¿QUÉ es la física?

Arquímedes (287-212 a. C.) Matemático y físico griego, hijo del astrónomo Fidias, fue discípulo de Euclides. Está considerado el científico más grande del mundo antiguo. Inventó la polea compuesta y el tornillo sin fin y construyo un planetario, pero su importancia radica sobre todo porque fue capaz de aplicar la ciencia a los problemas de la vida práctica. Fue el primero en utilizar el método científico. Modificó los métodos de cálculo para hallar el área y el volumen encerrados en ciertas curvas, ideando un sistema similar al cálculo integral; inventó un método para calcular las cifras grandes.
Uno de sus primeros hallazgos fue el de la teoría abstracta que explica la mecánica básica de la palanca. A él se atribuye la famosa frase "Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo", al que siguió entre otros el principio que lleva su nombre acerca del empuje hidrostático; la invención de los espejos ustorios, etc.
Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
Arquímedes demostró que el lado del hexágono regular inscrito en un círculo es igual al radio de dicho círculo; así como que el lado del cuadrado circunscrito a un círculo es igual al diámetro de dicho círculo.


Claudio Ptolomeo o Tolomeo (100-170 d. C.) Matemático, astrónomo y geógrafo alejandrino, nacido en Egipto, representó mediante fórmulas el movimiento de los planetas. Dichas fórmulas se basaban en la hipótesis de que la Tierra estaba inmóvil y ocupaba el centro del universo y a su alrededor se movían, en órbitas circulares, el Sol, la Luna y los demás planetas y estrellas. Tolomeo catalogó muchas estrellas, asignándoles un brillo y magnitud, estableció normas para predecir los eclipses. En el campo de la óptica descubrió las leyes de refracción de la luz.


Nicolás Copérnico (Niklas Koppernigk, 1473-1543) Astrónomo prusiano, desarrollo la teoría del sistema heliocéntrico. Dedujo que la Tierra giraba sobre sí misma una vez al día y que una vez al año daba una vuelta completa alrededor del Sol. Con esta teoría Copérnico inicia una revolución que, en el término de dos siglos, a través de la contribución de Galileo, Kepler y Newton, conduciría a una renovación total de las bases de la astronomía.
Demostró que las matemáticas necesarias para explicar estos movimientos planetarios eran mucho más sencillas que en el sistema tolomeico. Todo su pensamiento quedó recogido en su libro Sobre las revoluciones de orbes celestes (1543).


Galileo Galilei (1564-1642) Astrónomo, filósofo, matemático y físico italiano que que, junto con el astrónomo alemán Johannes Kepler, comenzó la revolución científica. Iniciador de la física moderna, para la que planteó una metodología basada en el calculo matemático, formuló el principio de inercia y la ley de caída de los cuerpos. Se le deben, entre otras aportaciones, el descubrimiento de la ley del péndulo, (sobre el cual comenzó a pensar, según la conocida anécdota, mientras observaba una lámpara que oscilaba en la catedral de Pisa), el rebatimiento de la teoría de Aristóteles sobre la caída de los cuerpos, el hallazgo de una manera de medir el peso de los cuerpos en el agua, el diseño de un termómetro para medir la temperatura y la construcción de un reloj hidráulico para medir el tiempo.
Galileo descubrió también las leyes que rigen la fuerza y el movimiento, definiendo exactamente la velocidad y la aceleración de los objetos en movimiento, y posteriormente enunció estas leyes de forma matemática. Estableció que las leyes físicas son las mismas si el observador se encuentra en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme, y esta afirmación es el principio de relatividad, que posteriormente fue retomado por Albert Einstein, el cual ya concibió la teoría especial de la relatividad.
Con un telescopio fabricado por él mismo descubrió numerosas estrellas, cuatro satélites de Júpiter, las fases de Venus y las manchas solares.
Galileo demolió la actitud científica de la época, pues basó todas sus deducciones en experimentos y pruebas reales; fue el primero en llegar a conclusiones a través del método científico moderno de combinar la observación con la lógica, y esa lógica la expresó matemáticamente.


