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LOS FENMENOS FSICOS Y LAS

INTERACCIONES

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La palabra Fenmeno significa, de acuerdo al diccionario

Larousse: Todo aquello que se puede percibir por los 5

sentidos o por la conciencia; Fenmenos externos e

internos.

Desde el punto de vista de las ciencias naturales, se

acepta como definicin de fenmeno, solamente, la primera

parte de dicho significado.

De esta manera, todo aquello que impresione nuestros

sentidos ser un fenmeno.

1.1 .- Tipos de fenmenos

El universo fsico nos ofrece una infinidad de

fenmenos y de diversa naturaleza, por ejemplo, la luz que

proviene del sol, que es un fenmeno fsico, nos permite ver

como una planta se torna de color verde gracias a la

clorofila : elemento cuya funcin, adems de dar el color, es

recibir parte de la luz solar y , tomando 6 molculas de

agua( H2 y o ) y 6 de bixido de carbono ( CO2 ),que nosotros

exhalamos, fabricar su propio alimento ( glucosa C6H12O6).

En el desarrollo mencionado, como se puede apreciar, queda

liberado el oxgeno ( 6O ), el cual cumple un rol fundamental

en la vida animal. .

El proceso desarrollado por la hoja de un vegetal se conoce

como proceso de fotosntesis y es un fenmeno, mayoritariamente, de naturaleza qumica.

Fenmenos Fsicos: son aquellos que se presentan, generalmente, sin cambio de naturaleza en los objetos involucrados y sin vida. Ejemplos de fenmenos fsicos son:

Una piedra cayendo Luz de una estrella Un relmpago Un baln en movimiento Fenmenos qumicos: son aquellos asociados a objetos que interactan a nivel atmico con cambio en su naturaleza molecular. Por ejemplo, cloruro de sodio disuelto en agua. Fenmenos biolgicos: son aquellos que involucran vida. Por ejemplo, un sistema vegetal, un sistema animal, un sistema de bacterias, etc.

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La fotosntesis, inicia en el vegetal una multitud de

fenmenos internos que sustentan su existencia como tal:

su vida, fenmeno biolgico.

El ejemplo mencionado, nos muestra que en un proceso

determinado es posible que encontremos los distintos tipos

de fenmenos naturales, sin embargo, en la realidad general,

no siempre los fenmenos naturales involucran los tres

tipos.

Es debido a esto que debemos aprender a diferenciar un tipo

de fenmeno de otro.

1.2 .- Una ciencia para cada tipo de fenmeno

La diferenciacin en el estudio de los fenmenos

naturales ha dado, en el transcurso del tiempo, origen a las

diversas disciplinas de las ciencias, entre las cuales se

encuentran, bsicamente, las siguientes:

Biologa: ciencia que estudia los objetos con vida , con el fin de entender sus causas y leyes para, con ello,

determinar su comportamiento . Por ejemplo, el estudio

del cuerpo humano.

Qumica: ciencia que estudia los objetos que involucran cambios en su naturaleza molecular, con el fin de entender sus causas y leyes para, con ello, determinar su

estado. por ejemplo, el estudio de una reaccin entre el

agua, el zinc y el cido sulfrico.

Fsica: ciencia que estudia los fenmenos naturales bsicos - sin considerar en los objetos estudiados fenmenos biolgicos ni qumicos - Con el fin de entender

sus causas y sus leyes para, a partir de esto, poder

determinar su naturaleza y evolucin . Por ejemplo : la

velocidad con la cual llega al suelo una piedra que cae

desde 100 metros de altura ; la energa necesaria para

llevar a un electrn hasta un 99% de la velocidad de la

luz ; etc.

Tipos de fenmenos con

naturaleza fsica :

Movimiento de objetos con masa.

Movimiento de objetos con cargas elctricas.

Movimientos moleculares al interior de los objetos.

La interaccin nuclear en una bomba atmica.

o

La matemtica es una ciencia que trabaja con objetos

abstractos, por tanto, no pertenece, en si misma, a las

ciencias de la naturaleza. La matemtica es el lenguaje

cuantitativo universal de las ciencias naturales.

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Debes notar que: la mayora de los fenmenos percibidos

habitualmente por nosotros son de naturaleza fsica. As,

todo aquello que vemos es debido a la luz que llega a

nuestros ojos; aquello que omos es debido al sonido que llega

a nuestros odos; aquello que sentimos por medio de nuestro

tacto, como calor o fro, se debe al aumento o disminucin de

la energa trmica a nuestro alrededor. ; etc, etc, etc.

