Fsica

Este artculo trata sobre la disciplina acadmica. Para el tratado de Aristteles, vaseFsica (Aristteles).

Si he logrado ver ms lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes.SirIsaac Newton.Lafsica(dellat.physica, y este delgr. , neutro plural de, "naturaleza") es laciencianaturalque estudia las propiedades y el comportamiento de laenergay lamateria(como tambin cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), as como altiempo, elespacioy lasinteraccionesde estos cuatro conceptos entre s.La fsica es una de las ms antiguas disciplinas acadmicas, tal vez la ms antigua, ya que laastronomaes una de sus disciplinas. En los ltimos dos milenios, la fsica fue considerada dentro de lo que ahora llamamosfilosofa,qumica, y ciertas ramas de lamatemticay labiologa, pero durante laRevolucin Cientficaen elsiglo XVIIsurgi para convertirse en una ciencia moderna, nica por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la fsica matemtica y laqumica cuntica, los lmites de la fsica siguen siendo difciles de distinguir.El rea se orienta al desarrollo de competencias de una cultura cientfica, para comprender nuestro mundo fsico, viviente y lograr actuar en l tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer cientfico y tecnolgico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservacin y preservacin de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participacin efectiva y sostenida.La fsica es significativa e influyente, no slo debido a que los avances en la comprensin a menudo se han traducido en nuevas tecnologas, sino tambin a que las nuevas ideas en la fsica resuenan con las dems ciencias, las matemticas y la filosofa.La fsica no es slo unacienciaterica; es tambin una cienciaexperimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teora pueda realizar predicciones de experimentos futuros basados en observaciones previas. Dada la amplitud del campo de estudio de la fsica, as como su desarrollo histrico con relacin a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a laqumica, labiologay laelectrnica, adems de explicar sus fenmenos.La fsica, en su intento de describir los fenmenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a lmites impensables: el conocimiento actual abarca la descripcin departculas fundamentalesmicroscpicas, elnacimiento de las estrellasen eluniversoe incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteci en los primeros instantes delnacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.Esta tarea comenz hace ms de dos mil aos con los primeros trabajos defilsofosgriegos comoDemcrito,Eratstenes,Aristarco,EpicurooAristteles, y fue continuada despus porcientficoscomoGalileo Galilei,Isaac Newton,Leonhard Euler,Joseph-Louis de Lagrange,Michael Faraday,William Rowan Hamilton,Rudolf Clausius,James Clerk Maxwell,Hendrik Antoon Lorentz,Albert Einstein,Niels Bohr,Max Planck,Werner Heisenberg,Paul Dirac,Richard FeynmanyStephen Hawking, entre muchos otros.ndice[ocultar] 1Historia de la fsica 2Teoras centrales 2.1Mecnica clsica 2.2Electromagnetismo 2.3Relatividad 2.4Termodinmica y mecnica estadstica 2.5Mecnica cuntica 3Conceptos fsicos fundamentales 4reas de investigacin 4.1Fsica terica 4.2Materia condensada 4.3Fsica atmica y molecular 4.4Fsica de partculas o de altas energas y Fsica nuclear 4.5Astrofsica 4.6Biofsica 4.7Resumen de las disciplinas fsicas 5Principales magnitudes fsicas 6Vase tambin 7Referencias 8Enlaces externosHistoria de la fsica[editar]Artculo principal:Historia de la fsica