Johannes Kepler (1571-1630) Astrónomo alemán, fue el fundador de la astronomía moderna. Enunció las leyes sobre el movimiento de los astros, según las cuales, los planetas describen órbitas elípticas en las que el Sol ocupa uno de sus focos. También formuló algunas leyes sobre óptica, en las cuales explica el proceso visual del ojo y la refracción de la luz de la atmósfera y desarrolló un sistema infinitesimal en matemáticas, que fue un antecesor del cálculo.
Kepler publicó un libro en 1604, en el cual explicaba el efecto de la refracción atmosférica sobre las observaciones astronómicas, discutía sobre los eclipses lunares y calculaba la frecuencia de los pasajes de Mercurio y de Venus sobre el disco del Sol.
Leyes de Kepler: Leyes experimentales sobre el movimiento de los planetas alrededor del Sol.
Primera ley; establece que los planetas describen órbitas elípticas, en uno de cuyos focos se halla el Sol.
Segunda ley; el radio vector que une los centros del Sol y del planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales (velocidad areolar constante).
Tercera ley; establece que los cuadrados de los tiempos empleados por los planetas en su movimiento de revolución son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas.


Evangelista Torricelli (1608-1647) Físico y matemático italiano, descubre la forma de medir la presión atmosférica, para cuya medición ideó el barómetro de mercurio, observó que el mercurio en un barómetro puede dejar un vacío en la parte superior del tubo (en oposición a la teoría de Aristóteles). A él se deben también estudios sobre la presión atmosférica, además del enunciado de los principios de la hidrodinámica. Perfeccionó el microscopio y el telescopio.
Formuló el teorema que lleva su nombre, de importancia fundamental en hidráulica, relativo a la velocidad de salida de un líquido a través de un orificio practicado en una pared delgada del recipiente que lo contiene es igual a la que alcanzaría cualquier objeto en su caída libre desde el nivel superior del líquido en el recipiente hasta el plano horizontal en que se halla el orificio.
El torr o milímetro de mercurio (mm Hg) es una unidad de presión cuyo nombre deriva de su apellido.


Blaise Pascal (1623-1662) Matemático, físico, filósofo y escritor francés, considerado una de las mentes privilegiadas de la historia intelectual de Occidente. A los 16 años escribió el Ensayo sobre las cónicas donde formulaba los teoremas básicos de la geometría proyectiva, conocido como el teorema de Pascal. Para ayudar a su padre en un trabajo fiscal, ideó una máquina calculadora mecánica que perfeccionó en 1652. En la vida de Pascal hay dos etapas. En la primera, hasta 1654, se concentró básicamente en problemas físico-matemáticos; el tema de sus trabajos científicos fue sobre todo la estática de los fluidos, e intentó establecer por vía experimental la crítica a la tesis del horror de la naturaleza al vacío; en 1648 demostró mediante un experimento que el nivel de la columna de mercurio de un barómetro lo determina el aumento o disminución de la presión atmosférica circundante.
Principio de Pascal: La ecuación fundamental de la hidrostática (P = Pa + rgh, que enuncia que la presión de cualquier punto de un fluido es la presión sobre la superficie libre más la debida a la columna de fluido que soporta encima) no tiene en cuenta ninguna condición debido a la forma del recipiente o a la naturaleza del fluido. De ella se deduce que dos cuerpos que están a la misma altura tienen la misma presión. Si se aumenta la presión atmosférica Pa (con un pistón por ejemplo), la presión P, a cualquier profundidad aumenta en la misma cantidad, siendo la transmisión instantánea y en todas direcciones igual. Se enuncia como: La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución e instantáneamente a cada punto del fluido y de las paredes del recipiente.
El pascal (Pa), la unidad física de la presión en el Sistema Internacional, que es igual a la fuerza que ejerce un newton en un metro cuadrado, lleva su nombre en su honor.


Christiaan Huygens (1629-1695) Matemático, físico y astrónomo holandés, propuso la teoría ondulatoria de la luz y fue le primero en descubrir el anillo y el cuarto satélite de Saturno con un telescopio que el mismo fabricó, a los que describió como un conjunto de partículas en órbita alrededor del planeta. Fue el físico más influyente de la segunda mitad del siglo XVII, aparte de Newton. Entre sus descubrimientos destaca el principio (posteriormente llamado principio de Huygens) que establece que todo punto de un frente de ondas que avanza, actúa como una fuente de nuevas ondas. A partir de este principio, Huygens desarrolló la teoría ondulatoria de la luz en contra de la teoría corpuscular propugnada por Isaac Newton.


