¿Qué es la física?
La física es una ciencia fundamental que se centra en la naturaleza de la materia y la energía. La física nos ayuda a comprender cómo funciona TODO, desde las partículas subatómicas más pequeñas hasta las galaxias más grandes de nuestro universo, ¡pero eso no es todo! Más allá de simplemente explicar cómo funciona el mundo natural, la física ayuda a desarrollar nuevas tecnologías que pueden cambiar la forma en que vivimos y abordar algunos de los problemas sociales más urgentes del mundo.
En este momento, dos problemas mundiales importantes son cómo proporcionar energía limpia y barata y la gestión adecuada de los recursos hídricos para que todas las personas puedan acceder al agua limpia. Estos dos problemas sociales, y de hecho muchos otros, afectan a todos los que viven en la Tierra hoy en día, ¡y la física está ayudando a resolver ambos! Este campo se conoce como física aplicada y representa todos los esfuerzos que ayudan al ser humano a resolver sus problemas.
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Producción de energía y física
Imagina por un momento que naciste hace 300 años. No habría luces eléctricas, ni coches, ni grandes fábricas ni ordenadores. Durante la revolución industrial, cuando los físicos e ingenieros desarrollaron una nueva tecnología que utilizaba la quema de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo para generar energía, el mundo cambió drásticamente en muy poco tiempo. Ahora, la sociedad depende totalmente de un suministro constante de energía barata.
Los problemas centenarios están resueltos, pero ahora la sociedad se enfrenta a otro problema energético. La mayor parte de nuestra energía proviene de combustibles fósiles, pero la demanda de energía está superando rápidamente la oferta. En otras palabras, nos estamos quedando sin. Además de eso, quemar estos combustibles libera sustancias químicas que son perjudiciales para el medio ambiente, el clima y la salud mundial. Los científicos pueden ayudar a resolver el problema de la energía utilizando su experiencia para desarrollar nuevas tecnologías que produzcan energía limpia y utilicen recursos renovables. En lugar de combustibles fósiles, estas tecnologías utilizan núcleos atómicos, el calor de la tierra, el viento, el agua, el sol y la biomasa para producir energía. ¡Miremos más detenidamente una de esas tecnologías!
La energía nuclear se almacena dentro del núcleo de los átomos. Los físicos descubrieron primero cómo se almacenaba esta energía y luego desarrollaron una forma de liberarla dividiendo los núcleos atómicos, un proceso llamado fisión nuclear. Incluso una cantidad muy pequeña de materia radiactiva puede liberar una gran cantidad de energía. Las plantas de energía nuclear no emiten dióxido de carbono ni humos tóxicos, por lo que, en comparación con las plantas de energía que queman combustibles fósiles, contaminan mucho menos y producen más energía. Las plantas de energía nuclear se construyeron por primera vez en la década de 1950 y actualmente suministran alrededor del 10% de la energía actual.
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Sin embargo, la fisión nuclear también produce desechos radiactivos, por lo que las centrales nucleares no son una fuente de energía totalmente limpia. Para mejorar la producción de energía nuclear, los físicos ahora están trabajando en métodos de producción para fusionar los núcleos de dos átomos, llamados fusión nuclear. Así es como la energía es producida por el sol, ¡y quizás algún día podamos hacerlo aquí en la Tierra también!
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Además de la energía nuclear, los científicos están utilizando la física para extraer energía del sol, la tierra, el viento y el agua. Estas tecnologías mejoran día a día. ¡Quizás algún día podamos producir suficiente energía para todo el mundo sin tener que quemar combustibles fósiles y generar más contaminación!
Física y recursos hídricos
Otro problema mundial importante es la creciente escasez de agua potable. En el mundo en desarrollo, alrededor del 80% de todas las enfermedades son causadas por beber agua sucia, y las personas a menudo tienen que caminar muchas millas cargando jarras pesadas solo para obtener agua potable. Según la Organización Mundial de la Salud, alrededor de 8000 personas en todo el mundo mueren todos los días debido a enfermedades transmitidas por el agua. Se trata de una tragedia que la física puede ayudar a superar.
Para enfrentar el desafío de proporcionar agua limpia y segura para todas las personas, los científicos e ingenieros están trabajando arduamente para desarrollar nuevas tecnologías, como un dispositivo ampliamente utilizado llamado LifeStraw. Es un filtro de agua personal portátil que elimina más del 99,99% de las bacterias y otros microorganismos que causan enfermedades. Tampoco utiliza productos químicos peligrosos. El agua simplemente pasa a través de una serie de agujeros muy pequeños que atrapan cualquier microorganismo que pueda estar presente.
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La física también está ayudando a desarrollar nuevos métodos de purificación de agua a gran escala, incluida la creación de agua potable limpia a partir del agua de mar a través de un proceso llamado desalinización. La desalinización ya proporciona alrededor del 1% del agua potable del mundo, y se espera que sea una fuente importante de agua limpia en el futuro en áreas como Australia y el suroeste de Estados Unidos que tienen un clima seco y acceso a agua salada. La sal se puede eliminar del agua mediante un proceso llamado destilación al vacío en el que se hierve el agua para crear vapor de agua puro. Cuando hierve, el vapor se puede recolectar mientras la sal permanece. ¡Esto deja agua limpia para beber!
La física también ayuda a que este proceso sea más eficiente. A baja presión, las moléculas en el agua estarán más separadas unas de otras, lo que significa que el agua hervirá a una temperatura más baja de lo normal. Esto significa que la destilación al vacío se puede realizar a temperaturas relativamente bajas utilizando el calor residual generado por las centrales eléctricas u otras plantas industriales, lo que abarata el proceso. Aún mejor, más personas pueden tener acceso a agua limpia y desalinizada. La gestión del agua es uno de los mayores desafíos que enfrenta la sociedad hoy en día, y la física es una herramienta importante para ayudarnos a enfrentar este desafío.
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Resumen de la lección
La física es la ciencia que busca comprender la naturaleza fundamental de la materia y la energía. Los científicos e ingenieros utilizan el conocimiento obtenido de la física para crear nuevas tecnologías para abordar importantes problemas sociales en un campo llamado física aplicada. Actualmente, la generación de energía y la gestión del agua son dos problemas sociales críticos que la física nos está ayudando a abordar. Se están investigando nuevas formas de producir energía, incluida la fusión nuclear, y se están desarrollando sistemas de purificación y almacenamiento de agua para asegurar que todas las personas tengan acceso a agua potable limpia.
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