¿Qué es la Física?

Física es la ciencia que estudia la interacción de la materia y la energía, desde sus componentes básicos: las partículas elementales.

    Desde esta ciencia, se estudian:

• Las propiedades generales de los cuerpos,
• las fuerzas que los modifican,
• la transferencia de la energía y
• la interacción entre partículas.

La Física tiene hoy muchas ramas, una de las primeras en desarrollarse fue la Astronomía. Luego siguieron otros campos: acústica, mecánica, óptica, electromagnetismo y termodinámica.

A partir de finales del siglo XIX, se desarrollaron nuevas áreas, relacionadas con los fenómenos nucleares, física del estado sólido, teorías cuánticas y de la relatividad.  Estas, a su vez, han nutrido otros desarrollos en la ciencia y la tecnología. Algunos ejemplos a continuación.

• La nanotecnología encuentra apoyo en la física del estado sólido.
• El desarrollo de nuevos chips brinda oportunidad a los físicos de aplicar sus conocimientos al lado de ingenieros técnicos y otros profesionales.
• Campos nuevos se abren en el área de la medicina, por ejemplo para los físicos-médicos  en el campo de la utilización de radiaciones atómicas y nucleares, o  en el campo del diseño marcapasos, de piel sintética o de prótesis o implantes en seres humanos.
• La astrofísica nos brinda explicaciones del origen y evolución del universo pero también es fuente de conocimiento aplicable a los vuelos espaciales que buscan vida en otros planetas empleando sondas y sensores de alta tecnología
• Las aplicaciones de técnicas nucleares permiten un mejor conocimiento del interior de nuestro planeta y la influencia que su actividad tiene en la vida sobre su superficie.

    Colaboraron en esta defición: M.Ed. Leda Roldán Santamaría,

    M.Sc. Luz María Moya, Universidad de Costa Rica

    y Paul Doherty, Ph.D. Exploratorium.

Experimentos de física

Visite nuestros experimentos de física en estas páginas: Física, Acústica y Óptica

Los experimentos incluidos en estas secciones son sencillos, pero permiten explorar las cualidades físicas de la materia y su entorno: movimiento, presión, adhesión, balance, electricidad, magnetismo, transferencia de energía, luz y color, sonido y más.

Año Mundial de la Física 2005

En conmemoración de los 100 años de la publicación de los brillantes trabajos de Albert Einstein, se celebró el Año Mundial de la Física en el 2005.

Sus objetivos específicos fueron:

• Promocionar el conocimiento de la física en toda la sociedad.
• Fortalecer la enseñanza de la física en todos los niveles.
• Generar un aumento del número de estudiantes, en especial mujeres, en la física.
• Promover la física como base de otras disciplinas y como fundamento de nuevos campos científicos y de tecnologías emergentes.
• Evidenciar los grandes retos de la física del siglo XXI.
• Motivar a la reflexión del rol de la física en el desarrollo de los países.
• Promover la física como parte de nuestra herencia cultural.

¿Por qué titilan las estrellas?

Muy a menudo, es la Física la ciencia que nos permite dar respuesta a preguntas de la vida diaria, como la anterior.

Las estrellas son fuentes de luz muy pequeñas y distantes. La luz que emiten parece titilar para un observador en la Tierra, debido a los constantes desvíos que enfrentan en el paso a través de la atmósfera. Estos desvíos son causados por diminutas “burbujas” de aire más frío o caliente, que hacen que la luz cambie constantemente de dirección. Por esa misma razón parecen titilar las luces de una ciudad vista de lejos.

La pregunta puede abarcarse desde dos ámbitos de la Física: la astronomía o la óptica, dos de las primeras ramas de esta ciencia. La astronomía busca responder a preguntas sobre las estrellas. La óptica estudia la propagación de la luz y de las ondas electromagnéticas.

Colaboró: MSc. Luz María Moya, Universidad de Costa Rica

¿Cómo explorar el mundo?

La Física tiene hoy muchas ramas de investigación, que impulsan el desarrollo de métodos, técnicas y equipos para explorar el mundo. Por ejemplo, las técnicas nucleares facilitan el conocimiento del interior del planeta, la actividad interna y su efecto sobre la vida en la superficie.

Hacia fuera, la investigación en astrofísica brinda explicaciones del origen y evolución del universo y también es fuente de conocimiento aplicable a los vuelos espaciales, la búsqueda de vida extraterrestre y el desarrollo de herramientas y equipos (sensores, sondas, satélites y antenas) que permiten la exploración sobre la Tierra, muchas veces a la distancia (teledetección).

