de la física clàssica, l'energia es tractava únicament com un fenomen continu, en tant que la matèria se supon que ocupa una regió molt concreta del [[espai]] i que es mou de manera contínua. Segons la teoria quàntica, l'energia s'emet i s'absorbix en quantitats discretes i minúscules. Un paquet individual d'energia, cridat quant, en algunes situacions es comporta com una [[partícula subatòmica|partícula]] de matèria. D'atra banda, es va trobar que les partícules exponen algunes propietats ondulatòries quan estan en moviment i ya no són vistes com localisades en una regió determinada sino més aïna esteses en certa manera. La llum o una atra radiació emesa o absorbida per un [[àtom]] només té certes [[freqüència]]s (o [[llongitut d'ona|llongituts d'ona]]), com pot vore's en la [[llínea espectral|línea de l'espectre]] associat al [[element químic]] representat per tal àtom. La teoria quàntica demostra que tals freqüències corresponen a nivells definits dels quants de llum, o [[fotó|fotons]], i és el resultat del fet que els electrons de l'àtom només poden tindre certs valors d'energia permesos. Quan un [[electró]] passa d'un nivell a permés a un atre, una quantitat d'energia és emesa o absorbida la freqüència de la qual és directament proporcional a la diferència d'energia entre els dos nivells.
 
Segons les teories anteriors de la física clàssica, l'energia es tractava únicament com un fenomen continu, en tant que la matèria se supon que ocupa una regió molt concreta del [[espai]] i que es mou de manera contínua. Segons la teoria quàntica, l'energia s'emet i s'absorbix en quantitats discretes i minúscules. Un paquet individual d'energia, cridat quant, en algunes situacions es comporta com una [[partícula subatòmica|partícula]] de matèria. D'atra banda, es va trobar que les partícules exponen algunes propietats ondulatòries quan estan en moviment i ya no són vistes com localisades en una regió determinada sino més aïna esteses en certa manera. La llum o una atra radiació emesa o absorbida per un [[àtom]] només té certes [[freqüència]]s (o [[llongitut d'ona|llongituts d'ona]]), com pot vore's en la [[llínea espectral|línea de l'espectre]] associat al [[element químic]] representat per tal àtom. La teoria quàntica demostra que tals freqüències corresponen a nivells definits dels quants de llum, o [[fotó|fotons]], i és el resultat del fet que els electrons de l'àtom només poden tindre certs valors d'energia permesos. Quan un [[electró]] passa d'un nivell a permés a un atre, una quantitat d'energia és emesa o absorbida la freqüència de la qual és directament proporcional a la diferència d'energia entre els dos nivells.
Llínea 118: Llínea 118:
 
=== Astrofísica ===
 
=== Astrofísica ===
 
{{AP|Astrofísica|AP2=Astronomia}}
 
{{AP|Astrofísica|AP2=Astronomia}}
−
L'astrofísica i l'astronomia són ciències que apliquen les teories i mètodos d'atres branques de la física a l'estudi dels objectes que componen el nostre variat [[univers]], com ara [[estrela]]s, [[planeta|planetes]], [[galàxia|galàxies]] i [[forat negre|forats negres]]. L'astronomia se centra en la comprensió dels moviments dels objectes, mentres que a groso modo l'astrofísica busca explicar el seu orige, la seua evolució i el seu comportament. Actualment els termes astrofísica i astronomia se'ls sol usar indistintament per a referir-se a l'estudi de l'univers.  
+
L'astrofísica i l'astronomia són ciències que apliquen les teories i mètodos d'atres branques de la física a l'estudi dels objectes que componen el nostre variat [[univers]], com ara [[estrela]]s, [[planeta|planetes]], [[galàxia|galàxies]] i [[forat negre|forats negres]]. L'astronomia se centra en la comprensió dels moviments dels objectes, mentres que a groso modo l'astrofísica busca explicar el seu orige, la seua evolució i el seu comportament. Actualment els térmens astrofísica i astronomia se'ls sol usar indistintament per a referir-se a l'estudi de l'univers.  
  
