Usuario:SAVE THE World/Mis trabajos y contribuciones principales (STW)

Sir Isaac Newton
	; Isaac Newton en 1702 por Geoffrey Kneller
Información personal
Residencia	Inglaterra
Educación
Educado en	Universidad de Cambridge
Información profesional
Área	Astronomía, Física, Teología, Alquimia y Matemática
Distinciones	Nombrado caballero por la Reina Ana I (1705)
Firma
Notas
	Sostuvo conflictos con Gottfried Leibniz y con Robert Hooke por la paternidad del cálculo y de la Ley de gravitación universal, respectivamente.

F-4 Phantom II
	; F-4E Phantom II de la 81ª Escuadrón de cazas tácticos de la USAF lanzando 18 bombas Mk 82 en el Polígono de tiro de las Bardenas.
Tipo	Cazabombardero
Fabricante	McDonnell Aircraft / McDonnell Douglas
Diseñado por	David S. Lewis, Jr.
Primer vuelo	27 de mayo de 1958
Introducido	30 de diciembre de 1960
Retirado	1996 (USAF)
Estado	1.100 aviones (en 2001)
Usuario principal	Fuerza Aérea de los EE. UU.
Otros usuarios; destacados	Armada de los EE. UU.; C. de Marines de los EE. UU.; 11 países más
Producción	1958-1981
N.º construidos	5.195
Coste unitario	2,4 millones de US$ (F-4E)

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McDonnell Douglas F-4 Phantom II[editar]

El McDonnell Douglas F-4 Phantom II^[2] es un cazabombardero supersónico biplaza producido para las fuerzas armadas de los Estados Unidos por McDonnell Douglas. Entró en servicio en 1960 como el primer interceptor moderno embarcado para la Armada de los Estados Unidos. En 1963 fue adoptado por la USAF para tareas de cazabombardero. Cuando su producción terminó en 1981, se habían construido 5.195 Phantom II, siendo el avión de combate supersónico estadounidense más numeroso. Hasta la llegada del F-15 Eagle, el F-4 también mantuvo el récord a la producción de mayor duración de 24 años. Las innovaciones del F-4 incluía un radar de impulsos doppler y el uso extenso de titanio en el esqueleto de la aeronave.

A pesar de sus grandes dimensiones y un peso máximo en despegue superior a 27.000 kg, el F-4 era capaz de alcanzar una velocidad máxima de Mach 2,23 y tenía una velocidad de ascensión inicial de 210 m/s. Poco después de su introducción, el Phantom consiguió 16 marcas mundiales, incluyendo la de velocidad máxima en 2.585,086 km/h y la de altitud absoluta en 30.040 m. Aunque se realizaron entre 1959-62, cinco de las marcas de velocidad no fueron superadas hasta 1975.

El F-4 podía cargar hasta 8.480 kg en armas en nueve anclajes externos, incluyendo misiles aire-aire y aire-tierra, y bombas guiadas, no guiadas y nucleares. Sólo la variante F-4E llevaba un cañón interno, pues se esperaba que el uso de misiles eliminase la necesidad de combate directo.

Debido a su amplio servicio en el ejército estadounidense y sus aliados y a su forma característica, el F-4 es uno de los iconos más conocidos de la Guerra Fría. Sirvió en la Guerra de Vietnam y en el conflicto árabe-israelí. También ha servido como plataforma de reconocimiento táctico y Wild Weasel (eliminación de defensas aéreas enemigas), viendo acción en la Guerra del Golfo. El Phantom también ha sido el único avión utilizado tanto por equipos de demostración de vuelo de los Thunderbirds de la USAF (F-4E) y de los Blue Angels de la Armada (F-4J).

Además de servir en todas las ramas de las fuerzas armadas estadounidenses (ya que se desarrollaron versiones para los Marines y voló con la Guardia Nacional), el Phantom ha servido a las fuerzas armadas de otras once naciones. Aunque fue retirado del servicio activo de la USAF en 1996, unos 1000 F-4 seguían en servicio en 2001.

Desarrollo[editar]

Los orígenes del F-4 de McDonnell pueden ser localizados en una petición de 1953 por la Armada para una actualización del caza embarcado McDonnell F3H Demon. Aunque el Vought F-8 Crusader ganó el contrato, el Super Demon (nombre que recibió el avión participante de McDonnell) fue desarrollado como cazabombardero bajo la designación AH, que en 1955 evolucionó a un caza polivalente todo tiempo designado F4H. El primer vuelo del F4H se realizó en 1958 y se mantuvo en producción desde 1959 hasta 1981. David Lewis fue el jefe del diseño preliminar, y finalmente, el director del programa para el desarrollo y ventas.^[3]

Super Demon[editar]

En 1953, McDonnell Aircraft comenzó el trabajo de modernizar su caza naval F3H Demon. Buscando expandir sus capacidades y mejorar su rendimiento, la compañía desarrolló varios proyectos incluyendo el F3H-E con un motor Wright J67, el F3H-G con dos motores Wright J65 y el F3H-H con dos motores General Electric J79. La última versión equipada con el J79 podía proporcionar una velocidad de Mach 1,97.