Isaac Newton (1642-1727) Físico, matemático y astrónomo inglés, con él la física teórica alcanzó una base sólida; a partir de él, la ciencia como tal gozó de un gran prestigio. Sus trabajos sobre óptica ordenaron la teoría de la refracción de la luz, fue el primero en descubrir que la luz blanca está compuesta de varios colores que pueden separarse y recombinarse. Newton elaboró una teoría de la luz blanca para explicar por qué se refractaba en el vidrio, formando un arco iris. Aunque esta hipótesis es errónea, explicaba por qué los primeros telescopios, los cuales estaban construidos con lentes que refractaban la luz, formaban imágenes rodeadas de pequeños halos de colores. Y a este fenómeno se le dio el nombre de aberración cromática. Esto le indujo a pensar que la aberración cromática no podía corregirse, por lo que decidió construir telescopios sin lentes y con espejo parabólicos, que recogían y concentraban la luz por reflexión, y que por supuesto no tenían aberración cromática.
Entre sus aportaciones a las matemáticas destaca el teorema del binomio para expresar ciertas magnitudes algebraicas; descubrió la manera de hallar áreas limitadas por curvas, que llamó fluxiones y hoy se conoce con el nombre de cálculo diferencial e integral (Leibniz lo descubrió de forma simultánea e independiente).
La Ley de la Gravitación Universal supuso que las fuerzas de atracción actuaban desde el centro de la Tierra, que años más tarde pudo demostrarlo matemáticamente gracias al cálculo diferencial. Enunció las tres leyes del movimiento:
Primera: Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme sobre una línea recta a no ser que se le obligue a variar dicho estado mediante fuerzas que actúan sobre él.
Segunda: La variación del movimiento es proporcional a la fuerza motora a que se le somete, y se realiza en la dirección de la recta en que la fuerza actúa.
Tercera: A toda acción se opone siempre una reacción igual y contraria.
El newton (N), la unidad de medida de fuerza en el Sistema Internacional, lleva su nombre en su honor y se define como, la fuerza que se comunica a un masa de un kilogramo con una aceleración de un metro por segundo al cuadrado.


Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) Físico francés, es considerado el fundador de la Electrostática. Inventó la balanza de torsión, para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica. Demostró que la acción entre dos cargas eléctricas en reposo varía proporcionalmente al producto de las cantidades de electricidad. Hizo lo mismo con las cargas eléctricas, que se distribuyen en la superficie de los conductores en equilibrio, y comparó la densidad superficial de carga entre las distintas partes de un conductor. Fue defensor de la teoría de los dos fluidos (eléctrico y magnético) y creyó que la atracción y repulsión eléctricas se verificaban mediante una acción a distancia, sin una intervención del medio, a semejanza de la atracción gravitatoria de Newton.
Ley de Coulomb: Ley fundamental de la electrostática, según la cual la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El coulomb o culombio (C), la unidad derivada de Sistema Internacional para la medida de la magnitud física cantidad de electricidad, lleva su nombre en su honor y se define como, la cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio.


Alessandro Giuseppe Volta (1745-1827) Físico italiano, conocido por sus trabajos sobre la electricidad. Inventor del electróforo, el electroscopio condensador y la pila eléctrica. Estudió el descubrimiento de Galvani, según el cual una chispa eléctrica o el contacto con hierro y cobre podían causar la aparición de una contracción nerviosa en el anca de una rana. Volta investigó el origen de este hecho y, tras una serie de experimentos, comprobó que se generaba una corriente eléctrica, al poner en contacto diferentes metales, proceso que en la actualidad recibe el nombre de efecto Volta. En 1799 consiguió construir una pila compuesta por varios discos de metal, alternativamente de plata y cinc, entre los que se disponía una tarjeta embebida en salmuera. Esta pila voltaica (precursora de la batería eléctrica ) que producía una corriente eléctrica estática, fue la primera fuente fiable de electricidad.
El volt o voltio (V), la unidad de potencial eléctrico del Sistema Internacional, lleva su nombre en su honor y se define como, la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un conductor, de forma que al circular la unidad de carga de un culombio se realice el trabajo de un julio.


André-Marie Ampère (1775-1836) Físico y matemático francés, considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo.
En 1822 estableció los principios de la electrodinámica. Concluyo que la fuerza electromotriz es producto de la tensión eléctrica y de la corriente. En 1825 publicó su Teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos, donde expuso su famosa Ley de Ampère. Ampère trataba el magnetismo como un fenómeno eléctrico, enunciando por primera vez la equivalencia entre imanes y corrientes. Inventó la aguja astática,que hizo posible el moderno galvanómetro.
El ampere amperio (A) la unidad de la corriente eléctrica en el Sistema Internacional, lleva su nombre en su honor.