 
Esta àrea, junt en la física de partícules, és una de les àrees més estudiades i més apassionants del món contemporàneu de la física. Des que el telescopi espacial [[Hubble]] mos va brindar detallada informació dels més remots confins del [[univers]], els físics van poder tindre una visió més objectiva del que fins a eixe moment eren només teories.
 
Esta àrea, junt en la física de partícules, és una de les àrees més estudiades i més apassionants del món contemporàneu de la física. Des que el telescopi espacial [[Hubble]] mos va brindar detallada informació dels més remots confins del [[univers]], els físics van poder tindre una visió més objectiva del que fins a eixe moment eren només teories.

Revisió de 12:30 30 març 2014

La física (del lat. physica) és una ciència natural que estudia les propietats del espai, el temps, la matèria, la energia i els seus interaccions.

La física no és només una ciència teòrica, és també una ciència experimental. Com tota ciència, busca que les seues conclusions puguen ser verificables per mig d'experiments i que la teoria puga realisar prediccions d'experiments futurs. Donada l'amplitut del camp d'estudi de la física, aixina com el seu desenroll històric en relació en atres ciències, se la pot considerar la ciència fonamental o central, ya que inclou dins del seu camp d'estudi a la química i a la biologia, ademés d'explicar els seus fenòmens.

La física en el seu intent de descriure els fenòmens naturals en exactitut i veracitat ha arribat a llímits impensables, el coneiximent actual comprén des de la descripció de partícules fonamentals microscòpiques, el naiximent de les estreles en el univers i inclús conéixer en una gran provabilitat el que va succeir els primers instants del naiximent del nostre univers, per citar uns pocs coneiximents.

Esta tasca va començar fa més de dos mil anys en els primers treballs de filòlecs grecs com Demòcrit o Aristoteles, i continuada després per científics com Galileu Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Niels Bohr, Paul Dirac, Richard Feynman, entre molts atres.

Breu història de la física

Artícul principal → Història de la física.


Es coneix que la majoria de civilisacions de l'antiguetat van tractar des d'un principi d'explicar el funcionament del seu entorn, miraven les estreles i pensaven com elles podien regir el seu món. Açò porta a moltes interpretacions de caràcter mes filosòfic que físic, no en va en eixos moments la física se la cridava filosofia natural. Molts filòsofs es troben en el desenroll primigeni de la física, com Aristoteles, Tales de Milet o Demòcrit, per ser els primers en tractar de buscar algun tipo d'explicació als fenòmens que els rodejaven. A pesar que les teories descriptives de l'univers que van deixar estes pensadores eren errades, estes van tindre validea per molt de temps, quasi dos mil anys, en part per l'acceptació de la església catòlica de diversos dels seus preceptes com la teoria geocèntrica o les tesis d'Aristoteles.

Esta etapa denominada obscurantisme en la ciència acaba quan Nicolau Copèrnic, considerat pare de la astronomia moderna, en 1543 rep la primera còpia del seu de Revolutionibus Orbium Coelestium . A pesar que Copèrnic fon el primer a formular teories plausibles, és un atre personage al qual se li considera el pare de la física com la coneixem ara. Un catedràtic de matemàtiques de l'Universitat de Pisa a finals del sigle XVI canviaria l'història de la ciència utilisant per primera vegada experiments per a comprovar les seues asseveracions, Galileu Galilei. En la invenció del telescopi i els seus treballs en plans inclinats, Galileu va utilisar per primera vegada el mètodo científic i va arribar a conclusions capaces de ser verificades. Als seus treballs se li van unir grans contribucions per part d'atres científics com Johannes Kepler, Blaise Pascal, Christian Huygens.

Posteriorment, en el sigle XVII, un científic anglés reunix les idees de Galileu i Kepler en un sol treball, unifica les idees del moviment celest i les dels moviments en la terra en lo que ell nomenà gravetat. En 1687, Isaac Newton en la seua obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica va formular els tres principis del moviment i una quarta Llei de la gravitació universal que van transformar per complet el món físic, tots els fenòmens podien ser vistos d'una manera mecànica.

