Tuesday, January 03, 2006


INTRODUCCIÓN
Antes de iniciar cualquier tarea es esencial pregunarse el por qué y el cómo de la misma:
qué es lo que se espera conseguir, en qué va a consistir, cómo nos gustaría llevarla a cabo..., evitando siempre la sensación de estar haciendo las cosas sin más, sin comrender su sentido, porque sí.
PROCESO
¿Por qué esudiar Física y Química?
A.1) Apunta qué razones puede haber para estudiar Física (entre ellas anota no solo las que crees "necesarias" sino también aquellas otras que te parecen interesantes para tomar esta decisión).

Una breve reflexión sobre lo que son estas ciencias.
A.2) ¿Qué estudian la Física y la Química?
A.3) ¿Para qué sirve la Física?

La lectura siguiente te ayudará a comprender mejor lo que significan estas ciencias

A.4) LECTURA: "Un recorrido histórico por la física y la química"
La palabra "física" proviene del griego (physis) y significa "naturaleza". En sus orígenes, la física equivalía a lo que denominamos filosofía natural y pretendía abarcar los conocimientos sobre la naturaleza. En aquellos tiempos no se distinguían entre si las diferentes formas en que hoy abordamos el estudio de la naturaleza (química, biología, geología, etc.), y ni tan siquiera existía eso que hoy entendemos por ciencia. La palabra ciencia significa originalmente conocimiento, aunue hoy en día encierra un significado bastante más complejo.

La física se ocupa de las propiedades comunes a toda la materia, como medida, forma, peso, etc. Los primeros físicos, los griego, hacían una física, en general, especulativa, que poseía intrínsecamente poco valor. Atribuían al universo todas las cualidades que les parecían deseables y, muy especialmente, aquellas que justificaban sus puntos de vista políticos y morales.
Se sentían atraídos hacia la ciencia por curiosidad y por interés intelectual. Desarrollaron el pensamiento abstracto, en el que vieron la más humana de todas las actividades

Sus opiniones acerca de la naturaleza carecían de fundamentos y eran erróneas, excepto en lo que se refiere a unos pocos "blancos" (teoría atómica de Leucipo y Demócrito, por ejemplo).

Esta teoría atómica, que constituye un vaticinio de la que se elaborará en el siglo XIX, no llegóa a cuajar. Una de las causas que lo explica fue, evidentemente, la casi total ausencia de apoyo experimental, en especial los que lanzaba Aristóteles.

Éste sostenía que el atomismo no podía explicar como habían adquirido los átomos al principio del mundo su movimiento inicial (la respuesta a dicha pregunta sigue sin conocerse). Debido a ello, sustituyó la teoría atómica por una teoría que combinaba los cuatro elementos, (tierra, aire, agua y fuego) con una sustancia primaria básica, inalterable, que pasaba de un elementoa otro ambiando de forma.

Durante dos mil años, ese concepto de sustancia básica influyó de manera tan notable en el desarrollo de la física, que durante ese periodo ésta apenas progresó. La idea de Aristóteles condujo a la de la transmutación de la materia, lo que derivó rápidamente en la posibilidad de transformar algunos metales en otros, en concreto el plomo en oro. La sustancia capaz de realizar la trasformación era la piedra filosofal que podía, además, proporcionar la inmortalidad al ser humano...


A pesar de estos desatinos científicos, el trabajo de los alquimistas no puede ser despreciado en absoluto. La búsqueda de la inexistente piedra filosofal propició el descubrimiento de los procesos tecnológicos que posibilitan la resurrección de la teoría atómica en el siglo XIX.

¿Qué tentativas hubo despues de los griegos, de explicar la unidad del universo? El método científico de contrastación experimental de las hipótesis no era admitido por la iglesia católica, que había aceptado como buenas las teorías de Aristóteles sobre el universo geocéntrico (la Tierra es el centro del univeso). De bido a la poderosa influencia de la Iglesia, en la Europa medieval las hipótesis científicas alternativas sobre el universo quedaron desterradas hasta pricipios del siglo XV.

En el Renaciemiento, de la mano de la cultura musulmana, siempre respetuosa con las ideas de los griegos clásicos (y no solo de Aristóteles), se publican los trabajos de Copérnico, Brahe y Kepler, que apostaban por una teoría heliocéntrica (el Sol era el centro del universo y la Tierra giraba a su alrededor).