Dios no juega a los dados con el Universo.Albert Einstein.Einstein, deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer con sus dados.Niels Bohr.Es conocido que la mayora de las civilizaciones de la antigedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno; miraban las estrellas y pensaban cmo ellas podan regir su mundo. Esto llev a muchas interpretaciones de carcter ms filosfico que fsico; no en vano en esos momentos a la fsica se le llamabafilosofa natural. Muchos filsofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la fsica, comoAristteles,Tales de MiletooDemcrito, por ser los primeros en tratar de buscar algn tipo de explicacin a los fenmenos que les rodeaban.1A pesar de que las teoras descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, estas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil aos, en parte por la aceptacin de laIglesia catlicade varios de sus preceptos, como lateora geocntricao las tesis de Aristteles.2Esta etapa, denominadaoscurantismoen la ciencia de Europa, termina cuando el cannigo y cientficoNicols Coprnico, considerado padre de laastronomamoderna, en 1543 recibe la primera copia de suDe Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que Coprnico fue el primero en formular teoras plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la fsica como la conocemos ahora. Un catedrtico de matemticas de laUniversidad de Pisaa finales delsiglo XVIcambiara la historia de la ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones:Galileo Galilei. Mediante el uso deltelescopiopara observar el firmamento y sus trabajos enplanos inclinados, Galileo emple por primera vez elmtodo cientficoy lleg a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otroscientficoscomoJohannes Kepler,Blaise PascalyChristian Huygens.2Posteriormente, en elsiglo XVIIun cientfico ingls reuni las ideas deGalileoyKepleren un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que l llamgravedad. En 1687,Isaac Newton, en su obraPhilosophiae Naturalis Principia Mathematica, formul los tresprincipiosdelmovimientoy una cuartaLey de la gravitacin universal, que transformaron por completo el mundo fsico; todos los fenmenos podan ser vistos de una manera mecnica.3El trabajo deNewtonen este campo perdura hasta la actualidad; todos los fenmenos macroscpicos pueden ser descritos de acuerdo a sustres leyes. Por eso durante el resto de ese siglo y el posteriorsiglo XVIIItodas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ah que se desarrollaron otras disciplinas, como latermodinmica, laptica, lamecnica de fluidosy lamecnica estadstica. Los conocidos trabajos deDaniel Bernoulli,Robert BoyleyRobert Hooke, entre otros, pertenecen a esta poca.4En elsiglo XIXse produjeron avances fundamentales en laelectricidady elmagnetismo, principalmente de la mano deCharles-Augustin de Coulomb,Luigi Galvani,Michael FaradayyGeorg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo deJames Clerk Maxwellde 1855, que logr la unificacin de ambas ramas en el llamadoelectromagnetismo. Adems, se producen los primeros descubrimientos sobreradiactividady el descubrimiento delelectrnpor parte deJoseph John Thomsonen1897.5Durante elsiglo XX, la fsica se desarroll plenamente. En 1904,Hantar Nagaokahaba propuesto el primer modelo deltomo,6el cual fue confirmado en parte porErnest Rutherforden 1911, aunque ambos planteamientos seran despus sustituidos por elmodelo atmico de Bohr, de 1913. En 1905, Einstein formul lateora de la relatividad especial, la cual coincide con lasleyes de Newtoncuando los fenmenos se desarrollan a velocidades pequeas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendi la teora de la relatividad especial, formulando lateora de la relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitacin de Newton y la comprende en los casos de masas pequeas.Max Planck,Albert Einstein,Niels Bohry otros, desarrollaron lateora cuntica, a fin de explicar resultados experimentales anmalos sobre la radiacin de los cuerpos. En 1911,Ernest Rutherforddedujo la existencia de un ncleo atmico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersin de partculas. En 1925Werner Heisenberg, y en 1926Erwin SchrdingeryPaul Adrien Maurice Dirac, formularon lamecnica cuntica, la cual comprende las teoras cunticas precedentes y suministra las herramientas tericas para laFsica de la materia condensada.7Posteriormente se formul lateora cuntica de campos, para extender la mecnica cuntica de acuerdo con la Teora de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de la dcada de 1940, gracias al trabajo deRichard Feynman,Julian Schwinger,TomonagayFreeman Dyson, que formularon lateora de la electrodinmica cuntica. Esta teora form la base para el desarrollo de lafsica de partculas. En1954,Chen Ning YangyRobert Millsdesarrollaron las bases delmodelo estndar. Este modelo se complet en losaos 1970, y con l fue posible predecir las propiedades de partculas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la ltima de ellas elquark top.7Los intentos de unificar las cuatrointeracciones fundamentaleshan llevado a los fsicos a nuevos campos impensables. Las dos teoras ms aceptadas, lamecnica cunticay larelatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Por eso se han formulado nuevas teoras, como lasupergravedado lateora de cuerdas, donde se centran las investigaciones a inicios delsiglo XXI.Teoras centrales[editar]La fsica, en su bsqueda de describir la verdad ltima de lanaturaleza, tiene varias bifurcaciones, las cuales podran agruparse en cinco teorasprincipales: lamecnica clsica, que describe el movimiento macroscpico; elelectromagnetismo, que describe los fenmenos electromagnticos como laluz; larelatividad, formulada porEinstein, que describe elespacio-tiempoy lainteraccin gravitatoria; latermodinmica, que describe los fenmenos moleculares y de intercambio decalor; y, finalmente, lamecnica cuntica, que describe el comportamiento delmundo atmico.Mecnica clsica[editar]Artculo principal:Mecnica clsica