El treball de Newton en el camp, perdura fins a l'actualitat; tots els fenòmens macroscòpics poden ser descrits d'acort en els seus tres lleis. D'ací que durant el restant d'eixe sigle i el posterior sigle XVIII, totes les investigacions es van basar en les seues idees. D'ací que atres disciplines es van desenrollar, com la termodinàmica, la òptica, la mecànica de fluits i la mecànica estadística. Els coneguts treballs de Daniel Bernoulli, Robert Boyle, Robert Hooke entre atres, pertanyen a esta época.

És en el sigle XIX on es produïxen avanços fonamentals en la electricitat i el magnetisme principalment de la mà de Charles-Augustin de Coulomb, Luigi Galvani, Michael Faraday i Georg Simon Ohm que van culminar en el treball de James Clerk Maxwell de 1855 que va conseguir la unificació de les dos branques en lo nomenat electromagnetisme. Ademés es produïxen els primers descobriments sobre radioactivitat i el descobriment del electró per part de Joseph John Thomson en 1897.

Durant el Sigle XX, la Física es va desenrollar plenament. En 1904 es va propondre el primer model del àtom. En 1905, Einstein va formular la Teoria de la Relativitat especial, la qual coincidix en les lleis de Newton quan els fenòmens es desenrollen a velocitats chicotetes comparades en la velocitat de la llum. En 1915 va estendre la Teoria de la Relativitat especial, formulant la Teoria de la Relativitat general, la qual substituïx a la Llei de gravitació de Newton i la comprén en els cassos de masses chicotetes. Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr i atres, van desenrollar la Teoria quàntica, a fi d'explicar resultats experimentals anómals sobre la radiació dels cossos. En 1911, Ernest Rutherford va deduir l'existència d'un nucli atòmic carregat positivament, a partir d'experiències de dispersió de partícules. En 1925 Werner Heisenberg, i en 1926 Erwin Schrödinger i Paul Adrien Maurice Dirac, van formular la Mecànica quàntica, la qual comprén les teories quàntiques precedents i suministra les ferramentes teòriques per a la Física de la matèria condensada.

Posteriorment es va formular la Teoria quàntica de camps, per a estendre la mecànica quàntica de manera consistent en la Teoria de la Relativitat especial, conseguint la seua forma moderna a finals dels 40, gràcies al treball de Richard Feynman, Julian Schwinger, Tomonaga i Freeman Dyson, els que van formular la teoría de l'electrodinàmica quàntica. Així mateix, esta teoria va suministrar les bases per al desenroll de la física de partícules. En 1954, Chen Ning Yang i Robert Mills van desenrollar les bases del model estàndart. Este model es va completar en els anys 1970, i en ell fon possible predir les propietats de partícules no observades prèviament, pero que van ser descobertes successivament, sent l'última d'elles el quark top.

Els intents d'unificar les quatre interaccions fonamentals ha portat als físics a nous camps impensables. Les dos teories més acceptades, la mecànica quàntica i la relativitat general, que són capaços de descriure en gran exactitut el macro i el micromón, pareixen incompatibles quan se les vol vore des d'un mateix punt de vista. És per això que noves teories han vist la llum, com la supergravetat o la teoria de cordes, que és on se centren les investigacions a inicis del sigle XXI.

Teories centrals

La física en la seua busca de descriure la veritat última de la naturalea, té diverses bifurcacions, les quals podria agrupar-se en cinc teories principals: la mecànica clàssica descriu el moviment macroscòpic, el electromagnetisme descriu els fenòmens electromagnètics com la llum, la relativitat formulada per Einstein descriu el espai-temps i la interacció gravitatòria, la termodinàmica descriu els fenòmens moleculars i d'intercanvi de calor, i finalment la mecànica quàntica descriu el comportament del mon atòmic.

Mecànica clàssica

Artícul principal → Mecànica clàssica.

Com a mecànica clàssica es coneix a la descripció del moviment de cosos macroscòpics a velocitats molt chicotetes en comparació la velocitat de la llum. Hi ha dos tipos de formulacions d'esta mecànica conegudes com mecànica newtoniana i mecànica analítica.

