¿Quieres conocer más sobre la Física? En este artículo te explicamos las diferentes ramas de la Física, su importancia y cómo se relacionan entre sí.
Que son las Ramas de la Fisica
La física es la más fundamental de todas las ciencias y, por lo tanto, sus ramas han evolucionado para comprender cada aspecto subyacente del mundo físico. Desde la física de partículas a la biofísica, las ramas de este tema ofrecen oportunidades de investigación emocionantes para cualquiera que esté dispuesto a perseverar.
Aquí hay una lista de las principales ramas de la física, junto con un resumen de lo que se estudia en cada una. Cada rama se divide en subdivisiones más pequeñas. Como se explicó anteriormente, cada una de estas ramas, excepto la física matemática, tiene una subdivisión experimental y teórica. La clasificación de estas ramas es artificial y se superponen entre sí para crear campos especializados adicionales.
Mecanica clasica
Esta es la rama más antigua de la física, que describe analíticamente el movimiento de todos los objetos en escalas macroscópicas. Describe todo, desde cómo los objetos grandes como las bolas rebotan, por qué los péndulos se balancean, hasta cómo los planetas giran alrededor del Sol. Describe la mecánica de todo tipo a gran escala y se denomina clásica porque no puede explicar el movimiento a nivel atómico. El tipo de problema que trata de resolver la mecánica clásica es este. Si tales son las fuerzas que actúan sobre cuerpos con masas específicas, situadas a tales distancias relativas, ¿cuál será el movimiento de los objetos?
Específicamente, proporciona un marco teórico para construir ecuaciones deterministas de movimiento, para cuerpos que están bajo la influencia de fuerzas. Tres de las principales divisiones del campo, según el tipo de formalismo matemático utilizado, son la mecánica newtoniana (los problemas se resuelven mediante la resolución de vectores de fuerza, que actúan sobre los cuerpos), la mecánica hamiltoniana (la ecuación del movimiento se deriva de la suma de la cinética y las energías potenciales del sistema, conocidas como el Hamiltoniano), y la mecánica lagrangiana (La ecuación de movimiento se deriva de la diferencia entre las energías cinética y potencial de un sistema, conocida como el Lagrangiano, utilizando el principio de acción mínima). El tercer formalismo, basado en las ecuaciones de movimiento lagrangianas, encuentra aplicaciones en la totalidad de la física, incluida la mecánica cuántica, la mecánica relativista y la teoría cuántica de campos.
Tradicionalmente, el campo se puede dividir en las siguientes subdivisiones, que son Estática (el estudio de sistemas en equilibrio), Dinámica (Estudio del movimiento, en relación con las fuerzas), y Cinemática (Estudio del movimiento, sin referencia a su causante). agentes). Hoy en día, todo el campo está clasificado como parte de la mecánica.
Notables descubrimientos
Las Leyes de la Gravitación de Newton, las Tres Leyes del Movimiento de Newton, la Mecánica Newtoniana, la Mecánica Lagrangiana y Hamiltoniana, el teorema de Noether
Mecánica de fluidos
La mecánica de fluidos es una sub-rama especializada de la mecánica clásica, que describe la física de todos los tipos de fluidos, incluidos gases, líquidos y plasma. Toda la materia en este campo se modela como un continuo, sin tener en cuenta las propiedades individuales de los elementos constituyentes como los átomos. Puede describir el comportamiento de los fluidos y sus propiedades en diversas condiciones, incluido su flujo a través de tuberías. Puede describir fenómenos de la vida real, como el aumento de agua desde las raíces de las plantas hasta la cima, el flujo de los ríos, ayuda en el diseño de alas de aeroplanos, prensas hidráulicas y bombas, ayuda a predecir el clima y puede aplicarse en casi todos Situación en la que intervienen los fluidos. Algunas de sus ramas principales son la aerodinámica (estudio de fluidos como el aire en particular y la dinámica de vuelo) y la dinámica de fluidos computacional (CFD) (soluciones numéricas simuladas computacionalmente para problemas de mecánica de fluidos). El sujeto también se puede dividir en estática y dinámica de fluidos, describiendo fluidos en reposo y en movimiento.
Notables descubrimientos
Ecuaciones de Navier-Stokes (Describa el movimiento de fluidos según la mecánica de Newton), el principio de Bernoulli (Describe el movimiento de fluidos con viscosidad muy baja o nula), el principio de Arquímedes (describe la fuerza de flotación de un cuerpo sumergido en un fluido)
Fisica matematica
Las herramientas analíticas requeridas para la teoría, son proporcionadas por la física matemática. La matemática es el lenguaje que habla la naturaleza. Para saber cómo funciona en un nivel más profundo, uno debe dominar completamente este idioma y cada dialecto. El campo es una superposición entre la física y las matemáticas. Proporciona una base lógica rigurosa y una caja de herramientas completa, necesaria para el uso de sofisticadas máquinas matemáticas en la física teórica.