Girscopo, un dispositivo mecnico.Se conoce como mecnica clsica a la descripcin del movimiento de cuerpos macroscpicos a velocidades muy pequeas en comparacin con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta mecnica, conocidas comomecnica newtonianaymecnica analtica.La mecnica newtoniana, como su nombre indica, lleva intrnsecos los preceptos deNewton. A partir de lastres ecuacionesformuladas por Newton y mediante elclculo diferencialeintegral, se llega a una muy exacta aproximacin de los fenmenos fsicos. Esta formulacin tambin es conocida como mecnicavectorial, y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir suvectoren unsistema de referencia inercialprivilegiado.8La mecnica analtica es una formulacin matemtica abstracta sobre la mecnica; nos permite desligarnos de esossistemas de referenciaprivilegiados y tener conceptos ms generales al momento de describir un movimiento con el uso delclculo de variaciones. Existen dos formulaciones equivalentes: la llamadamecnica lagrangianaes una reformulacin de la mecnica realizada porJoseph Louis Lagrangeque se basa en la ahora llamada ecuacin de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mnima accin; la otra, llamadamecnica hamiltoniana, es una reformulacin ms terica basada en unafuncionalllamada hamiltoniano realizada porWilliam Hamilton. En ltima instancia las dos son equivalentes.8En la mecnica clsica en general se tienen tres aspectos invariantes: eltiempoes absoluto, la naturaleza realiza de forma espontnea lamnima acciny la concepcin de ununiverso determinado.Electromagnetismo[editar]Artculo principal:Electromagnetismo

Magnetsferaterrestre.Elelectromagnetismodescribe la interaccin de partculas cargadas concampos elctricosymagnticos. Se puede dividir enelectrosttica, el estudio de las interacciones entrecargasen reposo, y laelectrodinmica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y laradiacin. La teora clsica del electromagnetismo se basa en lafuerza de Lorentzy en lasecuaciones de Maxwell.La electrosttica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por laley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre s. Su comportamiento se puede analizar en trminos de la idea de un campo elctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estar sujeto a unafuerzaproporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicacin. El que la fuerza seaatractiva o repulsivadepende de lapolaridadde la carga. La electrosttica tiene muchas aplicaciones, que van desde el anlisis de fenmenos comotormentas elctricashasta el estudio del comportamiento de lostubos electrnicos.La electrodinmica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos elctricos y magnticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magntico, la electrodinmica se refiere a efectos tales como el magnetismo, laradiacin electromagntica, y lainduccin electromagntica, incluyendo las aplicaciones prcticas, tales como elgenerador elctricoy elmotor elctrico. Esta rea de la electrodinmica, conocida como electrodinmica clsica, fue sistemticamente explicada porJames Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenmenos de esta rea con gran generalidad. Una novedad desarrollada ms reciente es laelectrodinmica cuntica, que incorpora las leyes de lateora cunticaa fin de explicar la interaccin de la radiacin electromagntica con lamateria.Paul Dirac,HeisenbergyWolfgang Paulifueron pioneros en la formulacin de la electrodinmica cuntica. Laelectrodinmicaes inherentemente relativista y da unas correcciones que se introducen en la descripcin de los movimientos de las partculas cargadas cuando sus velocidades se acercan a lavelocidad de la luz. Se aplica a los fenmenos involucrados conaceleradores de partculasy con tubos electrnicos funcionando a altas tensiones y corrientes.El electromagnetismo abarca diversos fenmenos del mundo real como por ejemplo, laluz. La luz es uncampo electromagnticooscilante que se irradia desde partculas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayora de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como lasmicroondas,antenas,mquinas elctricas, comunicaciones porsatlite,bioelectromagnetismo,plasmas,investigacin nuclear, lafibra ptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnticas, la conversin de energa electromecnica, lameteorologaporradar, y la observacin remota. Los dispositivos electromagnticos incluyentransformadores,rels,radio/TV,telfonos, motores elctricos, lneas de transmisin, guas de onda,fibras pticasylseres.