La mecànica newtoniana, com el seu nom ho indica, porta intrínsecs els preceptes de Newton. A partir de les tres equacions formulades per Newton i per mig del càlcul diferencial i integral s'arriba a una molt exacta aproximació dels fenòmens físics. Esta formulació també és coneguda com a mecànica vectorial i és degut al fet que a diverses magnituts se'ls ha de definir el seu vector en un sistema de referència inercial privilegiat.[1]

La mecànica analítica és una formulació matemàtica abstracta sobre la mecànica, mos permet deslligar-nos d'eixos sistemes de referència privilegiats i tindre conceptes més generals al moment de descriure un moviment en l'us del càlcul de variacions. Hi ha dos formulacions equivalents, la nomenada mecànica lagrangiana és una reformulació de la mecànica realisada per Joseph Louis Lagrange que es basa en la, ara nomenada, equació d'Euler-Lagrange (equacions diferencials de segon orde) i el principi de mínima acció; l'atra nomenada mecànica hamiltoniana és una reformulació mas teòrica basada en una funcional crida hamiltoniano realisada per William Rowan Hamilton. En última instància les dos són equivalents.

En la mecànica clàssica en general es tenen tres aspectes invariants: el temps és absolut, la naturalisa de forma espontànea realisa la mínima acció i la concepció d'un univers determinat.

Electromagnetisme

Artícul principal → Electromagnetisme.
Vore també: Òptica

El electromagnetisme descriu la interacció de partícules carregades en camps elèctrics i magnètics. Es pot dividir en electrostàtica, l'estudi de les interaccions entre càrregues en repòs, i la electrodinàmica, l'estudi de les interaccions entre càrregues en moviment i la radiació. La teoria clàssica de l'electromagnetisme es basa en la força de Lorentz i en les equacions de Maxwell.

L'electrostàtica és l'estudi dels fenòmens associats als cossos carregats en repòs. Com es descriu per la llei de Coulomb, estos cossos eixercixen forces entre si. El seu comportament es pot analisar en térmens de l'idea d'un camp elèctric que rodeja qualsevol cos carregat, de manera que un atre cos carregat colocat dins del camp estarà subjecte a una força proporcional a la magnitut de la seua càrrega i de la magnitut del camp en la seua ubicació. El que la força siga atractiva o repulsiva depén de la polaritat de la càrrega. L'electrostàtica té moltes aplicacions, que van des de l'anàlisis de fenòmens com tormentes elèctriques fins a l'estudi del comportament dels tubos electrònics.

L'electrodinàmica és l'estudi dels fenòmens associats als closos carregats en moviment i als camps elèctrics i magnètics variables. Atés que una càrrega en moviment produïx un camp magnètic, l'electrodinàmica es referix a efectes com ara el magnetisme, la radiació electromagnètica, i la inducció electromagnètica, incloent les aplicacions pràctiques, com ara el generador elèctric i el motor elèctric. Esta àrea de l'electrodinàmica, coneguda com a electrodinàmica clàssica, fon sistemàticament explicada per James Clerk Maxwell, i les equacions de Maxwell descriuen els fenòmens d'esta àrea en gran generalitat. Una novetat desenrollada més recent és la electrodinàmica quàntica, que incorpora les lleis de la teoria quàntica a fi d'explicar la interacció de la radiació electromagnètica en la matèria. Paul Dirac, Heisenberg, i Wolfgang Pauli van ser pioners en la formulació de l'electrodinàmica quàntica. La electrodinàmica relativiste dóna unes correccions que s'introduïxen en la descripció dels moviments de les partícules carregades quan les seues velocitats s'acosten a la velocitat de la llum. S'aplica als fenòmens involucrats en acceleradors de partícules i en tubs electrònics funcionant a altes tensions i corrents.

L'electromagnetisme comprén diversos fenòmens del món real com per eixemple, la llum. La llum és un camp electromagnètic oscilant que s'irradia des de partícules carregades accelerades. A banda de la gravetat, la majoria de les forces en l'experiència quotidiana són conseqüència d'electromagnetisme.