El 19 de septiembre de 1953, McDonnell se dirigió a la Armada de los Estados Unidos con una propuesta para el"Super Demon". De manera única, el avión sería modular: se podría colocar uno o dos asientos para diferentes misiones, el morro podría llevar radar, cámaras, cañones o cohetes además de los nueves puntos de sujeción bajo las alas y el fuselaje. La Armada estaba lo suficientemente interesada para pedir una maqueta a tamaño real del F3H-G/H pero sentía que la llegada inminente del Grumman XF9F-9 y el Vought XF8U-1 sería suficiente para satisfacer la necesidad de una caza supersónico.^[3]

Por tanto, el diseño de McDonnell fue rehecho para crear un cazabombardero todo tiempo con once anclajes externos y el 18 de octubre de 1954 la compañía recibió una carta de intención para dos prototipos YAH-1. El 26 de mayo de 1955, cuatro oficiales de la Armada llegaron a las oficinas de McDonell y en una hora presentaron a la compañía una nueva lista de requisitos. Como la Armada ya había escogido al A-4 Skyhawk para ataques terrestres y al F-8 Crusader como caza, el proyecto tendría que llenar la necesidad de un interceptador todo tiempo embarcado. La adición de capacidades de radar necesitaba un segundo tripulante, y se decidió que sólo estaría armado con misiles.

Orígenes del Phantom[editar]

En 1952, el jefe de aerodinámica de McDonnell, Dave Lewis, fue nombrado por el CEO de la compañía James Smith McDonnell como jefe del diseño preliminar. El grupo no tenía un objetivo específico más que aprender y entender todos los avances técnicos en aeronáutica, estructuras y motores.

Los estudios internos concluyeron que la Armada tenía la necesidad de un nuevo y diferente tipo de avión, un caza de ataque. En ese momento, la Armada tenía separada las ramas de caza y ataque, con sistemas y requisitos operacionales separados. El diseño tenía dos motores, y su armamento principal eran los nuevos misiles aire-aire Sparrow sin ofrecer ningún tipo de cañón.

Se tardó dos años de trabajo con la Oficina de Aeronáutica y la División Naval de Guerra Aérea de el Pentágono, aunque el F-4 se vendió con una configuración muy parecida como la propuesta originalmente.^[4]

El prototipo XF4H-1[editar]

EL XF4H-1 fue diseñado para llevar cuatro misiles Sparrow bajo el fuselaje y estaba impulsado por dos motores J79-GE-8. Como en el F-101 Voodoo, los motores se colocaron bajo en el fuselaje para maximizar la capacidad interna de combustible y la absorción de aire a través de entradas de geometría fija. La parte frontal de las alas tenían un ángulo de 45º. Las pruebas en el túnel de viento mostraron que tenía cierta inestabilidad lateral lo que requirió poner las alas en un ángulo de 5 grados en diedro respecto la horizontal.

Las alas también tenían el característico diente de sierra para mejorar el control con el elevado ángulo de ataque. Los estabilizadores de cola estaban colocados en 23º en diedro invertido para mejorar el control en ángulos de ataque elevados y dejar limpia la salida de los motores.

Las capacidades como interceptor fueron conseguidas con un radar AN/APQ-50. Para poder realizar operaciones en portaaviones, se diseñó el tren de aterrizaje para poder aterrizar con una capacidad de flotación de 7 m/s. La pata del tren de aterrizaje del morro podía extenderse unos 50 cm para aumentar el ángulo de ataque en el despegue.^[5]

El nombre del avión[editar]

El F4H iba a ser nombrado inicialmente como Satán o Mitras. Bajo presión del gobierno, el avión recibió un nombre menos controvertido: Phantom II. El primer Phantom era también un avión de McDonell, el FH-1. Como el FH-1 llevaba mucho tiempo fuera de servicio, se solía llamar al nuevo avión también como Phantom.

