El Conocimiento Científico La Fisica y el Estudio de la Naturaleza






El Conocimiento Científico
La Física y el Estudio de la Naturaleza

Ciencia es un término que en su sentido más amplio se emplea para referirse al conocimiento sistematizado en cualquier campo, pero que suele aplicarse sobre todo a la organización de la experiencia sensorial objetivamente verificable a traves de la estricta observación. Para ello se recurre al llamado método científico que estipula y organiza los pasos para experimentar sobre un fenómeno natural y desarrollar una teoría rigurosa de su esencia.

Para la Ciencia, la naturaleza se manifiesta siguiendo determinadas pautas que revelan una estructura de relaciones entre sus partes. Estas pautas o leyes, que el científico intenta descubrir, no son modificables por la voluntad humana pero su conocimiento puede servir para eliminar, alterar o producir determinados acontecimientos. Podríamos decir que la sospecha de la existencia de una legalidad inherente al Universo es un “mito”o creencia que hace posible la Ciencia.

La Ciencia actual no debe considerarse como un saber completo, acabado y absoluto. Muy por el contrario, los enigmas y misterios que enfrenta son múltiples e inacabables. Creer que la Ciencia puede brindar una respuesta definitiva para todo también es superstición.

Podemos decir que el conocimiento científico es por su misma esencia dinámico y cambiante: cada nuevo avance genera una multiplicidad de inéditos interrogantes y posibilidades de investigación, haciendo que en la práctica el proceso resulte de duración indefinida.

HISTORIA: Los antiguos solucionaron problemas de física, pero sin extraer conclusiones, sin establecer leyes. Y así fue por miles de años. Luego, entre los siglos VII y VIII a. de C., apareció la ciencia que por primera vez estudió los fenómenos de la naturaleza; y entonces nació la física. El coloso de la física antigua fue Arquímedes (287-212 o. de J. C). Después de él prácticamente hubo un vacío. Su sistema de estudio y de investigación, que podemos llamar experimental, se perdió, y durante siglos, la física no fue sino un conjunto, un poco caótico, de distintas observaciones.

En la segunda mitad del siglo XV, Leonardo Da Vinci comenzó a estudiar los fenómenos reproduciendolos artificialmente , a fin de intentar establecer leyes fisicas estrictas.

Finalmente a mediados del siglo XVI nació el hombre que fundó, virtualemente, la física moderna , Galileo Galilei demolió practicamente toda la teoría aristotélica que había dominado el saber durante toda la Edad Media. Creó de esta manera a través de la experimentación y observación, las técnicas de la ciencia actual, que permite obtener resultados precisos y formulados de los fenòmenos naturales estudiados en el laboratorio.

La obra de Galileo fue continuada por Torricelli (1608-1647). En el mismo año de la muerte de Galileo , nacia en Inglaterra que habría de ser una figura cumbre en la historia de la ciencia, Isaac Newton. Estableció entre otras, la famosa Ley de Gravitación Universal, que explica como se mueve los cuerpos celestes en el universo.

Los estudios sobre mecánica, astrofísica, óptica y matemática fueron muy profundo, creando el calculo superior, una nueva matematica que le sirvió como herramienta fundamental para describir cuantitativamente el estudio de sus observaciones y teorías. Murió en 1727, siglo XVIII, siglo considerado como el siglo de las ciencias, ya que en él, se estudiaron los fenómenos eléctricos, magnéticos y caloríficos, llegando a correcto resultados para interpretar la naturaleza y poder avanzar en el estudio de nuevoa fenómenos.

Fue durante el siglo XIX, naturalmente, donde la física se desarrolló en todo sentido, cumpliendo señalados progresos en sus distintas ramas. Se difundió, también, la física aplicada especialmente a las máquinas, a los motores de vapor, de explosión y eléctricos. El siglo XIX es el siglo de la óptica (fotografío, cinematografía, etc.) y de la electricidad (motor eléctrico). Y puso los fundamentos dé la electrónica.

Del siglo XIX se ha pasado, sin altibajos, a nuestro siglo, en que, desde el punto de vista científico se están repitiendo los “milagros” de Galileo y de Newton. En los primeros cincuenta años del siglo XX, el “hombre más importante de la física fue Alberto Einstein, el sabio investigador alemán, que con sus profundísimos estudios sobre la luz, el tiempo, el espacio y la energía, ha hecho avanzar considerablemente los conocimientos de la humanidad, y ha descubierto muchas leyes que regulan la naturaleza y el universo.

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ESTE relato pertenece a un escritor del siglo pasado. Una vez, en casa de un agricultor acomodado, el hijo mayor regresó de la escuela con un cero en el cuaderno. —¡Cero! —exclamó el padre furioso— ¿Y se puede saber por qué has sacado un cero en las clasificaciones de este bimestre?.