Espectro electromagntico.Vase tambin:pticaRelatividad[editar]Artculo principal:Teora de la relatividad

Dibujo artstico acerca de una prueba realizada con alta precisin por la sondaCassinial enviar seales a la tierra y al describir la trayectoria predicha.La relatividad es la teora formulada principalmente porAlbert Einsteina principios delsiglo XX, y se divide en dos cuerpos de investigacin: larelatividad especialy larelatividad general.En la teora de la relatividad especial, Einstein,LorentzyMinkowski, entre otros, unificaron los conceptos deespacioytiempo, en un ramado tetradimensional al que se le denominespacio-tiempo. La relatividad especial fue una teora revolucionaria para su poca, con la que el tiempo absoluto de Newton qued relegado y conceptos como la invariabilidad en lavelocidad de la luz, ladilatacin del tiempo, lacontraccin de la longitudy laequivalencia entre masa y energafueron introducidos. Adems, con las formulaciones de la relatividad especial, lasleyes de la Fsicason invariantes en todos lossistemas de referencia inerciales; como consecuencia matemtica, se encuentra como lmite superior de velocidad a la de la luz y se elimina lacausalidaddeterminista que tena la fsica hasta entonces. Hay que indicar que las leyes del movimiento de Newton son un caso particular de esta teora donde lamasa, al viajar a velocidades muy pequeas, no experimenta variacin alguna en longitud ni se transforma en energa, y al tiempo se le puede considerar absoluto.Por otro lado, larelatividad generalestudia lainteraccin gravitatoriacomo una deformacin en la geometra delespacio-tiempo. En esta teora se introducen los conceptos de lacurvatura del espacio-tiempocomo la causa de la interaccin gravitatoria, elprincipio de equivalenciaque dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes de la relatividad especial son invariantes y la introduccin del movimiento de un partcula por lneasgeodsicas. La relatividad general no es la nica teora que describe la atraccin gravitatoria, pero es la que ms datos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente, a la interaccin gravitatoria se la describa matemticamente por medio de una distribucin demasas, pero en esta teora no solo la masa percibe esta interaccin, sino tambin laenerga, mediante la curvatura del espacio-tiempo, y es por eso que se necesita otro lenguaje matemtico para poder describirla, elclculo tensorial. Muchos fenmenos, como la curvatura de la luz por accin de la gravedad y la desviacin en larbitadeMercurio, son perfectamente predichos por esta formulacin. La relatividad general tambin abri otro campo de investigacin en la fsica, conocido comocosmologa, y es ampliamente utilizado en laastrofsica.9Termodinmica y mecnica estadstica[editar]Artculos principales:TermodinmicayMecnica Estadstica.

Transferencia decalorporconveccin.Latermodinmicatrata los procesos detransferencia de calor, que es una de las formas deenerga, y cmo se puede realizar untrabajocon ella. En esta rea se describe cmo la materia en cualquiera de susfases(slido,lquido,gaseoso) va transformndose. Desde un punto de vista macroscpico de la materia, se estudia como sta reacciona a cambios en suvolumen,presinytemperatura, entre otras magnitudes. La termodinmica se basa encuatro leyes principales: el equilibrio termodinmico (o ley cero), el principio deconservacin de la energa(primera ley), el aumento temporal de laentropa(segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).10Una consecuencia de la termodinmica es lo que hoy se conoce comomecnica estadstica. Esta rama estudia, al igual que la termodinmica, los procesos de transferencia de calor, pero, al contrario a la anterior, desde un punto de vistamolecular. La materia, como se conoce, est compuesta por molculas, y el conocer el comportamiento de una sola de sus molculas nos lleva a medidas errneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementoscaticosoaleatorios, y se utiliza el lenguajeestadsticoy consideraciones mecnicas para describir comportamientos macroscpicos de este conjunto molecular microscpico.11Mecnica cuntica[editar]Artculo principal:Mecnica cuntica