1.3.- Clasificacin de los fenmenos fsicos

Si se desea estudiar conscientemente los fenmenos

fsicos, se deben ordenar de una forma adecuada y til.

De esta manera, para realizar una clasificacin que sea

consecuente con lo dicho anteriormente, debemos buscar

alguna propiedad - o cualidad de los fenmenos -,la cual sea

lo suficientemente consistente como para diferenciar, en

forma clara y distinta, un tipo de otro.

Atendiendo la exigencia anterior, daremos la

siguiente tipificacin:

Fenmenos mecnicos: son aquellos que involucran a

objetos que poseen masa, como su caracterstica

principal. Por ejemplo, una pelota de ftbol lanzada por

Ivn zamorano.

Fenmenos electromagnticos: son aquellos que involucran

a objetos que poseen cargas elctricas, como su

caracterstica principal. Por ejemplo, el movimiento de una

carga elctrica que genera una seal de radio.

Fenmenos trmicos: son aquellos que involucran a

objetos que poseen, como caracterstica principal, una

determinada temperatura. Por ejemplo, el aire

atmosfrico del verano, el cual aumenta su energa

trmica debido a la radiacin solar.

Fenmenos nucleares: son aquellos que involucran objetos

sub-atmicos; se producen en virtud de las interacciones

que se realizan entre las partculas del ncleo. Por

ejemplo, ncleos de uranio y plutonio.

Baln en movimiento.

Fenmeno Mecnico

Seal de radio y televisin.

Fenmeno Electromagntico

Agitacin molecular del aire.

Fenmeno Trmico

Transporte de combustible

nuclear ( Plutonio ) por las costas

de Chile.

Fenmeno Nuclear

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LA NOCIN DE

INTERACCIN

Nivel cualitativo

Cuando un nio posee la caracterstica de ser muy

inquieto en su comportamiento, se suele decir de el que tiene

mucha energa . Empleando el mismo trmino, en tiempos

de sequa , se nos suele recomendar que racionalicemos el

consumo de energa elctrica . Cuando se hace alusin al

combustible nuclear, el cual es transportado por barcos

japoneses por las costas chilenas, se dice que es muy

peligroso, puesto que, tienen una gran cantidad de energa

nuclear : la cual podra ser, accidental y trgicamente,

liberada. Cuando llega la temporada de verano y, por esos

descuidos de la vida, nos exponemos excesivamente a los

rayos solares, se nos produce una insolacin, hacindonos

subir, insanamente, la temperatura corporal. Esto ltimo

ocurre, segn lo que se suele escuchar, debido a la absorcin

de energa trmica .

Al parecer, los ejemplos comentados se ajustan de

una manera bastante creble a lo que, en general, se entiende

por energa, pero:

Cmo es posible que fenmenos, aparentemente, tan

distintos, estn caracterizados por un slo concepto fsico :

energa?

S lo comentado anteriormente es cierto, qu es la

energa y por qu aparece de formas tan distintas?

Es lo mismo energa que fuerza?

Existe alguna relacin entre dichos conceptos?

Si es as : cmo se relacionan aquellos?

El presente captulo nos permitir responder stas y otras

preguntas afines.

Joven en movimiento con mucha

energa

Sistema de transmisin de energa

elctrica

Una fogata que entrega energa

trmica

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2.1 . - La nocin de interaccin

Para poder comprender la naturaleza, el hombre, a

travs de la historia, ha tenido que elaborar ciertos modelos

tericos de la realidad - siempre con la ayuda de la

experimentacin - . De esta manera, y para los fines de

este curso, el modelo que se tomar en cuenta para la

descripcin de los fenmenos fsicos, en general, constar,

principalmente, de los siguientes postulados:

Los objetos considerados son unidades independientes

entre s; existen objetos pequeos y grandes, objetos

microscpicos y macroscpicos.

Los objetos pequeos tienen dimensiones espaciales

desde lo sub-atmico hasta llegar a la molcula.

Los objetos grandes son todos aquellos, de magnitud

espacial, mayor que la molcula.