Spook[editar]

El emblema del avión, creado por el artista de McDonnell, Anthony Wong. Es un dibujo de un fantasma llamado The Spook (El espectro). El nombre fue acuñado bien por la tripulación de la 12ª Ala Táctica de Cazas o la 4453ª Ala de Entrenamiento de Combate de la Base de la Fuerza Aérea de MacDill. La figura está presente en todas partes, apareciendo en cada objeto relacionado con el F-4, además de ser adaptada a las modas locales, como el Spook británico que lleva a veces un bombín y fuma en pipa.^[6]

Pruebas de vuelo[editar]

El 25 de julio de 1955, la Armada solicitó dos aviones de prueba XF4H-1 y cinco aviones de preproducción YF4H-1. El Phantom realizó su primer vuelo el 27 de mayo de 1958 con Robert C. Little como piloto. Un problema hidráulico impidió la recogida del tren de aterrizaje pero los siguientes vuelos fueron más tranquilos. Los resultados de las primeras pruebas condujo al rediseño de las entradas de aire, incluyendo los 12.500 pequeños agujeros en el plato interno.

La Armada quería un avión biplaza y el 17 de diciembre eligió al F4H frente al Vought XF8U-3 Crusader III. Debido a los retrasos con los motores J79-GE-8, los primeros aviones llevaban motores J79-GE-2 y J79-GE-2A de 71.8 kN de empuje en postcombustión. En 1959, el Phantom comenzó sus pruebas en portaaviones completando su primer ciclo de lanzamiento y recuperación el 15 de febrero de 1960 en el USS Independence (CV-62).

En producción[editar]

En los comienzos de la producción, el radar fue actualizado a un mayor AN/APQ-72, lo que necesitaba un morro bulboso, y la carlinga fue rehecha para que la cabina trasera fuese menos claustrofóbica. Durante su producción, el F-4 recibió múltiples cambios, generando una cantidad importante de variantes.

La Fuerza Aérea recibió los F-4 como resultado de la presión de Robert McNamara para crear un avión de combate unificado para todas las ramas del ejército, y asi poder equipar más unidades con el avión. Después de que un F-4B ganase la Operación Highspeed contra el F-106 Delta Dart, la USAF tomó prestado dos F-4B navales, temporalmente designados como F-110A Spectre, y desarrolló los requisitos para su propia versión. A diferencia del enfoque de la Armada en la superioridad aérea, la USAF enfatizó el papel de cazabombardero. Con la unión de las designaciones en 1962, el Phantom se convirtió en el F-4 con la versión naval designada F-4B y la de USAF como F-4C. El primer Phantom de la Fuerza Aérea voló el 27 de mayo de 1963, superando Mach 2 en su vuelo de inauguración.

La producción del Phantom II terminó en Estados Unidos en 1979 después de fabricar 5.195 unidades (5.057 por McDonell Douglas y 138 por Mitsubishi en Japón), convirtiéndose en el segundo avión de reacción estadounidense más numeroso tras el F-86 Sabre. De esos, 2.874 unidades fueron a la USAF, 1.264 a la Armada y el Cuerpo de Marines, y el resto a clientes extranjeros.^[6] El último F-4 construido en Estados Unidos fue a Turquía, mientras que el último F-4 fue completado en 1981 como un F-4Ej por Mitsubishi Heavy Industries en Japón. En 2001, unos 1.100 Phantom permanecían en servicio en el mundo, incluyendo el no tripulado QF-4 del ejército estadounidense.^[7]

Marcas mundiales[editar]

Para hacer resaltar su nuevo caza, la Armada dirigió una serie de vuelos para superar récords al comienzo del desarrollo del Phantom.^[6]

Operación Top Flight. El 6 de diciembre de 1959, el segundo XF4H-1 realizó una subida a toda velocidad hasta los 30.040 m. La anterior marca de 28.852 m fue realizada por un prototipo soviético del Sukhoi Su-9. El comandante Lawrence E. Flint Jr aceleró el avión a Mach 2,5 a 14.330 m de altura y escaló hasta 27.430 m en un ángulo de 45 grados. Luego, apagó los motores y planeó hasta el punto máximo. Cuando la aeronave cayó hasta los 21.300 m, Flint reinició los motores y continuó el vuelo normal.
El 5 de septiembre de 1960, un F4H-1 tuvo un promedio de 1.958,16 km/h en un circuito cerrado de 500 km.
El 25 de septiembre de 1960, un F4H-1 realizó un promedio de 2.237,26 km/h en un circuito cerrado de 100 km.
Operación LANA (L es el número romano para 50 y ANA significa Anniversary of Naval Aviation, Aniversario de la Aviación Naval). El 24 de mayo de 1961, los Phantoms volaron a través de Estados Unidos en menos de tres horas a pesar de los repostajes en vuelo. El avión más rápido tuvo un promedio de 1.400,28 km/h y realizó el vuelo en 2 horas y 47 minutos, por el piloto Richard Gordon y el navegador Bobbie Long que ganaron el trofeo Bendix.
Operación Sageburner. El 28 de agosto de 1961, un Phantom tuvo un promedio de 1.452,83 km/h en un circuito de 4,8 km volando por debajo de 40 m de altitud todo el tiempo.
Operación Skyburner. El 22 de diciembre de 1961, un Phantom modificado con un inyector de agua-metanol alcanzó la velocidad máxima de 2.585,08 km/h.
El 5 de diciembre de 1961, otro Phantom alcanzó la marca de altitud sostenida en 20.252,1 m.
Operación High Jump. Una serie de marcas de tiempo en subidas a principios de 1962. 34,523 s a 3.000 m; 48,787 s a 6.000 m; 61,629 s a 9.000 m; 77,156 s a 12.000 m; 114,548 s a 15.000 m; 178,5 s a 20.000 m; 230,44 s a 25.000 m; y 371,43 s a 30.000 m.