Hans Christian Oersted (1777-1851) Físico y químico danés. En 1820, Oersted advirtió de forma casual mientras realizaba observaciones sobre el fenómeno eléctrico con una pila análoga a la construida por Alessandro Volta en 1800, que una aguja imantada se desvía colocándose en dirección perpendicular a un conductor por el que circula una corriente eléctrica. Repitió incesantemente estos experimentos con pilas más potentes y observó que la aguja oscilaba hasta formar un ángulo recto con el hilo y con la línea que unía la brújula y el hilo. Si se la desplazaba de forma continua en la dirección que señalaba la aguja, la brújula describía entonces un círculo alrededor del hilo conductor. Invirtiendo el sentido de la corriente eléctrica, cambiaba asimismo el sentido de la aguja de la brújula. Los efectos persistían incluso cuando se interponían placas de vidrio, metal o madera entre el hilo conductor y la brújula. Oersted demostró poco después que el efecto era simétrico. Se establecía así la conexión entre los fenómenos eléctrico y magnético dando lugar a una nueva ciencia, el Electromagnetismo.


Georg Simon Ohm (1789-1854) Físico alemán. En 1827, Ohm conoció los trabajos de Jean Baptiste Joseph Fourier relativos al flujo de calor que recorre una barra metálica, que le llevaron a realizar su gran aportación a la ciencia, cuando al realizar una serie de experimentos con termoelementos, descubrió la ley fundamental de las corrientes eléctricas que actualmente lleva su nombre.
La ley de Ohm determina que en un conductor recorrido por una corriente eléctrica continua, el cociente entre la diferencia de potencial aplicada a los extremos del conductor y la intensidad de la corriente que por él circula es una cantidad constante, que depende del conductor, denominada resistencia.
Entre sus otros trabajos de investigación destacables en electrotecnia, cabe citar su definición de la cantidad de electricidad, de intensidad y de fuerza electromotriz. En 1830, midió por primera vez la tensión en los circuitos eléctricos.
El ohm u ohmio (Ω), cuyo nombre deriva de su apellido, es la unidad de resistencia eléctrica del Sistema Internacional de Unidades y se define como, la resistencia de un conductor por el que circula una corriente de un amperio cuando entre los extremos de dicho conductor se establece una diferencia de potencial de un voltio.


Michael Faraday (1791-1867), Físico y químico inglés, conocido principalmente por sus descubrimientos de la inducción electromagnética y de las leyes de la electrólisis. En 1920 consiguió su primer logro científico realizado de manera individual, cuando llevó a cabo la síntesis de los primeros clorocarburos conocidos, como el tetracloruro de carbono. Tres años más tarde, Faraday consigue licuar varios gases, como el cloro, mediante altas presiones y enfriamientos. En 1825 descubrió el benceno en el gas del alumbrado, 20 años después Hofman observaría este gas en el alquitrán de la hulla que es en la actualidad la primera fuente del benceno y de sus derivados.
Faraday definió el concepto de líneas de un campo eléctrico y en 1831 descubrió el fenómeno de la Inducción electromagnética, gracias al cual se manifiesta que determinados cambios en los campos magnéticos producen campos eléctricos. Todo ello comenzó cuando publicó una serie de experiencias realizadas "con la esperanza de obtener electricidad del magnetismo ordinario" como el mismo comentó; es natural que Faraday empezara a reflexionar sobre la relación que existía entre la electricidad y el magnetismo ya que si la electricidad establece un campo magnético, ¿por qué un campo magnético no podía crear electricidad?. Para demostrarlo intentó ver si una corriente eléctrica, al pasar por un conductor, inducía una corriente en otro conductor próximo, prosiguiendo así los descubrimientos que Arago, Oersted, Ampere y otros habían realizado al observar la acción de corrientes magnéticas en corrientes eléctricas. Utilizó dos bobinas de hilo conductor arrolladas sobre un mismo núcleo de madera y separadas por una hoja de papel; una de ellas se conectaba a una batería y la otra a un galvanómetro. Observó que no se acusaba paso de corriente por la bobina conectada al galvanómetro cuando la bobina conectada a la batería estaba recorrida por una corriente estacionaria, por muy intensa que ésta fuese; pero sí se observaba un paso momentáneo de corriente por el galvanómetro en el momento de conectar o desconectar la otra bobina a la batería. Este hecho hizo pensar a Faraday que la aparición de la corriente inducida, en la bobina conectada al galvanómetro, era debida a la variación de la corriente en la bobina conectada a la batería, y no a la corriente en sí. Para comprobar si este hecho estaba relacionado con el campo magnético originado por la corriente en la bobina conectada a la batería, sustituyó ésta por un imán y arrolló la bobina conectada al galvanómetro sobre un núcleo de material ferromagnético, de manera que el campo magnético creado por el imán se concentrase en el interior de la bobina, en estas condiciones observó paso de corriente por la bobina cuando se introducía o extraía bruscamente el núcleo ferromagnético en la bobina, aun cuando ésta se mantuviera en una posición estacionaria dentro del campo magnético del imán.
Con ello, ofreció el primer modo práctico de convertir energía mecánica en energía eléctrica, e inició el rumbo hacia la producción en generadores, movidos por la energía mecánica del vapor o de la caída de agua.
El farad o faradio (F), la unidad de capacidad eléctrica de un condensador del Sistema Internacional de Unidades, lleva su nombre en su honor y se define como la capacidad de un conductor que adquiere una carga de 1 culombio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio.


