GALILEO GALILEI

Galileo realizó notables aportaciones científicas en el campo de la física, que pusieron en entredicho teorías consideradas verdaderas durante siglos. Así, por ejemplo, demostró la falsedad del postulado aristotélico que afirmaba que la aceleración de la caída de los cuerpos -en caída libre- era proporcional a su peso, y conjeturó que, en el vacío, todos los cuerpos caerían con igual velocidad. Para ello hizo deslizar esferas cuesta abajo por la superficie lisa de planos inclinados con distinto ángulo de inclinación (y no fue con el lanzamiento de cuerpos de distinto peso, desde la torre inclinada de Pisa, como se había creído durante mucho tiempo).

Entre otros hallazgos notables figuran las leyes del movimiento pendular (sobre el cual comenzó a pensar, según la conocida anécdota, mientras observaba una lámpara que oscilaba en la catedral de Pisa), y las leyes del movimiento acelerado.

La obra que le hizo merecedor del título de Padre de la Física Matemática fue el Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti la meccanica (Discursos y demostraciones en torno a dos nuevas ciencias relacionadas con la mecánica), escrita con la ayuda de su discípulo Torricelli, donde describe los resultados de sus investigaciones sobre mecánica. Esta obra sentó las bases físicas y matemáticas para un análisis del movimiento, y se convirtió en la base de la ciencia de la mecánica, edificada por científicos posteriores, como Isaac Newton. Galileo creó dos nuevas ciencias conocidas en la actualidad como Dinámica y Resistencia de materiales.

ISAAC NEWTON

En los Principia, publicados por insistencia (y financiación) de su gran amigo y astrónomo Edmond Halley, parte de tres axiomas del movimiento, que se infieren de las experiencias de Galileo del movimiento de los proyectiles: la inercia, la composición de velocidades y la conservación del impulso. Y haciendo uso del cálculo infinitesimal obtiene sus famosas tres leyes dinámicas.

La primera es la Ley de la inercia: un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme de forma indefinida si sobre él no actúa ninguna fuerza. La segunda es conocida como la Ley fundamental de la dinámica: la aceleración que produce una fuerza en un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza e inversamente proporcional a su masa, que matemáticamente toma la expresión F = m.a. Por último, la Ley de acción y reacción establece que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), el otro ejerce exactamente la misma fuerza, pero en sentido contrario, sobre el primero (reacción).

Con la segunda ley, suponiendo que los cálculos dinámicos se simplificarían considerablemente si suponía como equivalente el que toda la masa se concentrara en el centro geométrico de los cuerpos, y con la tercera Ley de Kepler, dedujo la Ley de la gravitación, cuyo enunciado afirma que dos cuerpos cualesquiera se atraen recíprocamente con una fuerza directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta ley queda sujeta a comprobación experimental, y con ésta logró demostrar las otras dos Leyes de Kepler.

Es de destacar también que en la obra de Newton el espacio y el tiempo se definen como entidades absolutas, sin relación con ningún objeto externo, pues la dinámica define un único sistema de referencia para el reposo y el movimiento que no está sujeto a ningún cuerpo, y el tiempo es irreducible a cualquier proceso físico (no se define por ningún proceso físico), inmóvil y siempre similar, concepción que imperó en el pensamiento científico moderno hasta la llegada de la teoría de la relatividad de Einstein. Este fue uno de los argumentos empleados por Newton en contra de Leibniz.

MAX PLANCK

(Ernst Karl Ludwig Planck; Kiel, actual Alemania, 1858-Gotinga, Alemania, 1947) Físico alemán. Dotado de una extraordinaria capacidad para disciplinas tan dispares como las artes, las ciencias y las letras, se decantó finalmente por las ciencias puras, y siguió estudios de física en las universidades de Munich y Berlín; en ésta tuvo como profesores a Helmholtz y Kirchhoff. Tras doctorarse por la Universidad de Munich con una tesis acerca del segundo principio de la termodinámica (1879), fue sucesivamente profesor en las universidades de Munich, Kiel (1885) y Berlín (1889), en la última de las cuales sucedió a su antiguo profesor, Kirchhoff. Enunció la ley de Wien (1896) y aplicó el segundo principio de la termodinámica, formulando a su vez la ley de la radiación que lleva su nombre (ley de Planck, 1900).