—Porque no he sabido explicar al profesor qué es la física —balbuceó el muchacho entristecido.

—¡Ah! ¿sí? Sin embargo, es una cosa bastante sencilla. Mira: esta vara está quieta, apoyada en la pared. Ahora yo la tomo y esto es física, porque una ley física dice que un cuerpo permanece inmóvil hasta que intervenga una fuerza que lo mueva. Si la suelto caerá al piso en caída libre con una velocidad cada vez mayor. Si la rozo en tu espalda  la vara se dobla, y este es un fenómeno físico. Tú sientes un escozor es debido a la fricción, y la fricción pertenece a la física. Aprende, hijo mío, la física no es difícil, porque tiene relación con casi todas las acciones que forman parte de nuestra vida. . .

fenómeno físico


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fenomeno quimico

El objetivo de la Ciencia es, por una parte, una comprensión, lo más completa posible, de la conexión entre las experiencias de los sentidos en su totalidad y, por otra, la obtención de dicho objetivo usando un número mínimo de conceptos y relaciones primarios.” Albert Einstein.

La Ciencia intenta comprender el Universo,  esto significa que pretende ordenar conceptualmente el aparente caos de los hechos naturales, para descubrir el orden subyacente en los fenómenos de la realidad. Por eso todas las Ciencias naturales (Física, Química, Biología, Geología, Meteorología) parten de la observación de la naturaleza.

Y permiten extraer los datos necesarios para la enunciación de explicaciones tentativas. Pero esta observación no es imparcial, porque siempre aparece condicionada por el conjunto de ideas adquiridas previamente y que orientan nuestra actitud. La observación por sí sola no es garantía de explicación científica, pues sin un ordenamiento metodológico no permite arribar a conclusiones fehacientes a partir de los fenómenos estudiados.

Observar implica recortar la realidad arbitrariamente, elegir determinados hechos y desechar otros de la multiplicidad de fenómenos que propone la naturaleza.

No todos los observadores de un mismo hecho “verán” y registrarán lo mismo, porque cada uno lo hace con una intención y desde un punto de vista diferente, que modula sus respectivas percepciones. Con Galileo Galilei comenzó a planificarse el estudio de fenómenos, es decir, la experimentación metódica. Todas las Ciencias naturales recurren a ella en mayor o menor medida.

La experimentación consiste en la producción deliberada de un hecho, el cual puede ser repetido siempre que se den las mismas condiciones. Por supuesto, la repetibilidad de un hecho es relativa, ya que en un sentido muy estricto, cada hecho es único e individual. Por eso el científico, al preparar el experimento, debe cuidar de mantener invariables las condiciones de producibilidad del fenómeno en estudio, con el fin de poder investigar las características que él considera relevantes.

Un aspecto fundamental de la experimentación en Ciencias Naturales es su carácter cuantitativo. Los datos que se obtienen provienen del registro de los resultados emergentes de la observación experimental. La Ciencia se expresa a través de los conceptos y relaciones de la Matemática. El lenguaje matemático es claro, no presenta ambigüedades y permite una comunicación eficaz.

La Ciencia se expresa a través de los conceptos y relaciones de la Matemática.
El lenguaje matemático es claro, no presenta ambigüedades y permite una comunicación eficaz.

EL ESTUDIO DE LA NATURALEZA
Volviendo al ejemplo del enérgico e inteligente padre tenía realmente razón: la física “está” por doquier, alrededor nuestro. Un gran número de acciones, hechos y fenómenos que tienen lugar en el mundo, pertenecen a la física. Cuando permanecemos quietos es un fenómeno físico; lo mismo cuando nos movemos, nos paramos, saltamos, estrechamos las manos, miramos alrededor, damos vuelta una manija, llevamos una valija, esci’ibimos, nos sentamos, hablamos, etc., etc. Así podríamos seguir empleando centenares y miles de términos. La “terrible” física ¿no es, en realidad, nuestra propia vida?.

Los antiguos griegos llamaron física (de “phisis”, naturaleza) al estudio o ciencia de la naturaleza. Pero con el progreso del conocimiento humano, esta ciencia se ha extendido en tal forma que ha sido necesario dividirla en varias ramas: zoología, botánica, química, mineralogía, geografía, geología, etc. Él nombre de física ha sido destinado, así, para señalar exclusivamente la ciencia que estudia los fenómenos en los cuales la materia, las sustancias, no son transformadas. Esta definición sirve para distinguir los fenómenos físicos de los químicos.

En el fenómeno físico, como dijimos, las sustancias no son cambiadas, no son transformadas. Son fenómenos físicos, por ejemplo, la caída de an cuerpo, la ebullición de un líquido, el reflejo de un rayo luminoso sobre un espejo, etc.

