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Introducción a las principales leyes de la física

Introducción a las principales leyes de la física

Con los años, una cosa que los científicos han descubierto es que la naturaleza es generalmente más compleja de lo que le damos crédito. Las leyes de la física se consideran fundamentales, aunque muchas de ellas se refieren a sistemas idealizados o teóricos que son difíciles de replicar en el mundo real.

Al igual que otros campos de la ciencia, las nuevas leyes de la física se basan o modifican las leyes existentes y la investigación teórica. La teoría de la relatividad de Albert Einstein, que desarrolló a principios del siglo XX, se basa en las teorías desarrolladas por Sir Isaac Newton hace más de 200 años.

Ley de la gravitación universal

El trabajo innovador de Sir Isaac Newton en física se publicó por primera vez en 1687 en su libro "Los principios matemáticos de la filosofía natural", comúnmente conocido como "Los Principia". En él, describió teorías sobre la gravedad y el movimiento. Su ley física de la gravedad establece que un objeto atrae a otro objeto en proporción directa a su masa combinada e inversamente relacionado con el cuadrado de la distancia entre ellos.

Tres leyes de movimiento

Las tres leyes del movimiento de Newton, también encontradas en "Los Principia", gobiernan cómo cambia el movimiento de los objetos físicos. Definen la relación fundamental entre la aceleración de un objeto y las fuerzas que actúan sobre él.

  • Primera regla: Un objeto permanecerá en reposo o en un estado de movimiento uniforme a menos que ese estado sea cambiado por una fuerza externa.
  • Segunda regla: La fuerza es igual al cambio en el momento (masa por velocidad) con el tiempo. En otras palabras, la tasa de cambio es directamente proporcional a la cantidad de fuerza aplicada.
  • Tercera regla: Para cada acción en la naturaleza hay una reacción igual y opuesta.

Juntos, estos tres principios que Newton describió forman la base de la mecánica clásica, que describe cómo los cuerpos se comportan físicamente bajo la influencia de fuerzas externas.

Conservación de masa y energía.

Albert Einstein presentó su famosa ecuación E = mc2 en una publicación de 1905 titulada "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". El artículo presentó su teoría de la relatividad especial, basada en dos postulados:

  • Principio de relatividad: Las leyes de la física son las mismas para todos los marcos de referencia inerciales.
  • Principio de constancia de la velocidad de la luz: La luz siempre se propaga a través de un vacío a una velocidad definida, que es independiente del estado de movimiento del cuerpo emisor.

El primer principio simplemente dice que las leyes de la física se aplican por igual a todos en todas las situaciones. El segundo principio es el más importante. Se estipula que la velocidad de la luz en el vacío es constante. A diferencia de todas las otras formas de movimiento, no se mide de manera diferente para los observadores en diferentes marcos de referencia inerciales.

Leyes de termodinámica

Las leyes de la termodinámica son en realidad manifestaciones específicas de la ley de conservación de la energía de masa en relación con los procesos termodinámicos. El campo fue explorado por primera vez en la década de 1650 por Otto von Guericke en Alemania y Robert Boyle y Robert Hooke en Gran Bretaña. Los tres científicos utilizaron bombas de vacío, de las cuales von Guericke fue pionero, para estudiar los principios de presión, temperatura y volumen.

  • La Ley Zeroeth de Termodinámica hace posible la noción de temperatura.
  • La primera ley de la termodinámica. demuestra la relación entre energía interna, calor agregado y trabajo dentro de un sistema.
  • La segunda ley de termodinámica se relaciona con el flujo natural de calor dentro de un sistema cerrado.
  • La tercera ley de termodinámica afirma que es imposible crear un proceso termodinámico que sea perfectamente eficiente.

Leyes electrostáticas

Dos leyes de la física gobiernan la relación entre las partículas cargadas eléctricamente y su capacidad para crear fuerza electrostática y campos electrostáticos.

  • Ley de Coulomb lleva el nombre de Charles-Augustin Coulomb, un investigador francés que trabajó en la década de 1700. La fuerza entre dos cargas puntuales es directamente proporcional a la magnitud de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros. Si los objetos tienen la misma carga, positiva o negativa, se repelerán entre sí. Si tienen cargas opuestas, se atraerán entre sí.
  • Ley de Gauss lleva el nombre de Carl Friedrich Gauss, un matemático alemán que trabajó a principios del siglo XIX. Esta ley establece que el flujo neto de un campo eléctrico a través de una superficie cerrada es proporcional a la carga eléctrica incluida. Gauss propuso leyes similares relacionadas con el magnetismo y el electromagnetismo en su conjunto.

Más allá de la física básica

En el ámbito de la relatividad y la mecánica cuántica, los científicos han descubierto que estas leyes aún se aplican, aunque su interpretación requiere un cierto refinamiento, lo que da como resultado campos como la electrónica cuántica y la gravedad cuántica.