A lo largo del año 1900 logró deducir dicha ley de los principios fundamentales de la termodinámica, para lo cual partió de dos suposiciones: por un lado, la teoría de L. Boltzmann, según la cual el segundo principio de la termodinámica tiene carácter estadístico, y por otro, que el cuerpo negro absorbe la energía electromagnética en cantidades indivisibles elementales, a las que dio el nombre de quanta (cuantos).

El valor de dichos cuantos debía ser igual a la frecuencia de las ondas multiplicada por una constante universal, la llamada constante de Planck. Este descubrimiento le permitió, además, deducir los valores de constantes como la de Boltzmann y el número de Avogadro.

Ocupado en el estudio de la radiación del cuerpo negro, trató de describir todas sus características termodinámicas, e hizo intervenir, además de la energía, la entropía. Conforme a la opinión de L. Boltzmann de que no lograría obtener una solución satisfactoria para el equilibrio entre la materia y la radiación si no suponía una discontinuidad en los procesos de absorción y emisión, logró proponer la «fórmula de Planck», que representa con exactitud la distribución espectral de la energía para la radiación del llamado cuerpo negro. Para llegar a este resultado tuvo que admitir que los electrones no podían describir movimientos arbitrarios, sino tan sólo determinados movimientos privilegiados y, en consecuencia, que sus energías radiantes se emitían y se absorbían en cantidades finitas iguales, es decir, que estaban cuantificadas.

La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del siglo XX, e influyó tanto en Einstein (efecto fotoeléctrico) como en N. Bohr (modelo de átomo de Bohr). El primero concluyó, en 1905, que la única explicación válida para el llamado efecto fotoeléctrico consiste en suponer que en una radiación de frecuencia determinada la energía se concentra en corpúsculos (cuantos de luz, conocidos en la actualidad como fotones) cuyo valor es igual al producto de la constante de Planck por dicha frecuencia. A pesar de ello, tanto Planck como el propio Einstein fueron reacios a aceptar la interpretación probabilística de la mecánica cuántica (escuela de Copenhague). Sus trabajos fueron reconocidos en 1918 con la concesión del Premio Nobel de Física por la formulación de la hipótesis de los cuantos y de la ley de la radiación.

JOHANNES KEPLER

En 1601 muere Tycho y tras varias incidencias, puede Kepler disponer de toda la ingente experiencia acumulada por el danés. Decidido partidario de la teoría de Copérnico, entre 1604 y 1609 publica varios trabajos en los que se encuentran las que serán luego sus dos primeras leyes.

- Los planetas se mueven en órbitas elípticas planas con el sol situado en uno de sus focos. - Los planetas en su movimiento barren áreas iguales en tiempos iguales. Es necesario esperar diez años más para que se formule lo que hoy se llama “tercera ley de

Kepler”. Y ella aparece en un trabajo de 1619 en un libro cuyo título es sugerente: “Las armonías del mundo”. En ella se dice:

- Los cuadrados de los periodos de los planetas en su movimiento alrededor del sol son proporcionales a los cubos de sus ejes mayores.

Las tres leyes son leyes empíricas, nacidas de la observación y solo se ha tenido en cuenta para formularlas los datos experimentales. Es cierto que ello no es ciertamente nuevo, ya que en Física este método ha permitido formular otras. Recuérdese el Principio de Arquímedes. Sin embargo en la época en que se plantea sí lo es. Aparte de ello, de las aportaciones de Kepler interesa destacar:

1. El hecho de que exprese esos comportamientos en forma de  ecuaciones matemáticas. ¡La ciencia ha comenzado a ser cuantitativa! 

2.  Su propuesta de que el sol ejerce sobre los planetas una fuerza que es inversamente proporcional a la distancia. Hecho importante aunque luego resultara que no era del todo exacto.