Los objetos, segn sean grandes o pequeos, pueden tener

una o varias de las siguientes propiedades :

1. masa

2. carga elctrica

3. partcula nuclear activa

4. temperatura

Tomando en cuenta lo anterior, daremos la siguiente

definicin:

La definicin anterior nos ensea que si un objeto

acta sobre otro, necesariamente este ltimo actuar sobre

el primero. La definicin anterior es cierta en general, sea

cual sea la propiedad de los objetos involucrados.

Tu puedes comprobar, fcilmente, que si tomamos dos

objetos en el espacio, slo hay una interaccin; si tomamos 3

objetos, hay 3 interacciones; si, cuatro objetos, 6

interacciones ; etc, etc.

CLASE DE OBJETOS:

- Algunos

objetos microscpicos :

molculas

tomos

neutrones

protones

electrones

quarks

neutrinos

positrones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

- Algunos

objetos macroscpicos :

terrn de azcar

pelota de tenis

pelota de ftbol

mesa de madera

piedra

meteoro

asteroide

planetoide

planeta

satlite

estrellas

galaxias

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

El planeta tierra interacta a

distancia con su satlite.

Cuando dos, o ms, objetos fsicos se encuentran en el

espacio, stos, interactan entre s; ya sea por contacto directo o a distancia.

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Cuntas interacciones existen cuando hay 7 objetos?

Definicin:

Si hay slo un objeto en el espacio Existe interaccin?

Puede un objeto actuar sobre s mismo?

Actividad

Toma un determinado nmero de objetos - pueden ser

lpices, por ejemplo - y determina, en forma prctica, la

cantidad de interacciones que existen entre ellos.

Considera una cantidad de personas igual al nmero de

objetos que tomaste en la experiencia anterior. Si

suponemos que estas personas integran una familia que

espera las cero horas del da 31 de diciembre de un ao

cualquiera cuntos abrazos se pueden contar, si se toma

en cuenta que ningn integrante queda excluido del,

famoso, abrazo?

De la actividad anterior se concluye lo siguiente : el

comportamiento de las interacciones se parece al

comportamiento de los abrazos ; y se puede tomar, entre

ellos, la siguiente analoga : el nmero de objetos es

representado por el nmero de personas, y la cantidad de

interacciones, por la cantidad de abrazos.

Ahora bien, si tomamos en cuenta dos objetos,

cualesquiera, y fijamos la atencin solamente en uno de ellos,

digamos el objeto a ; notaremos la presencia del otro

objeto ( objeto b ), por medio del efecto que produce

sobre a . cuando esto ocurra, es decir, cuando tomamos el

objeto a como objeto de estudio, no podemos saber el

efecto que produce a sobre b, a menos que fijemos la

atencin en este ltimo.

Estas 10 personas podran realizar

45 abrazos entre ellas, sin

repetirse. Si fueran tomadas como

objetos fsicos, serian 45

interacciones.

El atleta, al ser considerado como

objeto fsico, interacta con el

planeta tierra. Dicha interaccin

ocurre en virtud de las masas que

poseen ambos objetos.

Para que exista interaccin debe haber, a lo menos, dos objetos fsicos.

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Cuando estudiemos un objeto, bien determinado, slo

tomaremos en consideracin la accin que los dems objetos

ejercen sobre l, y no la que ste ejerce sobre los otros; a

menos que se diga, explcitamente, lo contrario.

A Los objetos que actan sobre nuestro objeto de

estudio, le llamaremos agentes externos. Los agentes

externos son responsables del cambio en el estado fsico del

objeto en estudio; en caso que no existan agentes externos,

no hay cambios en el estado fsico del cuerpo considerado.

Definicin:

2.2 .- Los tipos de interaccin

De acuerdo al modelo que hemos elegido para

estudiar la realidad fsica, la naturaleza, en su universo, se

presenta como un conjunto de objetos con ciertas

propiedades bien definidas, los cuales pueden interactuar

entre s. De esta manera, y considerando lo expuesto hasta

aqu, procedemos a precisar los tipos de interaccin o la

forma en que interactan los objetos.

* interaccin mecnica: cuando dos, o ms, objetos poseen masa, interactan mecnicamente. la interaccin

mecnica puede ocurrir, segn nuestra percepcin, por

contacto entre los objetos o a distancia entre ellos. Por

ejemplo, cuando dos objetos chocan, ha ocurrido una

interaccin mecnica por contacto; y en el caso en que un

planeta atrae a su satlite, mantenindolo en rbita, se

trata de una interaccin mecnica a distancia. Cuando la

interaccin mecnica sea por contacto, le llamaremos:

Interaccin inercial; cuando ocurra a distancia, interaccin gravitatoria. la interaccin gravitatoria es, slo, de atraccin. *

En el reloj de arena, el planeta

tierra acta sobre los granos de

arena atrayndolos hacia ella -

interaccin mecnica a distancia -

.