El desarrollo de equipos como los de buceo, que permiten a los seres humanos transgredir las condiciones mínimas para la vida y extienden sus habilidades en medios inhóspitos, se alimentan de principios físicos y desarrollos tecnológicos.

Otras ciencias y áreas interdisciplinarias, como la meteorología (el estudio de la atmósfera y el clima), la investigación físico- química de los contaminantes del ambiente, la geología (el estudio de la composición, estructura y evolución de la Tierra), la vulcanología y sismología (investigación de estos fenómenos y prevención de desastres relacionados) y la oceanografía (el estudio físico, químico y biológico de los océanos), utilizan principios, métodos y técnicas fruto del desarrollo de la Física.

¿Cómo se mueven? ¿Qué fuerzas los afectan?

Las primeras áreas de la Física en desarrollarse fueron: astronomía, acústica, mecánica, óptica, electromagnetismo y termodinámica.

En el caso de estas preguntas, las respuestas provienen del área de la mecánica y se relacionan con el rozamiento entre superficies y la inercia. ¿Qué es la inercia? Es la propiedad física que resiste al cambio de movimiento. Un objeto en reposo se resiste al movimiento y un objeto en movimiento, se resiste a detenerse. Esto lo explicó Newton en su primera Ley.

Además, los cuerpos logran moverse al vencer las fuerzas de interacción entre la superficie áspera que impide que se muevan (por rozamiento o fricción) y la fuerza que se aplica externamente para generar movimiento. En el caso de la bola de gran masa que mueve la señora, es ella el agente que aplica la fuerza para vencer la incercia y las fuerzas de rozamiento que se oponen a su movimiento. En un automóvil en movimiento, los frenos traban las ruedas y estas rozan la carretera que proporciona la fricción para frenar. De hecho, si un vehículo frena y se resbala sobre la superficie de la carretera, no logrará detenerse.

Colaboraron: M.Ed. Leda María Roldán S.y M.Sc.José A. Villalobos, Universidad de Costa Rica.

¿Cuáles serán las fuentes energéticas del futuro?

La energía de cualquier sistema, producto de un proceso físico, químico o nuclear, se manifiesta por su capacidad de realizar trabajo o liberar calor o radiación. Para simplificar, se puede decir que un sistema tiene energía si puede hacer trabajar una máquina. La energía total de un sistema siempre se conserva, pero puede transferirse a otro sistema o también puede convertirse de una forma a otra de energía.

Para atender las crecientes necesidades futuras será necesario desarrollar diversidad de opciones, mejorar algunas de las actuales e innovar con fuentes de energía limpia, aquellas que no contaminan el ambiente. Entre ellas, se pueden mencionar la energía solar, la biomasa, la eólica y las celdas de hidrógeno (fuel cells), tecnologías que requieren de un fuerte impulso del área de la Ingeniería en Materiales, entre otras, para reducir sus costos y potenciar la eficiencia de sus sistemas. También se espera un amplio desarrollo de diversos tipos de baterías que puedan almacenar y luego proveer de energía a personas, vehículos, máquinas, complejos habitacionales y demás.

Colaboró: de M.Ed. Leda María Roldán S., Universidad de Costa Rica.

¿Cómo generar nuevos materiales?

A partir de finales del siglo XIX, se desarrollaron nuevas áreas en la Física, relacionadas con los fenómenos nucleares, física del estado sólido, teorías cuánticas y de la relatividad. Estas, a su vez, han nutrido otros desarrollos en la ciencia y la tecnología, tales como:la nanotecnología, que impulsa la creación de materiales con propiedades muy especiales como los conductores, semiconductores y superconductores y la Ingeniería en Materiales que trabaja en la investigación y desarrollo de nuevas propiedades de los materiales, combinando materias existentes ante condiciones muy específicas. Entre sus productos se encuentran los que tienen propiedades ferroeléctricas, de variación de color, nuevos productos cerámicos, nuevos materiales adhesivos y otros amigables al ambiente, de más fácil descomposición y reutilización.

El desarrollo de nuevos chips, también ha sido un área de mucho desarrollo, en la que los físicos aplican sus conocimientos al lado de ingenieros, técnicos y otros profesionales. Como resultado de los nuevos materiales utilizados en la industria de la informática, se ha potenciado el desarrollo de computadoras cada vez más pequeñas y con mayor capacidad, favoreciendo, también, un mejor manejo, organización y almacenaje de datos. Esto a su vez ha tenido un efecto sobre la fotografía y los vídeos digitales, de gran popularidad hoy en día.