3. El relacionar sus hallazgos con otro recientes descubrimientos.  Porque hasta en los errores se adivina el nuevo aire que Kepler imprime a la ciencia. Por esas épocas Gilbert  propone la existencia de las fuerzas magnéticas entre imanes. Kepler sugiere la posibilidad de que tales fuerzas existan entre los astros y sean responsables de las atracciones entre ellos.

4. La evolución de su pensamiento en la dirección de que la Ciencia puede construirse sin necesidad de recurrir a hipótesis alguna acerca de seres superiores. Y ello sin alterar su creencia en Dios.

Resulta curioso citar un párrafo de Kepler de uno de sus últimos libros “Mysterium Cosmographicum”. «En una ocasión yo creí firmemente que la fuerza origen de un planeta residía en un alma... Sin embargo, cuando reflexioné que esta causa de movimiento disminuía en proporción a la distancia, del mismo modo que la luz del Sol disminuye en proporción a la distancia a este astro, llegué a la conclusión de que esta fuerza debe ser sustancial; no en el sentido literal, sino... de la misma manera que decimos que la luz es algo sustancial significando que es una entidad 'no espiritual' que emana de un cuerpo sustancial.»

APORTACIONES DE ALBERT EINSTEIN

En realidad, los primeros conceptos de la teoría fueron enunciados inicialmente por el físico alemán Max Planck, quien en 1900 postuló la idea de que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades llamadas quántum.

Pero fue Albert Einstein (1879-1955), su compatriota, quien impulsó esta hipótesis cinco años después, cuando utilizó la teoría de los cuantos para explicar el efecto fotoeléctrico, que desde 1897 tenía intrigados a los científicos.

La teoría utiliza el concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación.

Y Einstein, en uno de tres ensayos publicados en 1905, explicó el efecto al señalar que la luz está formada por cuantos, es decir unidades elementales de energía.

Einstein sugirió que se puede pensar en la luz como conjuntos individuales de "cuantos" de energía, en un desafío directo a la teoría, entonces predominante, de que la luz estaba formada por ondas.

Einstein, quien ganó el Premio Nobel de Física en 1921 por su trabajo sobre la teoría de la relatividad, afirmó que muchos fenómenos se pueden explicar suponiendo que un cuanto de energía radiante expulsa un único electrón.

La energía del cuanto es proporcional a la frecuencia, por lo que la energía del electrón depende de esa frecuencia, según señaló.

Armados con esa idea revolucionaria, los físicos pudieron explicarse una serie de fenómenos, entre ellos el efecto fotoeléctrico que es la emisión de electrones desde una superficie (generalmente metálica) ante la exposición a una radiación electromagnética (como la luz visible y la radiación ultravioleta).

La ocasión fue celebrada por la revista "New Journal of Physics" que publicó hoy una serie de 19 artículos, elaborados por científicos de varios países, donde se analizan las últimas aplicaciones del fenómeno fotoeléctrico explicado por Einstein.

La revista pertenece a la Sociedad de Física de Alemania y al Instituto de Física, un organismo internacional que con 37.000 miembros promueve el avance y la difusión del conocimiento y la educación en el campo de la física pura y aplicada.

"Los argumentos que Einstein utilizó en la teoría de la radiación fotoeléctrica son asombrosos por su osadía y su belleza", manifestó en uno de los artículos Frank Wilczek, teórico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y uno de los ganadores del Nobel de Física en 2004.

Einstein, "planteó ideas revolucionarias que inspiraron trabajos experimentales determinantes y ayudaron a poner en marcha la teoría de los cuantos", añadió.

Según Wilczek, aunque no se le apreció debidamente en su momento, el trabajo de Einstein sobre la naturaleza cuántica de la luz fue el primer paso hacia el establecimiento de la dualidad (ondas-partículas) de los cuantos.

En la actualidad la fotoemisión es uno de los instrumentos principales que se utilizan para explicar la estructura electrónica de la materia, así como para entender sus propiedades.

