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La fisica y quimica

Aristóteles

  • Platón presentó los fundamentos de la filosofía natural (ciencia) con sus ideas matemáticas, pero Aristóteles
    pioneros en la implementación de la ciencia en eventos cotidianos

 

 

En el centro de la ‘Escuela de Atenas’ de Rafael están Aristóteles y
Platón, la mano de Aristóteles al nivel de la Tierra que simboliza su visión del realismo de
Naturaleza; La mano de Platón señaló hacia el cielo que simboliza lo místico.
naturaleza a su punto de vista del universo. Esta imagen simboliza el cambio brusco en el
significado de cómo se hará la ‘filosofía natural’ o física durante los 2.200 años.

  • el núcleo de la filosofía de Aristóteles es que la naturaleza es comprensible, explicable y predecible
  • sin embargo, desarrolló una visión holística de la naturaleza (frente a la visión mecánica newtoniana)
  • los objetos tienen un destino asignado y un concepto de teleología

 

 

Aristóteles se encuentra en el
Tradición filosófica griega que afirma que la naturaleza es
comprensible. Esta tradición, opuesta a la idea de que la naturaleza es
bajo el control de deidades caprichosas que deben ser apaciguadas
más que entendido, es una de las raíces de la ciencia.

Aristóteles construyó su visión del Universo basándose en una intuitiva
tala de armonía holística. Central a esta filosofía fue el
concepto de teleología o causalidad final. Supuso que ese individuo
objetos (por ejemplo, una roca que cae) y sistemas (por ejemplo, el movimiento del
planetas) subordinan su comportamiento a un plan o destino general.
Esto fue especialmente evidente en los sistemas vivos donde el componente
las piezas funcionan de manera cooperativa para lograr un fin o fin final
producto.

Aristóteles también proporciona un buen ejemplo de la forma en que uno
sabe o cree que influye en la forma en que uno entiende la nueva información.
Su teoría del movimiento fluye de su comprensión de la materia como
constituido por cuatro elementos: aire, tierra, fuego y agua. Objetos,
siendo sólido como la tierra, tendería a agruparse con otros
sólidos (tierra), por lo que los objetos tienden a caer a la tierra, su natural
sitio. Por lo tanto, la caída es un movimiento natural.

 

 





 

La forma en que Aristóteles creía que
los objetos caían sobre la Tierra

La forma en que los objetos realmente
caen a la Tierra

 

  • El concepto de movimiento de Aristóteles ilustra la importancia de causa y destino

 

 

La dificultad viene al pensar en el movimiento horizontal. Haciendo un
El movimiento de objetos generalmente tiene una causa bastante obvia. Lo que es difícil es
explicando por qué algo continúa en movimiento.

 






La forma en que Aristóteles pensó
los proyectiles se movieron

La forma en que los proyectiles
“realmente” se mueven

 

  • los objetos que caen caen para volver a su posición natural en el cosmos
  • una lanza se mueve por la causa del movimiento de un brazo, luego se queda sin causa y vuelve a caer

 

 

Piensa en una lanza lanzada. Al principio, no está en movimiento, pero
entonces el brazo del lanzador proporciona un impulso que lo acelera (nuestro
vocabulario, no el de Aristóteles). Pero entonces, qué
¿Lo mantiene después de que deja la mano del lanzador? Debería caer a
tierra inmediatamente ya que no hay nada obvio empujándolo!

La respuesta de Aristóteles fue que cuando la lanza vuela por el aire,
deja un vacío detrás de él. El aire que entra empuja la lanza hacia adelante
hasta que su movimiento natural (caída) finalmente lo traiga a la tierra.

Aristóteles también pensó en las causas que hacen que las cosas se muevan. En
En el escenario de la lanza, es fácil decir que el brazo del lanzador mueve el
lanza, pero ¿qué mueve el brazo del lanzador? Aristóteles dijo que otro
el movimiento movió el brazo (¿contracción muscular?) pero también se dio cuenta de que
algún movimiento anterior debe hacer que el músculo se contraiga y que
El movimiento anterior también debe tener su propio iniciador.

Para evitar la idea de que hay una cadena infinita de causas, Aristóteles
argumentó que debe haber un “motor inmóvil”, algo que pueda iniciar
movimiento sin ser puesto en movimiento. Esta vista fue preservada por
Iglesia medieval durante la Edad Media y se convirtió en el paradigma dominante.