Al igual que un trabajador debe usar el tipo correcto de herramientas para realizar su trabajo, un físico debe usar las herramientas matemáticas adecuadas para resolver un problema. Cuanto más y más profundamente exploramos la naturaleza, cada nueva ley descubierta solo puede expresarse en una nueva forma de matemáticas.
Notables descubrimientos
Cálculo diferencial e integral, Análisis complejo, Geometría diferencial, Geometría simpléctica, Paquetes de vectores, Álgebra lineal, Teoría espectral de operadores, Análisis funcional, Teoría de grupos, Teoría de probabilidad, Topología, Teoría de la representación, Álgebra de operadores, Ruta integral
Electrodinámica clásica
Este campo es el más ampliamente aplicado de todas las ramas. La electrodinámica clásica se basa en las leyes de electromagnetismo de Maxwell, que describen todo tipo de fenómenos electromagnéticos, desde la escala atómica hasta la global. Proporciona la base teórica para la óptica, las telecomunicaciones y muchos otros subcampos. Su dominio se extiende sobre toda la naturaleza, ya que la fuerza electromagnética está impregnada. Desde el diseño de antenas de comunicación hasta la fabricación de circuitos eléctricos, el campo tiene una aplicabilidad verdaderamente amplia.
Notables descubrimientos
Las ecuaciones de Electromagnetismo de Maxwell (proporcionan una descripción del comportamiento de un campo electromagnético y su conexión con las cargas), Fuerza de Lorentz (Describe la fuerza experimentada por una carga, que se mueve bajo la influencia de campos eléctricos y magnéticos), las ecuaciones de Jefimenko, Liénard-Wiechert Potenciales, ley de Faraday, ley de Lenz.
Mecánica cuántica
Esta rama describe un nuevo tipo de mecánica, que puede explicar los fenómenos en el nivel subatómico, donde falla la mecánica clásica. Desde la descripción precisa de los espectros de Hidrógeno, la predicción del efecto fotoeléctrico, la explicación de la radiación del cuerpo negro, hasta la descripción de la estructura de las moléculas, esta ciencia, basada en el cálculo de las funciones de onda que proporcionan las probabilidades de partículas, es una de las más enigmáticas. Teorías físicas. Se basa en el principio de incertidumbre (que establece que el impulso y la posición de cualquier partícula no se pueden conocer simultáneamente, con una precisión arbitraria) y crea una imagen del mundo donde todo se comporta como ondas y partículas. Las ondas electromagnéticas muestran las propiedades de las partículas, actuando como cuantos de energía, conocidas como fotones, mientras que ahora se sabe que los electrones se comportan como ondas. En el mundo cuántico, las partículas atraviesan un túnel a través de las paredes, tienen la probabilidad de existir en múltiples ubicaciones al mismo tiempo, y se pueden vincular con otras partículas físicamente desconectadas a través de una propiedad misteriosa llamada entrelazamiento cuántico. Desde la construcción de semiconductores eficientes, láseres, computadoras cuánticas, hasta el estudio de las propiedades de los materiales, la mecánica cuántica es realmente vasta en su gama de aplicaciones.
Notables descubrimientos
Ecuación de Schrodinger (a través de la solución, proporciona la función de onda que describe el movimiento de una partícula), Principio de incertidumbre, Solución del átomo de hidrógeno, Efecto fotoeléctrico, Efecto Hall cuántico, Efecto Compton
Termodinámica y mecánica estadística.
La termodinámica y la física estadística son ramas centrales, que proporcionan un mecanismo teórico para describir el movimiento de los fenómenos en sistemas de múltiples partículas. Aunque el movimiento de una sola partícula se puede analizar mediante la mecánica cuántica, no puede describir analíticamente sistemas de múltiples partículas, ya que las variables de cálculo son demasiadas. Por lo tanto, se necesita un enfoque estadístico que describa el movimiento de la materia en masa. La termodinámica es un antecesor de la mecánica estadística. Describe las propiedades macroscópicas de las partículas a granel. Los principios de esta ciencia estadística encuentran aplicación en finanzas y economía. La teoría básica encuentra aplicaciones en casi cualquier situación en la que esté pensando en agregados de partículas.
Física de la Materia Condensada
La Física de la Materia Condensada es una sub-rama de la física cuántica y la mecánica estadística, que describe todos los fenómenos que ocurren en la materia, que existen en forma condensada, que incluye metales, semiconductores y todo tipo de materiales que existen como congregaciones de la materia. Esto incluye todo, desde líquidos, sólidos, hasta gases. La física de los dispositivos semiconductores que impulsan la tecnología de la información es el resultado de los desarrollos de investigación en física de la materia condensada. Describe todos los fenómenos en materia masiva como ferromagnetismo, superfluidez y superconductividad.