En esa época Galileo Galilei, con sus observaciones de la Luna, las manchas solares y los satélites de Júpitar, destronó (no sin grandes controversias) a nuestro planeta de su posición central. Las presiones de la Iglesia Católica no pudieron impedir la aceptación, casi universal, de la teoría heliocéntrica. La refutación sobre las ideas aristotélicas sobre el movimiento (Aristóteles creía necesario el concurso de una fuerza para que un cuerpo se mantuviera en movimiento) y el concepto de inercia fueron otros dos grandes progresos científicos debidos a Galileo.

Isaac Newton, en su libro Principios matemáticos de la Filosofía Natural (Londres, 1687), sentó las bases en que se apoyaría el desarrollo de la física hasta principios de este siglo: las tres leyes básicas de la mecánica permiten obtener las ecuaciones que describen el moviemiento de un cuerpo cuando sobre él actúa cierta fuerza. El inverso también es cierto: podemos calcular el valor de la fuerza que actúa sobre un objeto si conocemos las ecuaciones de su movimiento.

Para explicar el movimiento de los planetas Newton aplicó estas leyes, con las que pudo elaborar las teorías de la gravitación universal. Quizá sea este libro uno de los que mayor influencia hayan tenido a lo largo de la historia.

La ley de la gravitación universal permite explicar el movimiento de los planetas, pero no explica el comportamieto de la materia en cualquier circunstancia. ¿Qué otrs fuerzas actúan entre los cuerpos?. La electricidad, por ejemplo, era un fenómeno que ya fue observado por los griegos, pero no fue objeto de investigación hasta el siglo XVII. Colulomb enciontró la ley que explica esta fuerza y observó que, asombrosamente, guardaba similitud con la ley de la gravitación, lo que permitió definir el concepto de "masa" eléctrica, hoy denominada carga eléctrica.

Al tiempo que comenzaban a desvelarse lso secretos de la elctricidad se iniciaban los estudios sobre otra de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, el magnetismo. Las experiencias de Faraday y Oersted que muestran la relación que existe entre electricidad y magnetismo permitieron a Maxwell unificar los dos fenómenos en 1860-70 con su teoría sobre la fuerza electromgnética, estableciendo claramente los conceptos de campo eléctrico y campo magnético.

Esta imagen de "campos de fuerza como entes que llenan el espacio" resulta ser en la actualidad de gran importancia en física y reemplazan por completo la idea de acción a distanciacon que se explicaba elfenómeno gravitatorio. Adeás, de las ecuaciones de Maxwell se deriva una conclusió crucial en cuanto a la naturaleza de la luz, ya que queda establecido que esta no es más que una onda electomagnética.

De ese modo, con los trabajos de Maxwell quedarían establecidas las principales leyesde la que hoy denominamos física clásica.

¿Cuál era la comprensión de la estructura de la materia que se tenía durante el periodo que estamos analizando? A pesar de la hipótesis griega sobre los átmos, se llegó mucho antes a conocer el movimiento de los planetas que la composición interna de la materia. La teoría atómica fue aceptada por Newton sin reservas, aunque Boyle tan solo aducía pruebas experimentales sobre el comportameinto de los gases en defensa de dicha teoría.
LEY DE BOYLE:
P V= k
El volumen es inversamente proporcional a la
presión:
•Si la presión aumenta, el volumen disminuye.•Si la presión
disminuye, el volumen aumenta.
Quedaban por resolver cuestiones básicas: ¿hay
una variedad infinita de átomos difernetes o están limitados a cierto número?.
Tuvo que transcurrir un siglo para que los científicos, que seguían aferrados a
las ideas aristotélicas de los cuatro elmentos, pudiesen contestar a la cuastión
anteior.


Lavoisier, a finales del siglo XVII, desterró la idea de los cuatro elementos, mientras que los trabajos de Dalton y después Avogadro, condujeron a una teoría atómica mucho más perfecciona que la griega, apoyada en trabajos experimentales.
LEY DE AVOGADRO:
V/n=k
El volumen es directamente proporcional a la cantidad de
gas:
•Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el
volumen.

•Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen
disminuye.