Els principis de l'electromagnetisme troben aplicacions en diverses disciplines afins, com ara les microonas, antenas, màquines elèctriques, comunicacions per satèlit, bioelectromagnetisme, plasmes, investigació nuclear, la fibra òptica, la interferència i la compatibilitat electromagnètiques, la conversió d'energia electromecànica, la meteorologia per radar, i l'observació remota. Els dispositius electromagnètics inclouen transformadors, relens elèctrics, ràdio / TV, teléfons, motors elèctrics, llínies de transmissió, guies d'ona, fibres òptiques i làserés.

Relativitat

Dibuix artístic sobre una prova realisada en alta precisió per la sonda Cassini a l'enviar senyals a la terra i al descriure la trayectòria predita.
Artícul principal → Teoría de la Relatividad.

La relativitat és la teoria formulada principalment per Albert Einstein a principis del sigle XX, es dividix en dos cossos d'investigació: la relativitat especial i la relativitat general.

En la teoria de la relativitat especial, Einstein, Lorentz, Minkowski entre atres, van unificar els conceptes de espai i temps, en un ramat tetradimensional a qué se li va denominar espai-temps. La relativitat especial fon una teoria revolucionària per a la seua época, en la que el temps absolut de Newton quede relegat i conceptes com la invariància en la velocitat de la llum, la dilatació del temps, la contracció de la llongitut i la equivalència entre massa i energia van ser introduïts. Ademés en les formulacions de la relativitat especial, les lleis de la física són invariants en tots els sistemes de referència inercials, com a conseqüència matemàtica es troba com a llímit superior de velocitat a la llum i s'elimina la causalitat deterministe que tenia la física fins llavors. Cal indicar que les lleis del moviment de Newton és un cas particular d'esta teoria on la massa al viajar a velocitats molt chicotetes no experimenta cap variació en llongitut ni es transforma en energia i el temps se li pot considerar absolut.

D'atra banda, la relativitat general estudia la interacció gravitatòria com una deformació en la geometria del espai-temps. En esta teoria s'introduïxen els conceptes de la curvatura de l'espai-temps com la causa de la interacció gravitatòria, el principi d'equivalència que diu que per a tots els observadors locals inercials les lleis de la relativitat especial són invariants i la introducció del moviment d'un partícula per llínees geodèsicas. La relativitat general no és l'única teoria que descriu a l'atracció gravitatòria pero és la que mes senyes rellevants comprovables ha trobat. Anteriorment a la interacció gravitatòria li la descrivia matemàticament per mig d'una distribució de masses, pero en esta teoria no sols la massa percep esta interacció si no també la energia per mig de la curvatura de l'espai-temps i és per això que es necessita un atre llenguage matemàtic per a poder descriure-la, el càlcul tensorial. Molts fenòmens, com la curvatura de la llum per acció de la gravetat i la desviació en la òrbita de Mercuri són perfectament predites per esta formulació. La relativitat general també va obrir un atre camp d'investigació en la física, conegut com cosmologia i és àmpliament utilisada en la astrofísica.[2]

Termodinàmica i mecànica estadística

Artícul principal → Termodinàmica.


La termodinàmica tracta els procesos de transferència de calor, que és una de les formes de energia i com pot produir un treball en ella. En esta àrea es descriu com la matèria en qualsevol dels seus estats (sòlit, líquit, gasseós) va transformant-se. Des d'un punt de vista macroscòpic de la matèria s'estudia com esta reacciona a canvis en el seu volum, pressió, temperatura entre atres. La termodinàmica es basa en quatre lleis principals: l'equilibri termodinàmic (o llei zero), el principi de conservació de l'energia (primera llei), l'aument temporal de la entropia (segona llei) i l'impossibilitat del zero absolut (tercera llei).[3]

Una conseqüència de la termodinàmica és el que hui es coneix com mecànica estadística. Esta branca estudia, igual que la termodinàmica, els processos de transferència de calor, pero contrari a l'anterior des d'un punt de vista molecular. La matèria com es coneix esta composta per molècules i el conéixer el comportament d'una sola de les seues molècules mos porta a mesures errònees. És per això que s'ha de tractar com un conjunt d'elements caòtics o aleatoris, i s'utilisa el llenguage estadístic i consideracions mecàniques per a descriure comportaments macroscòpics d'este conjunt molecular microscòpic.

