Guia fisica 1

Guia de Física I
por Rodrigo Medina A. Centro de Física IVIC, Departamento de Física USB
Versión preliminar, mayo 2009

Reproducción libre 2

Prólogo
En esta guia pretendemos presentar la teoría correspondiente al curso de Física I de la Universidad Simón Bolívar de una manera concisa pero completa. Esta guia no pretende ser un texto completo; principalmente carece de ejemplos en los quese apliquen los principios fundamentales. Esta falla deberá ser suplida por el profesor. Tampoco proponemos problemas ni ejercicios, pero para eso hay una amplia literatura disponible. Esperamos que esta guia sea de alguna utilidad para los estudiantes. Esta versión preliminar está seguramente plagada de errores por lo que apreciamos cualquier sugerencia, crítica o comentario. RM

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Unidad1
Introducción a la Física

La Física y las otras ciencias. La Física estudia las leyes fundamentales de la Naturaleza, por eso está relacionada estrechamente con las otra ciencias naturales y con la tecnología. El siguiente esquema nos da una idea de la relación entre la diferentes ramas del saber o ciencias.

Filosofía

Ciencias humanas y sociales Biología Química Física

Filosofía dela Ciencia, Lógica y Matemática
Fig. 1.1. Relación entre las ciencias En la base están la Filosofía de la Ciencia, la Lógica y la Matemática, que nos dicen como se hace ciencia, como se razona correctamente (Lógica) y nos proporciona un potentísimo método para hacer razonamientos muy complejos (Matemática). La Matemática, aunque tiene características semejantes, no es una ciencia natural. Elorigen de sus conceptos no es la naturaleza sino que es convencional. Una teoría matemática típica está formada por conceptos primitivos y conceptos derivados, que se obtienen de los primitivos mediante definiciones. Tenemos luego los axiomas, que son proposiciones que se asumen como válidas a priori. Los axiomas deben ser consistentes. Mediante deducción se obtienen otras proposiciones verdaderas queson los teoremas de la teoría. Algunas veces es posible un nuevo axioma a una teoría preexistente, axioma que debe ser independiente y consistente con los otros. De esa manera se obtiene una teoría particular de una más general. Sobre la Matemática tenemos la Física que estudia los componentes básicos de la naturaleza y las leyes que satisfacen. Las leyes físicas típicas se presentan comoexpresiones matemáticas, y las teorías físicas principales tienen la forma de teorías matemáticas; por eso hay una relación muy estrecha entre Física y Matemática. Grandes físicos fueron también grandes matemáticos (Arquímides, Newton, Gauss). Ha sido frecuente que problemas planteados por la Física hayan generado nuevas ramas de la Matemática y viceversa que nuevas ramas de la Matemática hayan encontradosu aplicación en Física.
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Las leyes que determinan como se forman, que propiedades tienen y como reaccionan átomos y moléculas (o sea las leyes fundamentales de la Química) tienen su explicación en la Física. La estructura y el funcionamiento de los seres vivos tienen su explicación en la Física y la Química. Por otra parte el Hombre es un ser vivo y por lo tanto las ciencias humanas ysociales (Psicología, Sociología, Antropología, etc.) se soportan en la Biología. Todas las ciencias naturales y sociales se soportan en la Matemática, por ejemplo la Estadística es fundamental en los estudios sociológicos. La Filosofía es una ciencia humana; por lo que en esta discusión terminamos en donde empezamos. El hecho de que las leyes fundamentales de la Química tengan su explicación en laFísica no significa que la Química se reduzca a la Física. En cada nivel de complejidad aparecen las llamadas propiedades emergentes. Cada ciencia natural tiene sus propias leyes y su propio cuerpo de conocimiento empírico. Es prácticamente imposible predecir en base a las leyes físicas la inmensa variedad de la Química Orgánica, así como esta última no puede predecir la existencia, digamos, de un...