 


Leyes de movimiento de Galileo :

  • Galileo determina las primeras leyes del movimiento por experimentación
  • desarrolla los conceptos de:
    1. velocidad
    2. fuerza
    3. inercia
  • el estado natural de movimiento es movimiento uniforme o descanso
  • los objetos caen a la misma velocidad independientemente de la masa

 

 

Aparte de sus numerosos inventos, Galileo también estableció el primer
leyes de movimiento precisas para las masas. Galileo se dio cuenta de que todos los cuerpos
acelerar a la misma velocidad, independientemente de su tamaño o masa. Todos los días
la experiencia te dice de manera diferente porque una pluma cae más lentamente que una
bala de cañón. El genio de Galileo consistía en detectar que las diferencias que
ocurrir en el mundo cotidiano está en complicaciones incidentales (en este caso,
fricción de aire) y son irrelevantes para las propiedades subyacentes reales (que
es, gravedad). Pudo abstraerse de la complejidad de la vida real
situaciones la simplicidad de una ley de gravedad idealizada.

Las claves entre sus investigaciones son:

  • desarrolló el concepto de movimiento en términos de velocidad (velocidad
    y dirección) mediante el uso de planos inclinados.
  • desarrolló la idea de fuerza , como causa de movimiento.
  • determinó que el estado natural de un objeto es reposo o uniforme
    movimiento, es decir, los objetos siempre tienen una velocidad, a veces esa velocidad tiene
    una magnitud de cero = descanso.
  • los objetos resisten el cambio de movimiento, que se llama inercia .

 

Galileo también mostró que los objetos caen con la misma velocidad independientemente de
su masa El hecho de que una pluma caiga lentamente que una bola de acero es
debido a la cantidad de resistencia al aire que experimenta una pluma (mucho) versus
La bola de acero (muy poco).

Gran parte de este pensamiento trataba de objetos en la Tierra. Galileo no extendió su
ideas para más allá de la superficie de la Tierra, eso fue para un astrónomo llamado Kepler.

Martillo y pluma en la luna

Leyes de Kepler del movimiento planetario :

  • Kepler produce la primera descripción cinemática de las órbitas
  • cada objeto se mueve en una órbita elíptica

 

 

Kepler desarrollado, utilizando las observaciones de Tycho Brahe , la primera
Descripción cinemática de las órbitas,
Newton desarrollará una dinámica
Descripción que involucra la influencia subyacente (gravedad)

Primera ley (ley de las órbitas elípticas): cada planeta se mueve en un
órbita elíptica con el Sol en un foco.

Las elipses que son muy planas tienen una alta excentricidad. Elipses
que están cerca de un círculo tienen baja excentricidad.

 

  • el vector de radio barre áreas iguales en tiempos iguales

 

 

2da ley (ley de áreas iguales): una conexión de línea del Sol y una
planeta (llamado vector de radio) barre áreas iguales en tiempos iguales

Los objetos viajan más rápido en el punto más bajo de su órbita, y viajan
más lento en el punto más alto de su órbita.

 

[19459021 ]

  • cuadrado del período orbital de un planeta
    es proporcional a su distancia media del Sol en cubos

 

 

3.a ley (ley de los armónicos): el cuadrado del período orbital de un planeta
es proporcional a su distancia media del Sol en cubos.

La tercera ley está acostumbrada a
desarrollar un “ criterio ” para el Sistema Solar, expresando la distancia a
todos los planetas en relación con la órbita de la Tierra con solo conocer su período
(cronometrando cuánto tardan en dar la vuelta al Sol).

La forma matemática de describir la tercera ley de Kepler es:

P 2 α R 3
donde el símbolo α significa ‘proporcional a’. Las proporciones son expresiones que implican que existen
s algunos
constante, k , que relaciona el período, P, y el radio, R, de modo que

P 2 = k R [19459084 ] 3
Podemos determinar k expresando la fórmula en unidades de la Tierra y su órbita alrededor del S
un, tal
que

(1 año) 2 = k (1 A.U.) 3
entonces k es igual a uno, siempre que usemos unidades de años y A.U. (la Unidad Astronómica, es decir
. la distancia
de la tierra del sol). Con k = 1, la tercera ley de kepler se convierte en

P 2 = R 3

Newton :

  • Newton proporciona una descripción dinámica del Universo, usando:
    1. aceleración
    2. impulso
    3. leyes de conservación

 

 

Newton amplió el trabajo
de Galileo para definir mejor la relación entre energía y
movimiento. En particular, desarrolló los siguientes conceptos:

  • cambio en velocidad = aceleración -> causado por fuerza
  • inercia = resistencia
    cambiar en velocidad y es proporcional a la masa de la
    objeto
  • impulso = cantidad
    de energía de movimiento y es igual a masa por velocidad
  • ley de conservación del momento = momento total (masa x velocidad)
    de una interacción conservada -> es la misma antes y después

 

 

Ejemplo: ¡Autos y camiones en hielo!