Mecànica quàntica

Artícul principal → Mecànica quàntica.

La mecànica quàntica és la branca de la física que tracta els sistemes atòmics i subatòmics i les seues interaccions en la radiació electromagnètica, en térmens de quantitats observables. Es basa en l'observació que totes les formes de energia se lliberen en unitats discretes o paquets nomenats quants. Sorprenentment, la teoria quàntica només permet normalment càlculs provabilístics o estadístics de les característiques observades de les partícules elementals, entesos en térmens de funcions d'ona. La equació de Schrödinger eixercix el paper en la mecànica quàntica que les lleis de Newton i la conservació de l'energia fan en la mecànica clàssica. És a dir, la predicció del comportament futur d'un sistema dinàmic, i és una equació d'ona en térmens d'una funció d'ona la que preveu analíticament la provabilitat precisa dels acontenyiments o resultats.

Segons les teories anteriors de la física clàssica, l'energia es tractava únicament com un fenomen continu, en tant que la matèria se supon que ocupa una regió molt concreta del espai i que es mou de manera contínua. Segons la teoria quàntica, l'energia s'emet i s'absorbix en quantitats discretes i minúscules. Un paquet individual d'energia, cridat quant, en algunes situacions es comporta com una partícula de matèria. D'atra banda, es va trobar que les partícules exponen algunes propietats ondulatòries quan estan en moviment i ya no són vistes com localisades en una regió determinada sino més aïna esteses en certa manera. La llum o una atra radiació emesa o absorbida per un àtom només té certes freqüèncias (o llongituts d'ona), com pot vore's en la línea de l'espectre associat al element químic representat per tal àtom. La teoria quàntica demostra que tals freqüències corresponen a nivells definits dels quants de llum, o fotons, i és el resultat del fet que els electrons de l'àtom només poden tindre certs valors d'energia permesos. Quan un electró passa d'un nivell a permés a un atre, una quantitat d'energia és emesa o absorbida la freqüència de la qual és directament proporcional a la diferència d'energia entre els dos nivells.

El formalisme de la mecànica quàntica es va desenrollar durant la década de 1920. En 1924, Louis de Broglie va propondre que igual que les ones de llum presenten propietats de partícules, com ocorre en el efecte fotoelèctric, les partícules al seu torn també presenten propietats ondulatòries. Dos formulacions diferents de la mecànica quàntica es van presentar després de la sugerència de Broglie. En 1926, la mecànica ondulatòria de Erwin Schrödinger implica la utilisació d'una entitat matemàtica, la funció d'ona, que està relacionada en la provabilitat de trobar una partícula en un punt Donat en l'espai. En 1925, la mecànica matricial de Werner Heisenberg no fa menció alguna de les funcions d'ona o conceptes semblants, pero ha demostrat ser matemàticament equivalent a la teoria de Schrödinger. Un descobriment important de la teoria quàntica és el principi d'incertea, enunciat per Heisenberg en 1927, que posa un llímit teòric absolut en la precisió de certs mesuraments. Com a resultat d'això, l'assunció clàssica dels científics que l'estat físic d'un sistema podria mesurar-se exactament i utilisar-se per a predir els estats futurs va haver de ser abandonada. Açò va supondre una revolució filosòfica i va donar peu a numeroses discussions entre els més grans físics de l'época.

La mecànica quàntica es va combinar en la teoria de la relativitat en la formulació de Paul Dirac de 1928, la qual cosa, ademés, va predir l'existència de antipartículas. atres desenrolls de la teoria inclouen l'estadística quàntica, presentada en una forma per Einstein i Bose (la estadística de Bose-Einstein) i en una atra forma per Dirac i Enrico Fermi (la estadística de Fermi-Dirac), la electrodinàmica quàntica, interessada en la interacció entre partícules carregades i els camps electromagnètics, la seua generalisació, la teoria quàntica de camps, i la electrònica quàntica.

El descobriment de la mecànica quàntica a principis del sigle XX va revolucionar la física, i la mecànica quàntica és fonamental per a la majoria de les àrees de la investigació actual.

Àrees d'investigació

Física teòrica

Artícul principal → Física teòrica.