El guila en su vuelo se afirma

del aire - interaccin mecnica

por contacto - para evitar caer al

planeta tierra, el cual lo atrae -

interaccin mecnica a distancia -

.

La interaccin mecnica ocurre tanto a distancias

pequeas, entre los objetos,

como tambin a grandes

distancias entre ellos; y puede

darse, con mucha intensidad,

an, a distancias astronmicas

entre los objetos.

Si existe interaccin entre varios objetos, y slo fijamos

nuestra atencin en uno de ellos, diremos que los dems

objetos accionan o actan sobre l.

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Interaccin electromagntica : si los objetos considerados interactan en virtud de sus cargas elctricas,

la interaccin correspondiente recibe el nombre de

electromagntica . Este tipo de interaccin puede ocurrir

por contacto o a distancia entre los objetos. Por ejemplo, un

peine de plstico al ser frotado en el pelo (contacto) se

carga elctricamente, y al ser retirado, a una cierta

distancia, atrae el cabello hacia l. La interaccin

electromagntica se presenta a nivel macroscpico como

microscpico, y puede ser atractiva o repulsiva.

Interaccin trmica : se produce en virtud de la temperatura en los objetos involucrados. Para que ocurra

este tipo de interaccin Los objetos deben poseer,

necesariamente, distintas temperaturas. La interaccin

trmica ocurre por contacto entre los objetos actuantes y

se da solamente para objetos macroscpicos. Por ejemplo, el

contacto de un cubo de hielo con la bebida tibia. En la

columna adyacente se explica que este tipo de virtud

trmica corresponde, microscpicamente, a un fenmeno de

naturaleza mecnica .*

Interaccin nuclear : este tipo de interaccin se produce en virtud de los nucleones del tomo ( protones y

neutrones ) ; por lo tanto, ocurre, bsicamente, a nivel

microscpico. Por ejemplo, la actividad radiactiva del uranio

o la fuerza que mantiene unido el ncleo atmico. La

interaccin nuclear, se sub - divide en dos modos de ser:

interaccin nuclear dbil, responsable de ciertos fenmenos radiactivos e interaccin nuclear fuerte, la cual caracteriza la accin responsable de la configuracin del ncleo atmico.

Al ordenar, de mayor a menor, la intensidad de las

interacciones estudiadas, se puede establecer el siguiente

orden:

interaccin nuclear fuerte

interaccin electromagntica

interaccin nuclear dbil

interaccin mecnica y trmica

En una computadora existen

muchas interacciones de

naturaleza electromagntica.

* La temperatura es, segn una

visin microscpica del asunto,

un fenmeno de naturaleza

mecnica ; puesto que, se trata de

pequeas partculas con masa,

que se mueven traslacionalmente,

en el interior de los objetos

considerados.

Si pensamos en la medicin de la

temperatura de un objeto grande

( objeto compuesto de molculas

), dicha medicin, realizada en el

laboratorio a escala

macroscpica, pasa a ser una

estimacin del grado de

movimiento microscpico de las

partculas que componen el

cuerpo. De esta manera, cuando

un objeto grande interacta con

otro, trmicamente, lo que ocurre

es una interaccin mecnica por

contacto, en el nivel

microscpico.

Un ncleo atmico guarda, en su

pequeo cuerpo, grandes reservas

de accin fsica.

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2.3 .- La fuerza y la energa

Cuando varios objetos interactan entre s, sea cual

sea el tipo de interaccin que se realice, podemos tomar la

decisin, como ya dijimos anteriormente, de fijar la atencin

en uno de ellos ; cuando hacemos esto, debemos

subentender, de acuerdo a lo aprendido, que los dems

objetos ejercen una accin sobre ste.

Definicin:

De la definicin anterior, se puede deducir que a cada tipo

de interaccin le debe corresponder una fuerza. as, se tiene

la siguiente correspondencia :

interaccin mecnica fuerza mecnica

interaccin electromagntica fuerza electromagntica

interaccin trmica fuerza trmica*

interaccin nuclear fuerza nuclear dbil Y FUERTE **

Ahora bien, cuando un objeto o sistema*** cualquiera

es afectado por uno o ms objetos externos, stos, pueden

modificar EL estado fsico DE DICHO CUERPO.