En el fenómeno químico las sustancias Son transformadas en otras sustancias. Por ejemplo, son fenómenos químicos: la combustión (en la cual el carbón —supongamos— es transformado en anhídrido carbónico) ; la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno, etc.

Conviene aclarar que esta división no es rigurosa, porque hay fenómenos —especialmente en la física nuclear— en los cuales la materia, la sustancia, es igualmente transformada de modo que son a la vez físicos y químicos. La división indicada tiene, pues, sólo un valor indicativo, de orientación, y de ningún modo, de separación total.

FENÓMENOS, LEYES Y PRINCIPIOS:

Aquí, antes de proseguir nuestra incursión en el mundo de la física, es necesario comprender el significado de tres palabras que se encuentran a menudo: fenómeno, ley y principio.

Para la física, el término fenómeno no tiene el mismo significado que en el lenguaje común, es decir, algo extraordinario, inexplicable, fuera de lo habitual. Al contrario: en física, fenómeno es cualquier hecho que sucede en la naturaleza. Son fenómenos: la caída de una piedra, el vuelo de un pájaro, etc. De modo que los hechos más comunes y normales, para la física son fenómenos.

fenomeno plano inclinado

Fenómeno natural, caída de un cuerpo sobre un plano inclinado, estudiado por Galileo

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Caída libre de un cuerpo, otro tipo de fenómeno natural, también estudiado por Galileo

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Principio de Arquímedes, empuje sobre un cuerpo sumergido en un fluído, Arquímedes logró entender este fenòmeno natural

Las leyes, dicho en palabras simples, son las reglas generales según las cuales suceden siempre los fenómenos. Si yo tengo una piedra en una mano y abro esta, la piedra cae siempre hacia abajo, exactamente de acuerdo con la ley de la gravedad. Si yo repitiera la acción mil veces, tendría siempre el mismo resultado, porque la causa que produce el fenómeno es siempre la misma y no puede variar: la atracción terrestre.

Naturalmente, las leyes existen aunque nadie las defina. A veces, determinadas leyes son enunciadas, formuladas con un principio. Cuando se enuncia el famoso principio de Arquímedes: un cuerpo sumergido en un líquido recibe de abajo un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desplazado, se enuncia en forma científica una ley, una regla general, a la cual todos los cuerpos sumergidos en un líquido obedecen. Así es, y así sucederá siempre.

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Caída en el vacío de un cuerpo pesado y una plema, ambos caen en el mismo tiempo.

FÍSICA CLÁSICA Y FÍSICA NUCLEAR

Hasta fines del siglo pasado, aproximadamente, la física era aún la tradicional, la clásica, la que se enseñaba en las escuelas desde tres siglos antes, por lo menos. La física que se refería a objetos y fenómenos de cierta magnitud, visibles y observables directamente, sin la ayuda de ningún instrumento. Ejemplo: el movimiento de una bola que desciende por un plano inclinado bajo la acción de la fuerza de la gravedad, es un fenómeno de la física clásica.

Pero ya a fines del siglo pasado apareció en escena una “cosa” de una pequenez increíble, pero que se volvió sumamente importante: el átomo, tan diminuto en sí y dotado de tanta potencia.

Como sabemos, el átomo es invisible, lo mismo que la molécula. Así nació la física que se ocupa de los fenómenos moleculares, atómicos y nucleares, que no siguen las leyes de la física clásica, sino que se comportan obedeciendo otras leyes, generalmente más complicadas. Esta es la física nuclear, que se está convirtiendo en una de las ciencias más importantes para la humanidad.

Por ejemplo: la escisión de un átomo de uranio, fenó¿neno absolutamente invisible a simple vista, es un fenómeno de la física nuclear.

EL MÉTODO EXPERIMENTAL
Los antiguos, y en primer término el gran Aristóteles, pensaban que cuanto más pesado es un cuerpo, más velozmente cae. Una bola que pesa treinta kilos —decían— caerá a una velocidad tres veces mayor que una que pesa diez. Durante siglos nadie osó contradecir esta ley porque la había formulado el consagrado sabio Aristóteles.

Pero Galileo no fue de este parecer. Era un joven profesor en Pisa cuando anunció que, según sus observaciones, Aristóteles estaba muy equivocado. El anuncio produjo gran escándalo. Los hombres de ciencia se preguntaron quién sería ese jovenzuelo presuntuoso que deseaba derribar las bases de la ciencia. Pero Galileo demostró, en forma sencillísima, que los seguidores de las antiguas doctrinas se hallaban en un error. Parecía que la famosa torre inclinada de Pisa hubiera sido puesta allí precisamente para facilitar los experimentos del joven profesor.