Esquema de una funcin de onda monoelectrnica uorbitalen tres dimensiones.La mecnica cuntica es la rama de la fsica que trata lossistemas atmicosy subatmicos, y sus interacciones con la radiacin electromagntica, en trminos de cantidadesobservables. Se basa en la observacin de que todas las formas deenergase liberan en unidades discretas o paquetes llamadoscuantos. Sorprendentemente, lateora cunticaslo permite normalmente clculosprobabilsticosoestadsticosde las caractersticas observadas de laspartculas elementales, entendidos en trminos de funciones de onda. Laecuacin de Schrdingerdesempea el papel en la mecnica cuntica que lasleyes de Newtony laconservacin de la energahacen en la mecnica clsica. Es decir, la prediccin del comportamiento futuro de un sistema dinmico, y es una ecuacin de onda en trminos de unafuncin de ondala que predice analticamente la probabilidad precisa de los eventos o resultados.En teoras anteriores de la fsica clsica, la energa era tratada nicamente como un fenmeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una regin muy concreta delespacioy que se mueve de manera continua. Segn la teora cuntica, la energa se emite y se absorbe en cantidades discretas y minsculas. Un paquete individual de energa, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como unapartculade materia. Por otro lado, se encontr que las partculas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando estn en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una regin determinada, sino ms bien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiacin emitida o absorbida por untomoslo tiene ciertasfrecuencias(olongitudes de onda), como puede verse en lalnea del espectroasociado alelemento qumicorepresentado por tal tomo. La teora cuntica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, ofotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del tomo slo pueden tener ciertos valores de energa permitidos. Cuando unelectrnpasa de un nivel permitido a otro, una cantidad de energa es emitida o absorbida, cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energa entre los dos niveles.

Esquema de un orbital en dos dimensiones.El formalismo de la mecnica cuntica se desarroll durante ladcada de 1920. En 1924,Louis de Brogliepropuso que, al igual que las ondas de luz presentan propiedades de partculas, como ocurre en elefecto fotoelctrico, las partculas, a su vez, tambin presentan propiedadesondulatorias. Dos formulaciones diferentes de la mecnica cuntica se presentaron despus de la sugerencia de Broglie. En 1926, lamecnica ondulatoriadeErwin Schrdingerimplica la utilizacin de una entidad matemtica, lafuncin de onda, que est relacionada con la probabilidad de encontrar una partcula en un punto dado en el espacio. En 1925, lamecnica matricialdeWerner Heisenbergno hace mencin alguna de las funciones de onda o conceptos similares, pero ha demostrado ser matemticamente equivalente a la teora de Schrdinger. Un descubrimiento importante de la teora cuntica es elprincipio de incertidumbre, enunciado por Heisenberg en 1927, que pone un lmite terico absoluto en la precisin de ciertas mediciones. Como resultado de ello, la asuncin clsica de los cientficos de que el estado fsico de un sistema podra medirse exactamente y utilizarse para predecir los estados futuros tuvo que ser abandonada. Esto supuso una revolucin filosfica y dio pie a numerosas discusiones entre los ms grandes fsicos de la poca.La mecnica cuntica se combin con la teora de la relatividad en la formulacin dePaul Diracde1928, lo que, adems, predijo la existencia deantipartculas. Otros desarrollos de la teora incluyen la estadstica cuntica, presentada en una forma por Einstein y Bose (laestadstica de Bose-Einstein) y en otra forma por Dirac yEnrico Fermi(laestadstica de Fermi-Dirac), laelectrodinmica cuntica, interesada en la interaccin entre partculas cargadas y los campos electromagnticos, su generalizacin, lateora cuntica de camposy laelectrnica cuntica.El descubrimiento de la mecnica cuntica a principios delsiglo XXrevolucion la fsica, y la mecnica cuntica es fundamental para la mayora de las reas de la investigacin actual.Conceptos fsicos fundamentales[editar]Artculo principal:Anexo:Conceptos fsicos fundamentalesEn general un concepto fsico es interpretable slo en virtud de la teora fsica donde aparece. As la descripcin clsica de un gas o un fluido recurre al concepto demedio continuoan cuando en realidad la materia est formada por tomos discretos, eso no impide que el concepto de medio continuo en el contexto de aplicacin de lamecnica de fluidoso lamecnica de slidos deformablesno sea til. Igualmente la mecnica newtoniana trata el campo gravitatorio como un campo de fuerzas, pero por otra parte la teora de la relatividad general considera que no existen genuinamente fuerzas gravitatorias sino que los fenmenos gravitatorios son una manifestacin de lacurvatura del espacio-tiempo.Si se examina una lista larga de conceptos fsicos rpidamente se aprecia que muchos de ellos slo tienen sentido o son definibles con todo rigor en el contexto de una teora concreta y por tanto no son conceptos fundamentales que deban aparecer en cualquier descripcin fsica del universo. Sin embargo, un conjunto reducido de conceptos fsicos aparecen tanto en la descripcin de la fsica clsica, como en la descripcin de la fsica relativista y la de la mecnica cuntica. Estos conceptos fsicos que parecen necesarios en cualquier teora fsica suficientemente amplia son los llamadosconceptos fsicos fundamentales, una lista no exhaustiva de los mismos podra ser:Conceptos fundamentales de la fsica