  • la conservación del impulso conduce al Universo mecánico
  • comienzo de la visión mecánica de la naturaleza

 

 

 

Un corolario de las ideas de Newton fue el llamado Universo Mecánico
modelo. Un concepto que establece que el ímpetu total del Universo
se conserva, las interacciones redistribuyen el impulso, pero el total nunca
cambios En este modelo, Dios solo inicia el reloj (causa inicial),
entonces se ejecuta solo por el resto del tiempo.

 


Leyes de movimiento de Newton:

  • Primera ley: un cuerpo permanece en reposo o se mueve en línea recta
    velocidad constante siempre que no actúen fuerzas externas sobre ella

 

 

Ejemplo: de la primera ley de Newton sabemos que un objeto viaja en un
línea recta a menos que actúe una fuerza externa. Una órbita circular
claramente no es una línea recta, ¿cuál es la fuerza? Newton demostró que
Los planetas actúan sobre la fuerza de gravedad que surge del Sol.
Cada órbita es una velocidad en constante cambio donde la gravedad agrega una pequeña
“ delta-vee ” en cada momento. Este “ delta-vee ” es lo que produce el
curvatura elíptica que es la órbita.

  • Segunda ley: un cuerpo sobre el que actúa una fuerza acelerará tal fuerza
    es igual a la masa por la aceleración (F = ma)
  • 3ª ley: por cada acción hay una reacción igual y opuesta

 

 

Ejemplo: de la segunda ley de Newton cuando un jugador de béisbol golpea una pelota, él
aplica una fuerza, F, a la bola de masa m. Digamos que golpea un tenis
bola de masa de una décima parte de la masa de una pelota de béisbol regular (1 / 10m). Qué
Cuál es la aceleración resultante? Diez veces la aceleración de un regular
béisbol y, por lo tanto, diez veces la velocidad final y diez veces la velocidad
golpe de distancia.

Ejemplo: Estás atrapado en un lago de hielo con una bolsa de arena.
Recordando la tercera ley de Newton, ¿cómo escapas?

 


Ley de la Gravitación Universal de Newton :

  • Newton determina que la gravedad controla el movimiento de los objetos en el Universo (es decir, la manzana de Newton)

 

 

Galileo fue el primero en notar que los objetos son “ tirados ” hacia
el centro de la Tierra, pero Newton demostró que esta misma fuerza
(gravedad) fue responsable de las órbitas de los planetas en el Solar
Sistema.

  • Los objetos en el universo se atraen entre sí con una fuerza que varía
    directamente como el producto de sus masas e inversamente como el cuadrado de
    sus distancias
  • Todas las masas, independientemente de su tamaño, atraen a otras masas con gravedad. usted
    no notan la fuerza de los objetos cercanos porque su masa es muy
    pequeño en comparación con la masa de la Tierra.

 

 

 

 



Vectores :

  • El cálculo vectorial se convierte en la herramienta principal para comprender el Universo mecánico

 

 

Newton fue más allá de sus simples leyes de movimiento y gravitación para desarrollar un
conjunto completo de matemáticas para describir y calcular órbitas. Hoy podemos
este cálculo matemático . los
La clave del cálculo es el uso de vectores. Un vector es una cantidad que tiene
tanto magnitud como dirección. Normalmente se representa simbólicamente por
una flecha en la dirección correcta, cuya longitud es proporcional a la
magnitud del vector. Aunque un vector tiene magnitud y dirección,
No tiene cargo. Un vector no se altera si se desplaza
paralela a sí misma siempre que su longitud no cambie.

  • los vectores son dispositivos matemáticos para describir el movimiento
  • tienen dirección y magnitud (velocidad)
  • los vectores siguen reglas similares a los números, como
    1. además
    2. resta
    3. multiplicación

 

 

Debido a que los vectores son diferentes de las cantidades ordinarias (es decir, escalares), todos
Las operaciones matemáticas que involucran vectores deben definirse cuidadosamente. Si
el vector A se agrega al vector B, el resultado es otro vector, C, escrito A
+ B = C. La operación se realiza desplazando B para que comience
donde termina A C es entonces el vector que comienza donde A comienza y termina
donde termina B

La resta del vector se define por A – B = A + (-B), donde el vector -B tiene
la misma magnitud que B pero la dirección de oposición. Un vector puede ser
multiplicado por un escalar. Así, por ejemplo, el vector 2A tiene el mismo
dirección como A pero es el doble de largo.