Un día, seguido de un séquito de docentes y discípulos, Galileo subió a la torre, rogó a loa curiosos que dejaran libre el espacio necesario, y dejó caer simultáneamente dos bolas: una de una libra de peso y otra de diez. Ambas tocaron el suelo simultáneamente, quedando demostrado de una vez para siempre que los cuerpos de dis tinto peso caen con igual velocidad (si se hiciera la objeción que, al tirar una pluma y una pesa de hierro, la primera cae mucho más lentamente, se lia do advertir que ello es debido a la resistencia del aire, pues en el vacío ambas caerían juntas).

Aquellos hombres volvieron a sus casas avergonzados, y el genial Galileo señaló el nuevo camino que la ciencia, desde entonces, habría de recorrer siempre: el método experimental. Es decir, que la verdadera investigación científica no debe basarse solamente en el razonamiento, sino también en el experimento. Los fenómenos físicos deben ser experimentados concretamente, en forma de poder extraer de ellos conclusiones —o sea, leyes y principios— seguras y probadas reiteradamente.

Ver: Pasos del Método Científico

DIVISIÓN DE LA FÍSICA CLÁSICA
Por razones prácticas, la física clásica se divide en cinco grandes partes:

1) Mecánica (del griego “mekhane”, máquina) que estudia el movimiento de los cuerpos.

2) Termología (del griego “thermos”, calor, y “logos”, estudio) que estudia el calor.

3) Acústica (del griego “akoustieos”, que se refiere a oír, escuchar) que estudia el sonido.

4) Óptica (del griego “ópticos”, derivado de “ops”, vista) que estudia la luz y los fenómenos luminosos.

5) Electrologia (del griego ”elektron”, ámbar, que se electriza por frotamiento) que estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos.

A estas cinco partes deben agregarse la geofísica y la astrofísica.

LA FÍSICA APLICADA
Supongamos que un ingeniero —o un grupo de ingenieros— debe proyectar un motor de automóvil. Efectuarán centenares de cálculos, diagramas, proyectos y bosquejos. Queremos ver uno? He aquí: “Cálculo del coeficiente de dilatación“; es decir, en palabras simples, en la proyección del motor habrá que tener en cuenta la dilatación que las distintas partes metálicas sufrirán por la acción del calor. Y la dilatación, naturalmente, es un problema que atañe a la física, y más precisamente, a la termología.

Este es un ejemplo; pero podrían citarse miles y miles: todos los casos en que la física es aplicada a problemas técnicos y científicos: la proyección de un motor, de una máquina cualquiera, de un lente, de un aparato óptico, de un vehículo, de un avión, de un dique, y otras creaciones de la técnica.

En la actualidad, el físico trabaja en la planta fabril, en el astillero, en el laboratorio, etc. Es uno de los tantos hombres que contribuyen al progreso de la ciencia.

LA GEOFÍSICA: Pensemos durante unos instantes en una tormenta. ¿Qué es? Se dirá: es un fenómeno atmosférico en el que hay viento, lluvia, descargas eléctricas, etc. Exacto, Pero si tuviéramos que responder qué tipo de fenómeno es, según la física, nos veríamos en un aprieto. ¿Es un fenómeno de la mecánica?; ¿de la termología?; ¿de la electricidad?.

La respuesta es: la tormenta es un conjunto de fenómenos de todos estos tipos. Y más que nada, corresponde a la Tierra. La ciencia que estudia los diferentes fenómenos terrestres desde el punto de vista de la física se llama geofísica (del griego “geo”, tierra). Esta se divide en distintas ramas: sismología (estudio de los terremotos) ; geodesia (estudio de la forma de la Tierra) ; meteorología (estudio de la atmósfera terrestre y sus fenómenos) ; etc.

LA ASTROFÍSICA: Sabemos, por ejemplo, que la “atmósfera” de Saturno, la de Urano, o la de Plutón, es decir, la de planetas distantes miles de millones de kilómetros, está compuesta de diversos gases, como hidrógeno, metano, amoníaco, etc. ¿Cómo ha sido posible establecer esto, a tal distancia? Haciendo pasar la luz que reflejan estos planetas ñor prismas de vidrio, que la descomponen en los diversos colores que la forman (espaetro).

Se sabe que cada cuerpo luminoso o incandescente produce ua espectro característico. Produciendo el espectro délas radiaciones luminosas que se reciben de los cuerpos celestes más lejanos, es posible establecer de qué elementos están compuestos. Esta tarea pertenece a la astrofísica, la ciencia que estudia los aspectos de la astronomía estelar según las leyes de la física.

De la Física Aplicada a la Ingeniería

Fuente Consultada:
FISICA II Dinámica, Fluídos, Física Cuántica, Astronomía – Aristegui-Baredes-Fernández-Silva-Sobico Editorial Santillana
Enciclopedia Estudiantil Fasc. Nº72 Editorial CODEX





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