Magnitudes fsicasEnergaEnerga cinticaMomentumMomentum angularMasaCarga elctricaEntropa

Tipos de entidades fsicas:Materiapartculacampoondaespacio-tiempoobservadorEspacioTiempoPosicin

Construcciones tericas fundamentales:LagrangianoAccinEcuaciones de Euler-LagrangeEcuacin de movimientoEstado fsicoLey de conservacin

reas de investigacin[editar]Fsica terica[editar]Artculo principal:Fsica terica

Esquema de lateora de cuerdas.La cultura de la investigacin en fsica en los ltimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separacin de los fsicos que se dedican a la teora y otros que se dedican a los experimentos. Los tericos trabajan en la bsqueda de modelos matemticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. As pues, teora y experimentos estn relacionados ntimamente. El progreso en fsica a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teoras actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.La fsica terica est muy relacionada con lasmatemticas, ya que sta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teoras fsicas. Los tericos confan en elclculo diferencialeintegral, elanlisis numricoy en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos fsicos. Los campos defsica computacionaly matemtica son reas de investigacin activas.Los tericos pueden concebir conceptos tales comouniversos paralelos, espacios multidimensionales ominsculas cuerdasque vibran o la teora del todo, y a partir de ah, realizar hiptesis fsicas.Materia condensada[editar]Artculo principal:Materia condensada

Efecto Meissner, un ejemplo desuperconductividad.La fsica de la materia condensada se ocupa de las propiedades fsicas macroscpicas de la materia, tales como ladensidad, latemperatura, ladureza, o elcolorde un material. Los materiales consisten en un gran nmero de tomos o molculas que interactan entre ellos, por lo que estn "condensados", a diferencia de estar libres sin interactuar. La fsica de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscpicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscpico o atmico y as comprender mejor las propiedades de los materiales.Las fases "condensadas" ms comunes sonslidosylquidos, que surgen delenlace qumicoentre los tomos, debido a lainteraccin electromagntica. Fases ms exticas son lossuperfluidos, loscondensados de Bose-Einsteinencontrados en ciertos sistemas atmicos a muy bajas temperaturas, la fasesuperconductorade los electrones de conduccin de ciertos materiales, y las fasesferromagnticasyantiferromagnticasde losespinesen lasredes atmicas.La fsica de lamateria condensadaes el campo de la fsica contempornea ms extenso y que involucra a un mayor nmero de fsicos. Histricamente, la fsica de la materia condensada surgi de la fsica de estado slido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresin fsica de la materia condensada aparentemente fue acuada porPhilip Andersoncuando renombr en 1967 su grupo de investigacin, anteriormente llamado de teora del estado slido. La fsica de la materia condensada tiene una gran superposicin con laqumica, laciencia de materiales, lananotecnologay laingeniera.Fsica atmica y molecular[editar]Artculos principales:Fsica atmicayFsica molecular.

Estructura deldiamante.La fsica atmica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de tomos individuales o estructuras que contienen unos pocos tomos. Ambas reas se agrupan debido a su interrelacin, la similitud de los mtodos utilizados, as como el carcter comn de las escalas de energa relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clsicos como cunticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscpicos y macroscpicos.La investigacin actual en fsica atmica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de tomos 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 losrelojes atmicos), aumentar la precisin de las mediciones deconstantes fsicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teoras como larelatividado elmodelo estndar, medir los efectos de correlacin electrnica en la estructura y dinmica atmica, y la medida y comprensin del comportamiento colectivo de los tomos de gases que interactan dbilmente (por ejemplo, en uncondensado de Bose-Einsteinde pocos tomos).La fsica molecular se centra en estructurasmolecularesy sus interacciones con la materia y con la luz.Fsica de partculas o de altas energas y Fsica nuclear[editar]Artculo principal:Fsica de partculas