DEFINICION:

S pensamos en un protn y un electrn en el espacio,

separados una cierta distancia entre s, de tal manera que el

protn atraiga al electrn hacia l, para, finalmente,

* La llamada fuerza trmica,

como ya lo dijimos para el caso

de la interaccin trmica,

corresponde bsicamente, en el

nivel microscpico del asunto, a

una fuerza de naturaleza

mecnica. Esta observacin no la

debemos perder de vista, ya que,

es la nica manera de poder

entender este tipo de accin o

fuerza trmica.

** La fuerza nuclear se subdivide

en: fuerza nuclear fuerte y fuerza

nuclear dbil. Estas fuerzas son

de corto alcance, ya que se hacen

presente y actan a distancias

muy cortas entre los objetos

involucrados ; bsicamente, se

presentan en el orden de los 10-15

m, distancia la cual es una

magnitud espacial intra- atmica.

En cambio, la fuerza

electromagntica y la mecnica,

actan a cualquier distancia entre

los objetos, incluso a escala

astronmica.

*** Un sistema corresponde,

simplemente, a un conjunto de

objetos que se han configurado,

de alguna manera, para formar

una gran unidad.

Fuerza: corresponde a la accin que se ejerce sobre un objeto, debido a la presencia externa de uno o ms objetos.

Dicha accin puede ser por contacto o a distancia.

Energa: es la capacidad que tiene un objeto, o sistema de

objetos, para ejercer una accin sobre otros objetos.

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configurar un sistema atmico ( tomo de H ) : en donde el

electrn queda atrapado a una cierta distancia mnima del

protn. En el proceso, imaginado, el electrn ha adquirido

energa negativa, puesto que, para llevarlo al nivel cero,

desde donde parti, se necesita una accin externa sobre l

(energa positiva). Por lo tanto, para desconfigurar un

sistema, es necesario invertir la misma cantidad de energa

que se utiliz para configurarlo. de lo anterior se puede

decir, en general, que : la fuerza es el agente fsico que

causa el aumento o disminucin de energa en un objeto o

sistema *. por lo tanto, la variacin de la energa, es la consecuencia natural, en un objeto o sistema, cuando se le

aplica una accin externa .

se puede diferenciar, cualitativamente, entre la idea

de fuerza y la de energa, considerando que puede ocurrir lo

siguiente : es posible que exista ms de una fuerza sobre un

objeto y, sin embargo, no haya variacin de energa sobre l,

es decir, que el cuerpo no pierda ni gane energa ; en cambio,

siempre que un objeto o sistema, gane o pierda energa,

necesariamente, debe existir una fuerza sobre l .

Aclaremos lo anterior con un ejemplo : si se toma dos

objetos que ejercen fuerza de atraccin sobre un tercer

objeto, pero diametralmente opuestos entre s ( el objeto

considerado se encuentra entre ambos ), las fuerzas

actuantes se anularn entre si, sin producir efecto ninguno

sobre el objeto en estudio . por tanto , de lo dicho en este

prrafo, se puede tomar la siguiente conclusin :

Interaccin, fuerza y energa

* Se debe tener presente que la

fuerza es un concepto general y,

por lo tanto, es la causa valida

para cualquier tipo de efecto

fsico. De la misma manera,

podemos decir que la energa es

un concepto general, y con

identidad nica, valido para

cualquier objeto fsico de la

naturaleza, aunque para los fines

de la comprensin y el anlisis,

debamos ponerle algn tipo de

adjetivo, como por ejemplo : la

energa trmica, la energa

nuclear, la energa mecnica, etc.

Los cuales son aspectos de un

mismo ente fsico general: la

energa.

** Al considerar el cambio del

estado fsico de un objeto o

sistema, se toma en cuenta a la

fuerza como agente causante de

dicho cambio; y a la energa, ya

sea que aumente o disminuya en

el objeto afectado, como

consecuencia de dicha accin. Sin

embargo, un objeto o sistema

puede perfectamente permanecer

aislado de los dems objetos,

manteniendo, de esta manera, su

capacidad energtica constante.

Si sobre un objeto determinado, actan varios objetos externos a l , la suma de las fuerzas debe ser distinta de cero, para que el objeto gane o pierda energa. **

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