 

  • vectores de fuerza muestran dirección y magnitud (cantidad de fuerza)
  • la fuerza total puede determinarse por la suma de las fuerzas

 

 

Newton aplicó vectores en términos de fuerza. Un cuerpo es agregado por una fuerza vectorial como
mostrado anteriormente. Las fuerzas se pueden agregar al igual que los vectores, de modo que la fuerza 1 y la fuerza 2 sumen
juntos para producir la fuerza total, F. La fuerza total F también se puede dividir en
componentes x e y que corresponden a las fuerzas en las direcciones x e y (para
ejemplo, a lo largo de una carretera y con gravedad).

Una partícula que se mueve con velocidad constante v sufre un desplazamiento s en
tiempo t dado por s = vt. El vector v ha sido multiplicado por el escalar t
para dar un nuevo vector, s, que tiene la misma dirección que v pero no puede ser
en comparación con v en magnitud (un desplazamiento de un metro tampoco es mayor
ni menor que una velocidad de un metro por segundo). Este es un típico
ejemplo de un fenómeno que podría estar representado por diferentes ecuaciones
en sistemas de coordenadas cartesianas de orientación diferente pero que tiene un solo
ecuación vectorial (para todos los observadores que no se mueven con respecto a uno
otro).

 

  • el cálculo trata el movimiento como cambios infinitesimales en movimiento y dirección, sumados para producir trayectorias suaves

 

 

Para una partícula de masa m, se aplica una fuerza con resultados en una aceleración
a. La aceleración cambia el vector de velocidad en una pequeña cantidad, delta v,
cada intervalo de tiempo, delta t. Esto da como resultado trayectorias, un mapa vectorial
de los cambios de posición desde un origen, el vector xy las velocidades,
vector v.

Con el cálculo vectorial, Newton pudo desarrollar una cosmología que
incluyó la causa subyacente del movimiento planetario, la gravedad, completó el
modelo del sistema solar
comenzada por los babilonios y los primeros griegos. La formulación matemática
del modelo dinámico del sistema solar de Newton se convirtió en la ciencia de
mecánica celeste, la más grande de las ciencias deterministas.

 

 

 

Descripción cinemática del Sistema Solar (Kepler) 

Descripción dinámica del Sistema Solar (Newton)

desarrollo de la mecánica celeste

1650 a 1700 = mejoras en la tecnología del telescopio = mediciones más precisas de
posiciones planetarias = pruebas más precisas de la teoría de la gravedad de Newton

1780: Herschel descubre accidentalmente a Urano (nuevo planeta para continuar probando la teoría de
gravedad)

1845: perturbaciones en la órbita de Urano utilizadas para predecir la posición de un nuevo planeta por
Adam / Leverrier (Neptuno) = logro supremo para la mecánica celestial

 

 

  • La mecánica newtoniana domina el pensamiento hasta el desarrollo de la física cuántica y la teoría del caos

 

 

Aunque la mecánica newtoniana fue el gran logro de la década de 1700,
de ninguna manera fue la respuesta final. Por ejemplo, las ecuaciones de
las órbitas podrían resolverse para dos cuerpos, pero no podrían resolverse
para tres o más cuerpos. El problema de tres cuerpos
desconcertaron a los astrónomos durante años hasta que se supo que algunos
problemas matemáticos sufren de caos determinista , donde
Los sistemas dinámicos tienen un comportamiento aparentemente aleatorio o impredecible.


Acción a distancia :

  • La física newtoniana tiene un pequeño defecto relacionado con una conexión física entre fuerzas como la gravedad y el magnetismo.
  • se postulan portadores de fuerza, el fotón para EM, el gravitón para gravedad

 

 

La física newtoniana supone una conexión directa entre causa y efecto.
Las fuerzas eléctricas y magnéticas plantean un dilema para esta interpretación ya que
no hay contacto directo entre los dos cargos, más bien hay una acción a distancia .

Para resolver este dilema se postuló que hay un intercambio
de portadores de fuerza entre partículas cargadas. Estos portadores de fuerza
Posteriormente se identificaron con partículas de luz ( fotones ). Estas partículas
sirvió para transferir impulso por contacto entre partículas cargadas,
como chocar coches y camiones.

 

  • los portadores de fuerza conducen a una serie de contradicciones que abren la puerta al desarrollo de la física cuántica en
    el siglo 20

 

 

Sin embargo, este intento de resolver la acción a distancia es una paradoja
utiliza una naturaleza de partículas para iluminar, cuando observa la interferencia
los patrones muestran claramente que la luz tiene una naturaleza ondulatoria. Era
esta naturaleza dual a la luz, tanto de partícula como de onda (véase dualidad onda / partícula ),
que condujo a la revolución conocida como física cuántica .