¿Qué es la Mecánica en la Física?
La mecánica es una parte tan esencial de la física que a menudo forma parte de los nombres de los cursos de física, como Física E & M, donde E & M significa electromagnetismo y mecánica. Para aquellos que se preguntan, «¿Qué es la mecánica?» la definición de mecánica en física es el estudio del movimiento causado por fuerzas. La mecánica se ocupa principalmente de los efectos de las fuerzas en el movimiento de los cuerpos (cosas que tienen masa), incluidos los cuerpos en movimiento y los cuerpos en reposo. Es vital porque campos como la ingeniería, la ciencia espacial, la tecnología satelital, la ortopedia y el diseño automotriz dependen de él.
Los temas comunes de física mecánica de la escuela secundaria y el primer año de la universidad incluyen:
- Cinemática (movimiento en términos de posición, velocidad y aceleración), como el movimiento en una dimensión y el movimiento de un proyectil, el movimiento de un objeto que está sujeto solo a la gravedad después de haber sido lanzado.
- Dinámica o cinética (causas del movimiento), como las leyes de movimiento de Newton, impulso, torsión, equilibrio dinámico y conservación de la energía.
- Estática (objetos en reposo), como el equilibrio estático.
Origen de la Mecánica
La mecánica aristotélica, que era el estudio del movimiento, es la primera forma de mecánica ampliamente aceptada. Muchos científicos y matemáticos modificaron posteriormente las teorías de Aristóteles. Los desarrollos significativos en la mecánica incluyen lo siguiente:
- John Philoponus desarrolló la teoría del ímpetu en el siglo VI EC para describir el movimiento de un proyectil. A diferencia de Aristóteles, Philoponus se centró en la tendencia de un cuerpo a resistir los cambios en su movimiento. Siglos más tarde, su trabajo condujo a los conceptos modernos de inercia, velocidad y aceleración.
- Abu’l-Barakāt Hibat Allah ibn Malkā al-Baghdādī postuló en el siglo XII EC que una fuerza constante provoca una aceleración constante. Esta noción fue la base del trabajo del siglo XIV de las calculadoras de Oxford sobre el movimiento uniformemente acelerado.
- Las dos nuevas ciencias de Galileo se centraron en la fuerza y el movimiento de los materiales. Además, Galileo es una figura crucial en el desarrollo de la física por sus aportes a la astronomía y al método científico.
- La teoría de la relatividad de Einstein (tanto la relatividad especial, que requiere un marco de referencia inercial, como la relatividad general, que no lo requiere para tener en cuenta los efectos de la gravedad) explica factores que se vuelven significativos solo cuando los cuerpos se acercan a la velocidad de la luz. La mecánica relativista de Einstein del siglo XX EC corrige así modelos anteriores que no incorporaban esos factores.
Tipos de Mecánica en Física
Los dos tipos principales de mecánica son la mecánica clásica y la mecánica cuántica. La mecánica clásica es esencialmente la mecánica desarrollada por, y antes, Isaac Newton, mientras que la mecánica cuántica se atribuye a Bohr, Planck y Einstein.
Mecanica clasica
La mecánica clásica es el estudio del movimiento de los cuerpos sobre los que actúan una o más fuerzas. El movimiento en la mecánica clásica generalmente ocurre en una escala macroscópica, como el lanzamiento de un cohete o una polea que levanta una carga pesada.
La mecánica clásica es importante porque describe y predice el movimiento de los objetos, lo que permite a los científicos e ingenieros diseñar máquinas seguras y eficaces. También permite a los fisioterapeutas y cirujanos ortopédicos comprender cómo funcionan las articulaciones de sus pacientes.
Tal como se conoce hoy en día, la mecánica clásica se remonta a los Principia Mathematica de Isaac Newton . Principia adopta un enfoque matemático de la mecánica mediante el uso del cálculo para describir el movimiento y las fuerzas que actúan sobre los cuerpos. Newton cambió tanto la forma en que los físicos abordan la mecánica que la mecánica clásica a menudo se llama mecánica newtoniana.
Mecánica cuántica
La mecánica cuántica es el estudio del comportamiento de la luz y la materia en escalas atómicas y subatómicas. Este tipo de mecánica se desarrolló en el siglo XX EC. Expandió el dominio de la mecánica más allá de los cuerpos y se centró en escalas mucho más pequeñas que las ramas anteriores de la física examinadas.
La mecánica cuántica modela las propiedades y el comportamiento de la luz, las moléculas, los átomos y sus componentes. El término » cuántico » se refiere al hecho de que gran parte del comportamiento subatómico de la materia y la luz ocurre de acuerdo con subunidades indivisibles en lugar de un continuo.
La mecánica cuántica es importante porque la mecánica clásica no logra modelar el comportamiento subatómico y el comportamiento de la luz. Además, la mecánica cuántica es necesaria para la computación cuántica, las tostadoras, las luces de neón y los relojes atómicos.
Cuerpos mecánicos
Al igual que el término «cuerpos», los cuerpos mecánicos se refieren a cosas con masa. Por lo tanto, uno puede conceptualizar los cuerpos mecánicos como piezas de materia. Esta categoría es bastante amplia y, por lo tanto, incluye la mayoría de las cosas, además de las ondas como el sonido y la luz, estudiadas en física. Los tipos comunes de cuerpos mecánicos en física incluyen:
- Partículas, como átomos y moléculas.
- Proyectiles, como pelotas de tenis y dardos.
- Cajas y cubos.
- Personas y animales.
- Coches y camiones.
- Satélites y cohetes.
- Estrellas y planetas.
- Componentes de la máquina.
- Fluidos (mientras que el término «fluidos» significa líquidos en la vida cotidiana, incluye tanto gases como líquidos en física).
Ejemplos de Mecánica en Física
El movimiento de proyectiles es un ejemplo típico de mecánica clásica en física. Por ejemplo, las ecuaciones cinemáticas se pueden usar para modelar el movimiento horizontal de un proyectil (que no se ve afectado por la gravedad) y su movimiento vertical (que se ve afectado por la gravedad) para responder preguntas como dónde caerá el objeto, cuál será su altura máxima , y qué tan rápido viajará cuando toque el suelo.
El efecto fotoeléctrico es un ejemplo de mecánica cuántica en física. Si un átomo absorbe suficiente energía de una onda de luz, expulsará uno o más electrones. Si la energía de la onda de luz está por debajo del umbral de eyección, entonces los electrones en el átomo pueden excitarse (es decir, saltar a niveles de energía más altos en el átomo), pero no abandonarán el átomo.
Resumen de la lección
La mecánica es el estudio del movimiento como resultado de fuerzas. La mecánica se destaca en gran medida en la ingeniería, la ciencia espacial, la tecnología satelital, la ortopedia y el diseño automotriz. Los cuerpos mecánicos , o simplemente cuerpos , son cosas que tienen masa, como automóviles, personas, cajas y átomos.
La mecánica clásica estudia el movimiento de los cuerpos sobre los que actúan fuerzas. La mecánica clásica incluye cinemática (movimiento en términos de posición, velocidad y aceleración), dinámica o cinética (causas del movimiento) y estática (objetos en reposo). En contraste, la mecánica cuántica también se aplica a otras cosas además de los cuerpos, como la luz, ya que la mecánica cuántica estudia la luz y la materia en escalas atómicas y subatómicas. La palabra » cuántico » se refiere al comportamiento subatómico que ocurre en subunidades indivisibles.
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