fisica para la ciencia y tecnologia

CAPÍTULO 1

Medida y vectores

ticos como los agujeros negros, la energía oscura y partículas con nombres tan peculiares como leptoquarks o bosones como a la vida cotidiana. Como veremos, hay
innumerables cuestiones de nuestro entorno cotidiano que pueden explicarse con
un conocimiento básico de física. ¿Por qué el cielo es azul? ¿Por qué los astronautas
flotan en el espacio? ¿Cómofuncionan los reproductores de discos compactos? ¿Por
qué un oboe suena distinto de una flauta? ¿Por qué un helicóptero debe tener dos
rotores? ¿Por qué los objetos metálicos parecen más fríos que los objetos de madera
a igual temperatura? ¿Por qué los relojes que se mueven van más lentos?
En este libro, aplicaremos los principios de la física para contestar estas y otras
cuestiones.Estudiaremos los temas clásicos de la física, la mecánica, el sonido, la
luz, el calor, la electricidad, el magnetismo, la física atómica y nuclear. También
aprenderemos algunas técnicas útiles para la resolución de problemas. En este proceso esperamos que el lector tome conciencia de la importancia de la física y aprecie toda su belleza.
En este capítulo, empezaremos a prepararnos estudiando algunosconceptos
previos que se necesitan para el estudio de la física. Examinaremos brevemente la naturaleza de la física, estableceremos algunas definiciones básicas,
introduciremos los sistemas de unidades y aprenderemos a usarlos y presentaremos una introducción a la matemática de los vectores. También trataremos de la exactitud de las medidas, las cifras significativas y las estimaciones.

1.1LA NATURALEZA DE LA FÍSICA

El vocablo física procede del griego y significa el conocimiento del mundo natural.
Por lo tanto, no nos ha de sorprender que los primeros esfuerzos registrados por el
ser humano para reunir sistemáticamente el conocimiento sobre el movimiento de
los cuerpos procedan de la antigua Grecia. En la filosofía natural establecida por
Aristóteles (384–322 a.C.), lasexplicaciones de los fenómenos físicos se deducían de
hipótesis sobre el mundo y no de la experimentación. Por ejemplo, una hipótesis
fundamental afirmaba que toda sustancia tenía un “lugar natural” en el universo.
Se estableció que el movimiento era el resultado del intento de una sustancia de alcanzar su lugar natural. El acuerdo entre las deducciones de la física aristotélica y
losmovimientos observados en el universo físico, y la falta de una tradición experimental que derrocase la física antigua, hizo que el punto de vista de los griegos
fuera aceptado durante casi dos mil años. Fue el científico italiano Galileo Galilei
(1564–1642) quien, con sus brillantes experimentos sobre el movimiento, estableció
para siempre la absoluta necesidad de la experimentación en la física einició la desintegración de la física de Aristóteles. Unos cien años después, Isaac Newton generalizó los resultados experimentales de Galileo en sus tres leyes fundamentales
del movimiento, y el reino de la filosofía natural de Aristóteles se extinguió.
Durante los siguientes doscientos años la experimentación aportó innumerables
descubrimientos y surgieron nuevas preguntas. Se descubrieron losfenómenos térmicos y eléctricos, y algunos relacionados con la expansión y la compresión de los
gases. Estos descubrimientos y las nuevas preguntas que planteaban inspiraron el
desarrollo de nuevos modelos para su explicación. A finales del siglo XIX, las leyes
de Newton referentes a los movimientos de los sistemas mecánicos se asociaron a
las igualmente impresionantes leyes de James Maxwell, JamesJoule, Sadi Carnot y
otros científicos, para describir el electromagnetismo y la termodinámica. Los
temas que ocuparon a los físicos durante la última parte del siglo XIX —mecánica,
luz, calor, sonido, electricidad y magnetismo— constituyen lo que se denomina física clásica. Dado que necesitamos la física clásica para comprender el mundo macroscópico donde vivimos, le dedicaremos las...