Notables descubrimientos
Teoría funcional de la densidad, Teoría de superconductividad BCS, Efecto Kondo (dispersión de electrones inducida por impurezas magnéticas en metales), Teoría electrónica de sólidos, Modelo de Hubbard, Condensado de Bose-Einstein, Superfluidez
Física nuclear
La física nuclear describe todos los fenómenos que ocurren a nivel del núcleo atómico. Trata y explica fenómenos como la radiactividad, la fisión nuclear y la fusión. Los desarrollos en la física nuclear llevaron a la producción de armas nucleares como la bomba atómica, la bomba de hidrógeno, y pusieron la fuente de energía nuclear a disposición de la humanidad. La investigación sobre la construcción, el mantenimiento y el despliegue de reactores nucleares constituye una parte importante de la investigación, además del desarrollo de reactores de fusión nuclear, que pueden proporcionar energía completamente limpia a un costo muy bajo.
Notables descubrimientos e invenciones
Decaimiento radioactivo (Alpha, Beta, Gamma), fisión nuclear, relación de equivalencia de la energía de la masa, reacciones de fusión termonuclear (se descubrió que estaban activando estrellas como nuestro Sol), reactores de fusión nuclear controlados, fusión de confinamiento inercial, bomba nuclear, transmutación artificial de elementos
La mecánica cuántica relativista y la teoría del campo cuántico
Esta es la física que describe las partículas subatómicas, que son muy pequeñas y muy rápidas. También se le conoce como física de partículas. El campo se basa en los tres fundamentos teóricos de la mecánica cuántica, la teoría especial de la relatividad y el concepto de campos. Surgió de la unificación de estas tres ideas básicas y describe la física de las partículas fundamentales de la materia. Describe todas las interacciones fundamentales de la naturaleza (fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, fuerza electromagnética), excepto la gravedad, a través de lo que se conoce como el Modelo Estándar.
Notables descubrimientos
Ecuación de Dirac, Cromodinámica cuántica (describe las interacciones de los quarks y la fuerza fuerte, que está mediada por los bosones llamados gluones), Electrodinámica cuántica (Describe la interacción electromagnética como una fuerza mediada por fotones entre partículas cargadas), Flavordynamics cuántica (Describe el débil interacción nuclear como una fuerza mediada a través de los bosones W y Z), teoría de Electroweak (teoría que unifica la interacción electromagnética con la fuerza nuclear débil), descubrimiento del bosón de Higgs en LHC, la confirmación experimental de la existencia de quarks y gluones, renormalización ( Una técnica que elimina los infinitos que surgen en los cálculos de la teoría de campo, la formulación Integral Path de la teoría de campo cuántica, los diagramas de Feynman.
Astronomía y Astrofísica
La astronomía es el estudio observacional del universo en todas sus manifestaciones y la astrofísica (una confluencia de todas las demás ramas), es la base teórica, que puede explicar todos esos fenómenos. Es la más completa de todas las ramas de la física, que tiene el objetivo singular de explicar todos los fenómenos que ocurren en el universo. Desde la explicación de los poderes de las estrellas, la catalogación de galaxias en todo el universo utilizando telescopios terrestres y espaciales, hasta la búsqueda de planetas extraterrestres, el campo abarca una amplia gama de temas interesantes.
Notables descubrimientos
Reacciones de fusión nuclear en estrellas, observación de púlsares, supernovas y quásares, teoría de la evolución estelar (explica el nacimiento y la muerte de las estrellas), teoría de la formación del sistema solar, cuásares (objetos cuasi estelares), descubrimiento de neutrones estrellas y agujeros negros
Mecánica relativista, teoría general de la relatividad y cosmología
La teoría general de la relatividad describe la gravitación en todas las escalas. Interpreta la gravedad, no como una fuerza, sino como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. El espacio alrededor de los objetos masivos en realidad se deforma y se dobla. La gravedad es el resultado de esta deformación del espacio-tiempo. La relatividad especial unifica el espacio y el tiempo en «Spacetime» y la relatividad general hace que interactúe con la materia. La cantidad de deformaciones del espacio depende del contenido de materia y energía que contiene. En palabras simples, la relatividad general se describe en «La materia le dice al espacio cómo doblarse, el espacio le dice a la materia cómo moverse».
El poder del principio de la relatividad general es tal, que dio origen a la nueva ciencia de la cosmología, que proporciona el marco, que puede describir la evolución del Universo en su totalidad.
Notables descubrimientos
Big Bang Theory (describe cómo el universo emergió de una singularidad), Black Holes, Wormholes (túneles teóricos a través del espacio-tiempo, que se conectan a puntos lejanos en el universo), Large Scale Structure Formation (la teoría que describe la evolución de estructuras masivas como la nuestra). Galaxia de la Vía Láctea), Energía Oscura (una fuerza aún misteriosa que causa la expansión del universo), Radiación de Fondo de Microondas Cósmica (El resplandor del Big Bang)