La cultura de la investigació en física en els últims temps s'ha especialisat tant que ha donat lloc a una separació dels físics que es dediquen a la teoria i atres que es dediquen als experiments. Els teòrics treballen en la busca de models matemàtics que expliquen els resultats experimentals i que ajuden a predir resultats futurs. Així, teoria i experiments estan relacionats íntimament. El progrés en física sovint resulta que un experiment troba un resultat que no es pot explicar en les teories actuals pel que cal buscar un nou enfocament conceptual per a resoldre el problema.

La física teòrica està molt relacionada en les matemàtiques. Esta suministra el llenguage usat en el desenroll de les teories físiques. Els teòrics confien en el càlcul diferencial e integral, el anàlisis numèric i en simulacions per ordenador per a validar i provar els seus models físics. Els camps de física computacional i matemàtica són àrees d'investigació actives.

Els teòrics poden concebre conceptes com ara universos paralels, espais multidimensionals o minúscules cordes que vibren, i a partir d'ací, realisar hipòtesis físiques.

Matèria condensada

Artícul principal → Matèria condensada.

La física de la matèria condensada s'ocupa de les propietats físiques macroscòpiques de la matèria, com ara la densitat, la temperatura, la durea, o el color d'un material. Els materials consistixen en un gran número d'àtoms o molècules que interaccionen entre ells, per la qual cosa estan "condensats", a diferència d'estar lliures sense interaccionar. La física de la matèria condensada busca fer relacions entre les propietats macroscòpiques, que es poden mesurar, i el comportament dels seus constituents a nivell microscòpic o atòmic i aixina comprendre millor les propietats dels materials.

Les fases "condensades" més comuns són sòlits i líquits, que sorgixen del enllaç químic entre els àtoms, a causa de la interacció electromagnètica. Fases més exòtiques són els superfluits, els condensats de Bose-Einstein trobats en certs sistemes atòmics a molt baixes temperatures, la fase superconductora dels electrons de conducció de certs materials, i les fases [[ferromagnetisme|ferromagnètiques] i antiferromagnètica dels spins en les rets atòmiques.

La física de la matèria condensada és el camp de la física contemporànea més extens i que involucra a un número més gran de físics. Històricament, la física de la matèria condensada va sorgir de la física d'estat sòlit, que es considera en l'actualitat un dels seus principals subcamps. L'expressió física de la matèria condensada aparentment fon encunyada per Philip Anderson quan va nomenar en 1967 el seu grup d'investigació, anteriorment nomenat de teoria de l'estat sòlit. La física de la matèria condensada té una gran superposició en la química, la ciència de materials, la nanotecnologia i l'ingenieria.

Física atòmica i molecular

Artícul principal → Física atòmica.


La física atòmica i molecular se centren en l'estudi de les interaccions matèria-matèria i llum-matèria en l'escala d'àtoms individuals o estructures que contenen uns pocs àtoms. Les dos àrees s'agrupen a causa de la seua interrelació, la similitut dels mètodos utilisats, aixina com el caràcter comú de l'escales d'energia rellevants a les seues investigacions. Al seu torn, les dos inclouen tractaments tant clàssics i com quàntics, ya que poden tractar els seus problemes des de punts de vista microscòpics i macroscòpics.

La investigació actual en física atòmica se centra en activitats com ara el refredament i captura d'àtoms i ions, la qual cosa és interessant per a eliminar "soroll" en les mesures i evitar imprecisions a l'hora de realisar atres experiments o mesures (per eixemple, en els rellonges atòmics), aumentar la precisió dels mesuraments de constants físiques fonamentals, la qual cosa ajuda a validar atres teories com la relativitat o el model estàndart, mesurar els efectes de correlació electrònica en l'estructura i dinàmica atòmica, i la mesura i comprensió del comportament colectiu dels àtoms de gasos que interactuen dèbilment (per eixemple, en un condensat de Bose-Einstein de pocs àtoms).

La física molecular se centra en estructures moleculars i les seues interaccions en la matèria i en la llum.

Física de partícules o d'altes energies

Artícul principal → Física de partícules.
Ilustració d'una desintegració alfa.

