Fisica contemporanea

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEJICO Mejico 1 996

FISICA CONTEMPORANEA

PRIMERA PARTE.

PREFACIO

La gran rapidez con que la ciencia y tecnología se han desarrollado en el mundo durante las últimas décadas ha tenido repercusiones sociales y culturales muy importantes.

Actualmente, muchas de nuestras actividades cotidianas están vinculadas con algún producto de esa continuainquietud que por entender a la naturaleza manifiesta el hombre.

Sin embargo, pocas veces nos preguntamos sobre el origen y la magnitud del esfuerzo realizado por esa fracción de la humanidad, los científicos, dedicados al estudio de los fenómenos naturales, el dominio de los cuales trae como consecuencia el desarrollo tecnológico que, a su vez, produce un cambio en nuestra vida diaria.

La físicaha sido siempre pilar fundamental del desarrollo científico, y en este libro deseamos presentar, en parte, el estado actual de esta ciencia.

Se escribió tomando en cuenta al lector de cultura general, de manera que hemos omitido, hasta donde ha sido posible, el uso del lenguaje técnico.

Hemos incluido una gran cantidad de ilustraciones vinculadas con el contenido del texto; sus pies degrabado permiten al lector enterarse del contenido básico, al grado que puede leerse también en el material gráfico.

Finalmente, deseamos hacer notar que el contenido de este apunte puede ser de gran utilidad para el estudiante que se inicie en el estudio de la física.

NOTA

Este apunte dirigido al estudiante o al lector interesado, ha sido dividido en dos partes.

La segunda de ellas es deapoyo gráfico.

Se propone, en consecuencia, una lectura paralela, aunque admite la separada, puesto que la secuencia y los pies de grabado del material gráfico están concebidos de modo que puede "leerse" en forma independiente, siguiendo la evolución de los descubrimientos así como su relación con múltiples aspectos del saber y del arte humanos.

I. ESTADOS DE LA MATERIA

HIELO, agua,vapor... tan distintos en apariencia e idénticos en lo esencial.

El hielo, frío y que mantiene su forma; el agua, líquida y que adopta la forma de su recipiente; el vapor de agua, caliente, que tiende a llenar todo el espacio que lo contiene.

Sin embargo, éstas son tan sólo tres formas distintas -fases, las llaman los físicos- de la misma sustancia, el agua.

Cambiando su temperatura, el aguapuede pasar de una fase a otra.

Y esto no sólo se da en ella sino que ocurre con todas las sustancias.

Con el paso de las diversas civilizaciones, el hombre ha inventado y descubierto procesos y máquinas que le permiten dar a una sustancia la fase deseada: sólida, líquida o gaseosa.

Los hornos de las fundiciones son capaces de derretir metales como el hierro, plomo y otros; hay fábricas queproducen hielo seco, que no es otra cosa que el bióxido de carbono solidificado.

Y tenemos máquinas que licuan el aire, refrigeradores que solidifican el agua y calderas que la vaporizan.

Estas máquinas alteran no sólo la temperatura de la sustancia, sino que también cambian su presión o su volumen.

La relación entre estos tres factores, temperatura, presión y volumen, depende de la faseen que se encuentre la sustancia.

Esta relación, que resume un enorme conjunto de observaciones experimentales, era conocida, en muchos casos, desde hace bastante tiempo.

Así, desde el siglo XVII se conocían las leyes de los gases, formuladas por Boyle, Mariotte, Charles y Gay Lussac, y que se pueden resumir diciendo que el producto de la presión por el volumen es proporcional a latemperatura del gas.

Esta relación es válida para todas las sustancias gaseosas a muy baja presión; en el caso opuesto, cuando la presión es muy alta, como la que se produce después de una explosión, también es posible encontrar relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura, que son de carácter muy general.

Para valores intermedios de la presión, las cosas se complican y ya no es posible...
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