Todas estas investigacioes experimentales permitieron a Mendeleiev, en 1869, construir el sistema periodico de los elementos.
*TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS













(Links útiles)
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/index1.html
http://www.lenntech.com/espanol/tabla-periodica.htm
http://www.geocities.com/erkflores/Tabla.htm
http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/mc.html

La imagen del mundo que se desprende de todo lo anterior, y que se tenía a finales del siglo pasaso, es la siguiente: el movimiento de las partículas queda descrito de forma maravillosamente compacta por las leyes de Newton, que junto con la de la gravitación explican el movimiento de los planetas. La materia se considera compuesta por moléculas, formada, a su vez, por sus átomos particulares. Las propiedades químicas de los elementos se explicaban por la posición de estos en el sitema periódico.
Por otra parte, se conserva la masa y la energía y, por último, la luz queda incorporada como uno de los fenómenos de la teoría electromagnética, elegantemente sintetizada en las ecuaciones del campo de Maxwell. Esto es lo que se conoce como física clásica.

A principios del presente siglo, la mecánica de Newton y su ley de la gravitación y la teoría electromagnética de Maxwell servían para describir casi por completo los hechos conocidos hasta entonces.

Los intentos de explicar por qué la sistribucion de la energía emitida por los cuerpos a determinada temperatura era así (como se observaba) y los encaminados a explicar el efecto fotoelectrico proocaron una revolución en la física, la que se denominó revolución de la mecánica cuática.

Esta revoluvión está basada en un principio más bien simple: la energía que emite o absorbe un cuerpo no puede tomar cualquier valor, sino que está cuantizada, es decir, se emite o absorbe en forma de "paquetes" o "cuantos de energía" que se corresponden con lo que Einstein denominó fotones al explicar el efecto fotoeléctrico: cada fotón es un paquete de energía.

La influencia de esta revolución es inmensa en el mundo microscópico, pero no en el mundo macroscópico, en el que la mecánica newtoniana conserva su valor.

Independientemente de los avances reseñados en el parrafo anterior, Einstein con la teoría de la relatividad provoca la segunda revolución en la física de este siglo: de un nuevo análisis de los conceptos de espacio, tiempo y simultaneidad surge un nuevo concepto de la física.

La mecánica de Newton vuelve a ser reemplazada, esta vez para poder analizar aquellas situaciones en que los cuerpos estudiados se mueven a velocidades próximas a la de la luz.

Estas dos revoluciones, la de la mecánica cuántica y la de la mecánica relativista, son hoy en día los pilares sobre los que se apoya la física y tan solo con ayuda de ellas es posible conseguir una descripción aceptable del funcionamieto del universo conocido.

(Fuente: Candell y otros: "Física de COU". Ed. Anaya.)

TAREA: CUESTIONES SOBRE ESTA ACTIVIDAD

1) ¿Cuales son las concepciones aristotélicas que se mencioan en el texto? Menciónalas y critícalas.

2) ¿Por qué no se consideran las ideas de los griegos sobre el mundo físico como "CIENCIA"?

3) ¿Fue útil el trabajo de los alquimistas para el avance de la ciencia? Razona tu respuesta.

4) ¿Qué personaje/es histórico/os de los mencionados en la lectura crees que ejerció mayor influencia en el avance del conocimiento (avance de la ciencia)?. ¿Por qué?

5) ¿Cómo surge la química?

6) ¿Qué cuestió o cuestiones quedaban por resolver en el siglo XVII (en tiempos de Isaac Newton) referidos a la estructura de la materia?

7) Di qué principios básicos constituyen lo que se denomina com "física clásica".

8) ¿Qué hechos experimentales provocaron el nacimiento de la "mecánica cuática?

9) ¿Qué científico puede considerarse como uno de los padres de la "física moderna" por su contribución a la misma con l teoría de la relatividad?

10) Haz un resumen de la lectura anterior y posteriormente elabora un cuadro esquemático dode se indiquen claramente, de forma muy resumida, las etapas por las que pasa la física a lo largo de su historia.

CONCLUSIÓN:

Por todo lo tratado hasta aquí, podríamos dar la siguiente definición de ciencia: "Ciencia es una aprximación particular al conocimiento de la naturaleza".

Podemos resumir en una frase muy gráfica todo lo espuesto sobre cómo se hace ciencia: La ciencia se caracteriza por su método, pero una caracterización precisa del método destruye a la ciencia".

"No se ha descubierto el procedimiento descubrir, ni el método inventar"

LINKS DE UTILIDAD:
*Historia de la física
http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/historia_fisica/capitulo1.htm)

*Enseñar física a nivel medio
http://personal.iddeo.es/vegalonso/index.html#Sumario

*Utilidades educativas
http://www.internenes.com

*BIOGRAFÍAS DE CIENTÍFICOS
http://www.acienciasgalilei.com/biograf.htm





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