La física de partícules és la branca de la física que estudia els components elementals de la matèria i les interaccions entre ells com si estes foren partícules. Es la flama també física d'altes energies puix moltes de les partícules elementals no es troben en la naturalea i cal crear-les en colisions d'alta energia entre atres partícules, com es fa en els acceleradors de partícules. Els principals centres d'estudi sobre partícules són el Laboratori Nacional Fermi o Fermilab en Estats Units i el Centre Europeu per a la Investigació Nuclear o CERN en la frontera entre Suïssa i França. En estos laboratoris lo que es conseguix és obtindre energies semblants a les que se creu que van existir en el Big Bang i aixina s'intenta tindre cada vegada més proves del orige de l'univers.

En l'actualitat, les partícules elementals es classifiquen seguint el cridat Model Estàndart en dos grans grups: bosons i fermions. Els bosons són les partícules que interactuen en la matèria i els fermions són les partícules constituents de la matèria. En el model estàndart s'explica com les interaccions fonamentals en forma de partícules (bosons) interactuen en les partícules de matèria (fermions). Aixina, el electromagnetisme té la seua partícula nomenada fotó, la interacció nuclear forta té al gluó, la interacció nuclear dèbil als bosons W i Z i la gravetat a una partícula encara hipotètica nomenada gravitó. Entre els fermions hi ha més varietat, es troben dos tipos: els leptons i els quarks. En conjunt, el model estàndart conté 24 partícules fonamentals que constituïxen la matèria (12 parells de partícules/antipartícules) junt en 3 famílies de bosons de gauge responsables de transportar les interaccions.

Astrofísica

Artícul principal → Astrofísica.

L'astrofísica i l'astronomia són ciències que apliquen les teories i mètodos d'atres branques de la física a l'estudi dels objectes que componen el nostre variat univers, com ara estrelas, planetes, galàxies i forats negres. L'astronomia se centra en la comprensió dels moviments dels objectes, mentres que a groso modo l'astrofísica busca explicar el seu orige, la seua evolució i el seu comportament. Actualment els térmens astrofísica i astronomia se'ls sol usar indistintament per a referir-se a l'estudi de l'univers.

Esta àrea, junt en la física de partícules, és una de les àrees més estudiades i més apassionants del món contemporàneu de la física. Des que el telescopi espacial Hubble mos va brindar detallada informació dels més remots confins del univers, els físics van poder tindre una visió més objectiva del que fins a eixe moment eren només teories.

A causa de l'astrofísica és un tema molt ampli, els astrofísics apliquen normalment moltes disciplines de la física, inclosa la mecànica, l'electromagnetisme, la mecànica estadística, la termodinàmica, la mecànica quàntica, la relativitat, la física nuclear i de partícules, i la física atòmica i molecular. Ademés l'astrofísica esta íntimament vinculada en la cosmologia, que és l'àrea on es pretén descriure el orige de l'univers.

Biofísica

Artícul principal → Biofísica.

La biofísica és una àrea interdisciplinària que estudia a la biologia aplicant els principis generals de la física. A l'aplicar el caràcter provabilístic de la mecànica quàntica a sistemes biològics obtenim mètodos purament físics per a l'explicació de propietats biològiques. Es pot dir que l'intercanvi de coneiximents és únicament en direcció a la biologia, ya que esta s'ha anat enriquint dels conceptes físics i no viceversa.

Esta àrea està en constant creiximent, s'estima que durant els inicis del sigle XXI cada vegada la confluència de físics, biòlecs i químics als mateixos laboratoris s'incremente. Els estudis en neurociència, per eixemple, han aumentat i cada vegada ha tingut majors fruits des que es va començar a implementar les lleis del electromagnetisme, la òptica i la física molecular a l'estudi de les neurones.


Resum de les disciplines físiques

Classificació de la física respecte a teories:

Vore també

Referències

  1. ↑ http://www.lfp.uba.ar/Minotti/mecanica/cursomec.pdf
  2. ↑ http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/078/htm/relativ.htm
  3. ↑ http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/termo.html%7C

Enllaços externs

Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Física&oldid=67862»