Además, se le ha calificado como "la varita mágica" que ayuda a resolver problemas difíciles de la física, señaló la revista.

Según Franz Himpsel, que dirigió la publicación de los artículos, éstos demuestran algunas de las nuevas direcciones que ha tomado la teoría de la fotoemisión, así como los usos prácticos que se le han dado.

Himpsel indicó como ejemplo que ahora los científicos están diseñando artefactos electrónicos mucho más rápidos utilizando para ello "electrones candentes" y materiales complejos.

Entre ellos citó el caso de los superconductores a altas temperaturas, "con lo cual se ha abierto un nuevo campo para los materiales electrónicos diseñados al detalle y donde existe una alta correlación de sus electrones".

MOVIMIENTO

En mecánica, el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición en el espacio que experimentan los cuerpos de un sistema con respecto a ellos mismos o a otro cuerpo que se toma como referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.

La descripción y estudio del movimiento de un cuerpo exige determinar su posición en el espacio en función del tiempo. Para ello es necesario un sistema de referencia o referencial.

PARTICULA

Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia, más precisamente son partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna.

Originalmente el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los protones y neutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años 1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de otras partículas más simples. Actualmente el nombre partícula elemental se usa para las partículas, que hasta donde se sabe, no están formadas por partículas más simples en interacción.[2

POSICION

La posición de una partícula física se refiere a la localización en el espacio-tiempo de ésta.

En mecánica clásica, la posición de una partícula en el espacio es una magnitud vectorial utilizada para determinar su ubicación en un sistema coordenado de referencia. En relatividad general, la posición no es representable mediante un vector euclidiano ya que en el espacio-tiempo es curvo en esa teoría, por lo que la posición necesariamente debe representarse mediante un conjunto de coordenadas curvilíneas arbitrarias, que en general no puden ser interpretadas como las componentes de un vector físico genuino. En mecánica cuántica la discusión de la posición de una partícula es aún más complicada debido a los efectos de no localidad relacionados con el problema de la medida de la mecánica cuántica.

Más en general, en un sistema físico o de otro tipo, se utiliza el término posición para referirse al estado físico o situación distinguible que exhibe el sistema. Así es común hablar de la posición del sistema en un diagrama que ilustre variables de estado del sistema.

SISTEMA

Un sistema (del latín systema, proveniente del griego σύστημα) es un conjunto de funciones, virtualmente referenciada sobre ejes, bien sean estos reales o abstractos. También suele definirse como un conjunto de elementos dinámicamente relacionados formando una actividad para alcanzar un objetivo operando sobre datos, energía y/o materia para proveer información.

El Tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación, esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste aparentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida). Es la magnitud que permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y da lugar al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

El tiempo no ha podido ser observado como una entidad física, es decir, no existe prueba alguna obtenida de algún experimento realizado solamente con el propósito de detectarlo físicamente. Las variadas opiniones encontradas en las diferentes teorías que asumen un tiempo absoluto o un tiempo flexible, son ideas basadas en pensamientos filosóficos. En lo que respecta a la ciencia, el tiempo como magnitud física, seguirá siendo un concepto abstracto y subjetivo, a como lo son la longitud, el volúmen, la masa, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración y la energía.

LA MEDICIONLa medición es la determinación de la proporción entre la dimensión o suceso de un objeto y una determinada unidad de medida. La dimensión del objeto y la unidad deben ser de la misma magnitud. Una parte importante de la medición es la estimación de error o análisis de errores.

LA TRAYECTORIA

En cinemática, la trayectoria es el lugar geométrico de las posiciones sucesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento. La trayectoria depende del sistema de referencia en el que se describa el movimiento; es decir el punto de vista del observador.

En la mecánica clásica la trayectoria de un cuerpo puntual siempre es una línea continua. Por el contrario, en la mecánica cuántica hay situaciones en las que no es así. Por ejemplo, posición de un electrón orbital de un átomo es probabilística, por lo que la trayectoria corresponde más bien a un volumen.