Ilustracin de unadesintegracin alfa.La fsica de partculas es la rama de la fsica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si stas fueran partculas. Es llamada tambinfsica de altas energas, pues muchas de las partculas elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en colisiones de alta energa entre otras partculas, como se hace en losaceleradores de partculas. Los principales centros de estudio sobre partculas son el Laboratorio Nacional Fermi oFermilab, enEstados Unidos, y el Centro Europeo para la Investigacin Nuclear oCERN, en la frontera entreSuizayFrancia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energas similares a las que se cree existieron en elBig Bang, y as se intenta tener cada vez ms pruebas delorigen del universo.12En la actualidad, las partculas elementales se clasifican siguiendo el llamadoModelo Estndaren dos grandes grupos:bosonesyfermiones. Los bosones son las partculas que interactan con la materia y los fermiones son las partculas constituyentes de la materia. En el modelo estndar se explica cmo lasinteracciones fundamentalesen forma de partculas (bosones) interactan con las partculas de materia (fermiones). As, elelectromagnetismotiene su partcula llamadafotn, la interaccin nuclear fuerte tiene alglun, la interaccin nuclear dbil a losbosones W y Zy la gravedad a una partcula hipottica llamadagravitn. Entre los fermiones hay ms variedad; se encuentran dos tipos: losleptonesy losquarks. En conjunto, el modelo estndar contiene 24 partculas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partculas/anti-partculas) junto con tres familias debosones de gaugeresponsables de transportar las interacciones.13La Fsica Nuclear es el campo de la Fsica que estudia los constituyentes del ncleo atmico y sus interacciones. Las aplicaciones ms conocidas de la fsica nuclear son la tecnologa de generacin de energa y armamento, pero el campo ha dado lugar a aplicaciones en diversos campos, incluyendo medicina nuclear e imgenes por resonancia magntica, ingeniera de implantacin de iones en materiales y datacin por radiocarbono en geologa y arqueologa.Astrofsica[editar]Artculos principales:AstrofsicayAstronoma.

Ilustracin de cmo podra verse unagujero negrosupermasivo.La astrofsica y la astronoma son ciencias que aplican las teoras y mtodos de otras ramas de la fsica al estudio de los objetos que componen nuestro variadouniverso, tales comoestrellas,planetas,galaxiasyagujeros negros. La astronoma se centra en la comprensin de los movimientos de los objetos, mientras que,grosso modo, la astrofsica busca explicar su origen, su evolucin y su comportamiento. Actualmente los trminos astrofsica y astronoma se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.Esta rea, junto a la fsica de partculas, es una de las reas ms estudiadas y ms apasionantes del mundo contemporneo de la fsica. Desde que eltelescopio espacial Hubblenos brind detallada informacin de los ms remotos confines deluniverso, los fsicos pudieron tener una visin ms objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teoras.14Debido a que la astrofsica es un campo muy amplio, los astrofsicos aplican normalmente muchas disciplinas de la fsica, incluida la mecnica, el electromagnetismo, la mecnica estadstica, la termodinmica, la mecnica cuntica, la relatividad, la fsica nuclear y de partculas, y la fsica atmica y molecular. Adems, la astrofsica est ntimamente vinculada con lacosmologa, que es el rea que pretende describir elorigen del universo.15Biofsica[editar]Artculo principal:Biofsica

La biofsica podra describir fsicamente lo que ocurre en nuestrocerebro.La biofsica es un rea interdisciplinaria que estudia labiologaaplicando los principios generales de la fsica. Al aplicar el carcterprobabilsticode lamecnica cunticaasistemas biolgicos, obtenemos mtodos puramente fsicos para la explicacin de propiedades biolgicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es nicamente en direccin a la biologa, ya que sta se ha ido enriqueciendo de los conceptos fsicos y no viceversa.16Esta rea est en constante crecimiento. Se estima que durante los inicios del siglo XXI cada vez la confluencia defsicos,bilogosyqumicosa los mismos laboratorios se incrementar. Los estudios enneurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenz a implementar las leyes delelectromagnetismo, lapticay lafsica molecularal estudio de lasneuronas.17