Física para novatos*

Física para novatos


Tomo I: Mecánica clásica

Introducción

La mecánica clásica, en resumen, es el estudio del comportamiento de cuerpos físicos en el macromundo, en reposo y a velocidades reducidas en el gran margen de las cosas. Objetos comunes que puedes ver y tocar, y velocidades como a las que caminas. Por ahora, todo lo que importa es que se trata de física con la que puedes experimentar en tu entorno. Normalmente, la mecánica se ejemplifica con partículas, elementos hipotéticos que representan un punto en el espacio, pero también para cuerpos, a los que afectan otras propiedades.

La mecánica clásica se basa en tres principios, denominados principios básicos e invariantes, los cuales son:

Principio de mínima acción

También llamado principio de acción estacionaria, indica que la "acción" que emprende un sistema mecánico puede ser usado para 'predecir'1 dicho sistema. Para que puedas imaginarlo mejor, es el principio que te dice que si pones en movimiento un objeto en línea recta, se quedará en línea recta si no es perturbado por otra fuerza.

Principio de tiempo absoluto

Este principio dictamina que el tiempo pasa igual para cualquier observador de un fenómeno físico. Así como si ves alguien lanzar una pelota estando tú quieto, o moviéndote a varios kilómetros por hora, las observaciones no variarán.

Principio de causalidad

De un modo sencillo, significa que si conoces la velocidad y la posición de una partícula, sabrás exactamente a dónde va. Si has jugado algún deporte que implique el uso de una pelota (desde fútbol, pasando por golf o incluso billar), eso significa que puedes ajustar la dirección y la fuerza con la que golpeas la pelota para que vaya allá donde quieres.

Más adelante verás que estos principios no siempre se respetan, como en la mecánica relativista, o en la mecánica cuántica. Pero por ahora, estarás bien con ellos.

Por último, veamos algunos conceptos que serán usados ad nauseam en estos ensayos:

Magnitud escalar

Es cualquier cantidad que es únicamente numérica. El peso, el tamaño, o el tiempo que ha pasado desde que abriste este documento son magnitudes escalares. Las operaciones aritméticas lineales (suma, multiplicación) funcionan igual que siempre. La multiplicación de escalares da como resultado otro escalar. Como ejemplo, la longitud es escalar, y si multiplicas una longitud por otra, obtendrás el área, que también es escalar. Se representan únicamente con números (o un símbolo) y una unidad. Ejemplo: el tiempo se representa por $t$ y puede medirse en segundos, horas, días, etc.

Magnitud vectorial

Hay otras magnitudes que tienen asociada una dirección. Si mides, por ejemplo, el alto de tu pantalla, no importará si mides de arriba a abajo o al revés. Pero si mides la velocidad del viento, no solo tendrás un número, sino también una dirección (e. g., hacia el suroeste). Los vectores se representan con flechas, y contienen una magnitud, el largo de la flecha, una dirección que es la línea de la flecha, y un sentido, que es la punta de la flecha. Un vector a sería representado como $\vec{a}$.

La suma de vectores es completamente diferente a la suma escalar. Es decir, en vectores, 2 + 2 no necesariamente son 4. Para sumar vectores, necesitas considerar sus direcciones. Imagina que lanzas una pelota hacia el frente, pero el viento sopla hacia la derecha. Verás que la pelota sigue una trayectoria ligeramente diagonal. Esos son los vectores de tu lanzamiento más el vector del viento, que alteran el movimiento en la pelota.

Unidad de medida

Tanto magnitudes escalares como vectoriales tienen sus propias unidades de medida. Esto es muy importante. En las reglas de escritura de la Fundación, se ha establecido que no se pueden usar unidades imperiales, debido a que son documentos que se leen desde todas partes del mundo. Afortunadamente, la historia ya unificó las unidades para su uso global, creándose así el Sistema Internacional de Unidades (o SI) con el cual todo mundo puede hacerse una idea de las magnitudes al leerlas. En Estados Unidos gustan de medir cosas en pies y pulgadas, en libras, galones, onzas, psi, Fahrenheit, etc., mientras que en el resto del mundo usamos metros, kilos, litros, pascales y Celsius.

Las 7 magnitudes básicas son longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de masa, e intensidad luminosa; sus unidades básicas asociadas son metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol y candela. Ahondaremos más en cada una según sea necesario.

La velocidad es un ejemplo de magnitud derivada, pues corresponde a una longitud recorrida en un tiempo determinado. Su unidad derivada será entonces una combinación de unidades básicas, en este caso, metros/segundo o m/s, para abreviar.

En consecuencia, siempre usa unidades del SI para expresar cantidades físicas en tus SCPs a menos que sea estrictamente necesario para su contención el usar otro tipo de unidades, y aún así, pon su correspondiente SI entre paréntesis, si se da el caso. Necesitas medir cada cosa necesaria en tu anomalía con las unidades que correspondan, puesto que usar las unidades incorrectas hará ver a tu artículo como poco profesional.

Ahora dejémonos de presentaciones y vayamos metiendo mano a cosas más interesantes.

Estática


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