James Prescott Joule (1818-1889) Físico británico, discípulo de Dalton, a quien se le debe la teoría mecánica del calor. Estudia aspectos relativos al magnetismo especialmente los relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevan a la invención del motor eléctrico.
Descubrió el fenómeno de magnetostricción, que aparece en los materiales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado de magnetización.
Pero su área de investigación más fructífera es la relativa a las distintas formas de energía: con sus experimentos verifica que al fluir una corriente eléctrica a través de un conductor, éste experimenta una un incremento de temperatura; a partir de ahí dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila química, la energía habría de proceder de la transformación llevada a cabo por las reacciones químicas, que la convertirían en energía eléctrica y de esta se transformaría en calor. Si en el circuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energía mecánica. Ello le lleva a la enunciación de el principio de conservación de la energía, y aunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de este principio como Meyer, Thomson y Helmholtz, fue Joule quien le proporcionó una mayor solidez.
Analiza la posible relación existente entre estas energías térmica y mecánica; para ello construye un dinamómetro mediante un sistema de poleas sumergidas en agua, las cuales se accionaban por la acción de un peso al descender por una polea.
Con ello pudo calcular el trabajo de caída del peso, y de ahí medir el calentamiento producido en el agua como consecuencia del rozamiento de las paletas. De esta manera, en 1843 Joule obtuvo el valor del equivalente mecánico del calor, que concluyó que era de 0,424 igual a una caloría, lo que permitía la conversión de las unidades mecánicas y térmicas; este es un valor muy similar al considerado actualmente como de 0,427. En estos trabajo Joule se basa en la ley de conservación de la energía descubierta en 1842.
A él se le debe la ley que lleva su nombre y que se enuncia en 1840, como la cantidad de calor generado por el paso de la corriente eléctrica es proporcional a la resistencia de éste y al cuadrado de la intensidad de la corriente que lo recorre.
A pesar de que en 1848, ya había publicado un artículo referente a la teoría cinética de los gases donde por primera vez se estimaba la velocidad de las moléculas gaseosas, abandonó su línea de investigación y prefirió convertirse en ayudante de William Thomson (Lord Kelvin), y como fruto de esta colaboración descubren el efecto Joule-Thomson, según él cual es posible enfriar un gas en expansión si se lleva a cabo el trabajo necesario para separar las moléculas del gas. Ello posibilitó posteriormente la licuefacción de los gases. Ello lleva a la ley de la energía interna de un gas perfecto, según la cual la energía interna de un gas perfecto es independiente de su volumen y dependiente de la temperatura.
En 1879, define como unidad de energía térmica la cantidad de energía requerida para conseguir que un kilogramo de agua incremente su temperatura de 15,5 a 16,5 C.
El joule o julio (J), la unidad del Sistema Internacional para energía y trabajo, lleva su nombre en su honor.


William Thomson, (Lord Kelvin) (1824-1907) Físico y matemático británico. Desarrolló la teoría matemática de la electricidad y del magnetismo y llevó a cabo investigaciones sobre termodinámica. Enunció el principio de equivalencia entre calor y energía, sentó las bases para la definición de la escala absoluta de temperaturas (escala Kelvin) y realizó estudios sobre geofísica. Inventó aparatos eléctricos de medida. En reconocimiento a sus logros, fue nombrado en 1892 Barón de Kelvin.
El kelvin (K), la unidad de temperatura termodinámica del Sistema Internacional de Unidades, lleva su nombre en su honor.