En el área de la energía, se espera una evolución de materiales y equipos que apoye las fuentes más “limpias”, con paneles fotovoltáicos más eficientes y diseños más aerodinámicos de turbinas y más.

Colaboraron: M.Ed. Leda María Roldán S., M.Sc.Luz María Moya de la Universidad de Costa Rica y Juan Fernando Alvarez, PH.D. del Instituto Tecnológico de Costa Rica.

¿Cómo desarrollar instrumentos que beneficien la salud?

El funcionamiento del organismo humano, como el de cualquier ser vivo, se puede estudiar desde el punto de vista de la física, como si se tratara de una máquina, con fenómenos eléctricos, magnéticos y mecánicos. El conocimiento adquirido en esos campos ha permitido desarrollar instrumentos para la medicina, desde el simple termómetro que funciona porque los líquidos se dilatan por el calor, hasta equipos muy complejos y sofisticados que emplean tecnología de punta, basada en el conocimiento de los fenómenos electromagnéticos que se dan en nuestro organismo desde el nivel celular.

En el Siglo XIX, el descubrimiento de los rayos X fue todo un acontecimiento para la medicina, permitió revolucionar los diagnósticos médicos, y hasta salvar vidas. Hoy este diagnóstico es una rutina. La ciencia médica puede visualizar el trabajo interior del cuerpo con una alta resolución gracias a esta y otras técnicas más avanzadas, que pueden parecer deslumbrantemente sofisticadas: ultrasonido, tomografía por emisión de positrones y tomografía axial computarizada (TAC). Las imágenes obtenidas por resonancia magnética y la terapia de neutrones son sólo dos de los ejemplos más prominentes de la exitosa colaboración entre los innovadores investigadores médicos, los físicos y los ingenieros.

Los avances en las ciencias de la salud son producto de un trabajo en equipo entre físicos de altas energías, químicos computacionales o ingenieros. Las imágenes por resonancia magnética (IRM) son un excelente ejemplo. Este es considerado el más grande avance en diagnóstico del último siglo. IRM es el producto de la física atómica, nuclear y de altas energías, química cuántica, ciencias computacionales, criogénia, física del estado sólido y medicina aplicada. En otras palabras, las diferentes ciencias juntas constituyen la vanguardia de la investigación médica.

Colaboraron: M.Sc.Luz María Moya y M.Ed. Leda María Roldán S. de la Universidad de Costa Rica.

¿Cómo mejorar las telecomunicaciones?

La transmisión de datos, voz e imágenes es cada vez más eficiente. Como consecuencia, se han revolucionado las formas de comunicación y los sistemas de investigación y monitoreo de la Tierra y sus recursos. Las comunicaciones, en general, han sido impulsadas por nuevas técnicas fruto de la investigación de la física y los desarrollos ingenieriles. La radio, el cine, la televisión, y todos los llamados equipos audiovisuales, están fundamentados en principios físicos de mecánica, óptica y electromagnetismo. En el caso de las telecomunicaciones, los conocimientos generados por la Física sobre emisión, trasmisión y recepción de ondas electromagnéticas han potenciado la producción de mejores materiales conductores de señales y de satélites, elementos fundamentales para el sistema actual. A continuación, algunos ejemplos.

• El sistema GPS (Global Positioning System) ha impulsado la orientación, la localización y la comunicación. Las personas, los sitios y los recursos, pueden ser ubicados sin necesidad de brújulas gracias a estas tecnologías que utilizan los satélites.

• Los teléfonos celulares son cada vez más pequeños, con mayor alcance y pueden incluir una serie de opciones como las de localizador geográfico, cámara de fotografías, acceso a la web y más.

• El uso de la internet crece en todo el mundo y se transforma rápidamente. Hoy se puede transmitir vos y con la adición de cámaras de video hasta se puede “ver” al interlocutor, sin necesidad de utilizar una línea telefónica y a un menor costo.

• Una mejor transmisión de sonido ha beneficiado también a la música, donde los equipos son cada vez más pequeños y eficientes, permiten una transmisión más nítida y una mayor diversidad de sonidos y efectos. El desarrollo de sintetizadores y su potencial de programar ritmos, secuencias y demás, han impulsado la música profesional y la aficionada.

Colaboraron: M.Ed. Leda María Roldán S., M.Sc.Luz María Moya y M.Sc. José Alberto Villalobos, Universidad de Costa Rica.

Esta campaña del 2005 fue patrocinada en Costa Rica por Intel, Alimentos Jack's, Siemens y la Municipalidad de San José y sigue los pasos de las éxitosas estrategias de divulgación científica de Explora-Conicyt en el Metro en Chile.