DESPLAZAMIENTO

En mecánica, el desplazamiento es el vector que define la posición de un punto o partícula en relación a un origen o con respecto a una posición previa. El vector se extiende desde el punto de referencia hasta la posición actual.

REFERENCIA

Sistema de referencia, conjunto definido de un origen y de tres ejes perpendiculares entre sí y que pasan por aquél.

Para situar los vectores de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración se elige como sistema de referencia el cartesiano formado por los ejes OX, OY y OZ, perpendiculares entre sí dos a dos. La posición de un punto P en este sistema de referencia queda determinada por su vector de posición, r, cuyo origen está en O y su extremo en P.

Los sistemas de referencia son indispensables para determinar la posición de un cuerpo y para describir si el cuerpo se mueve o está en reposo. Sin embargo, tanto el movimiento como el reposo son conceptos relativos, pues no se dispone de ningún sistema de referencia que sea inmóvil. El sistema de ejes cartesianos anteriormente definido está en el laboratorio, pero éste se encuentra sobre la Tierra y ésta gira sobre su eje y se mueve alrededor del Sol. A este respecto se considera que las leyes de la física son idénticas en todos los sistemas de referencia “inerciales”. Un sistema de referencia se dice que es inercial cuando no está acelerado con respecto al conjunto del Universo. Todo sistema de referencia que permanezca fijo, o con movimiento uniforme, con respecto a la Tierra se puede considerar como inercial, y todo sistema de referencia que se mueva con velocidad uniforme con respecto a un sistema de refencia inercial es también inercial. Por el contrario, si un sistema de referencia está acelerado con respecto a uno inercial, dicho sistema no puede ser inercial

FENÓMENO

Se denomina fenómeno físico a cualquier suceso natural observable y susceptible de ser medido con algún aparato o instrumento, donde las sustancias que intervienen en general no cambian, y si cambian, el cambio se produce a nivel microscópico.

Distinguimos los fenómenos físicos de los fenómenos químicos, que son también sucesos observables y susceptibles de ser medidos, pero en los cuales las sustancias intervinientes "cambian" macroscópicamente al combinarse entre sí. A nivel subatómico las reacciones químicas implican una interacción que se produce a nivel de los electrones de los átomos (no a nivel de los núcleos atómicos). tambien todos los cambios en los cuales la materia no vuelve a su estado natural

HABILIDAD

Existen diferentes definiciones que intentan englobar el concepto de habilidad:

Es el grado de competencia de un sujeto concreto frente a un objetivo determinado. Es decir, en el momento en el que se alcanza el objetivo propuesto en la habilidad.

Se considera como a una aptitud innata o desarrollada o varias de estas, y al grado de mejora que se consiga a esta/s mediante la práctica, se le denomina talento.

Es la destreza para ejecutar una cosa o capacidad y disposición para negociar y conseguir los objetivos a través de unos hechos en relación con las personas, bien a título individual o bien en grupo.

EMPATÍA

La empatía (del vocablo griego antiguo εμπαθεια, formado εν, 'en el interior de', y πάθoς, 'sufrimiento, lo que se sufre'), llamada también inteligencia interpersonal en la teoría de las inteligencias múltiples de Howard Gardner, es la capacidad cognitiva de percibir en un contexto común lo que un individuo diferente puede sentir.

COMUNIDAD EDUCATIVAComunidad educativa es el conjunto de personas que influyen y son afectadas por un entorno educativo. Si se trata de una escuela, ésta se forma por los alumnos, ex-alumnos, docentes, directivos, padres, benefactores de la escuela y vecinos. Se encarga de promover actividades que lleven al mejoramiento de la calidad de la educación y lograr el bienestar de los estudiantes. Busca no solo impartir instrucción sino la educación integral, se caracteriza por estar abierta al cambio, ya que se encuentra en constante desarrollo. Es el colectivo de elementos personales que intervienen en un proyecto educativo; más concretamente, profesores y alumnos como elementos primarios, y los padres, como elementos muy directamente interesados.