Al final, el Phantom consiguió 16 marcas mundiales que, con excepción de Skyburner, se realizaron con aviones de producción sin modificar. Cinco de los récords de velocidad permanecieron imbatibles hasta la llegada del F-15 Eagle en 1975.

Historia operacional[editar]

El McDonnell Douglas F-4 Phantom II operó con varios países.

Armada de los Estados Unidos[editar]

El 30 de diciembre de 1960, el escuadrón VF-121 Pacemakers se convirtió en el primer operador de Phantom con sus F4H-1F (F-4A). El VF-74 Be-Devilers de NAS Oceana fue el primer escuadrón desplegable de Phantom cuando recibió sus F4H-1 (F-4B) el 8 de julio de 1961. El escuadrón completó las calificaciones para portaaviones en octubre de 1961 y se desplegaron entre agosto de 1962 y marzo de 1963 a bordo del USS Forrestal. El segundo escuadrón desplegado en la Flota Atlántica que recibió F-4 fue el VF-102 Diamond que fueron probados sin demora en el USS Enterprise. El primer escuadrón de la Flota del Pacífico que recibió F-4B fue el VF-114 Aardvarks en septiembre de 1962 que estaba a bordo del USS Kitty Hawk.

En la época del incidente del Golfo de Tonkin, 13 de los 31 escuadrones de caza desplegados en portaaviones de la Armada estaban equipado con el Phantom. Los F-4B del USS Constellation fueron los primeros Phantom en entrar en combate en la Guerra de Vietnam el 5 de agosto de 1964, haciendo de escolta de bombarderos en la Operación Pierce Arrow. La primera victoria del Phantom en un combate aire-aire en la guerra tuvo lugar el 9 de abril de 1965 cuando un F-4B del escuadrón VF-96 Fighting Falcons, USS Midway, pilotado por Terence M. Murphy derribó un MiG-17 al sur de Hanoi. El Phantom fue derribado luego, aparentemente por un AIM-7 Sparrow de su compañero.^[5] El 17 de junio de 1965, un F-4B del escuadrón VF-21 Freelancers, pilotado por Thomas C. Page y John C. Smith, abatió el primer MiG norvietnamita de la guerra.

El 10 de mayo de 1972, Randy Cunningham y William P. Driscoll volando en un F-4J llamado Showtime 100, derribaron tres MiG convirtiéndose en los primeros ases de la guerra. Su quinta victoria se cree que fue contra el misterioso as norvietnamita Coronel Toon. En el viaje de regreso, el Phantom fue alcanzado por un misil tierra-aire enemigo. Para evitar ser capturados, Cunningham y Driscoll volaron al revés ya que el daño hacía al avión incontrolable en la postura convencional, hasta poder eyectar sobre el agua. Durante la guerra, los escuadrones de Phantom de la Armada participaron en 84 misiones de combate con modelos F-4B, F-4G y F-4J. La Armada afirmó haber conseguido 41 victorias aire-aire con la pérdida de 71 aviones por fuego enemigo (5 por aviones, 13 por misiles tierra-aire y 53 por defensas antiaéreas), además de 54 aeronaves en accidentes.

Hacia 1983, los F-4N habían sido completamente reemplazados por los F-14 Tomcat, y en 1986, los ultimos F-4S fueron sustituidos por los F/A-18 Hornet. El 25 de marzo de 1986, un F-4S del escuadrón VF-161 Chargers se convirtió en el último Phantom de la Armada en ser lanzado desde un portaaviones, el USS Midway. El 18 de octubre de ese mismo año, un F-4S del VF-202 Superheats realizó el último aterrizaje en el portaaviones USS America. En 1987, los últimos F-4S de la Reserva Naval fueron sustituidos por F-14. Los únicos F-4 que se mantienen en servicio en la Armada son los QF-4 no pilotados como blancos.^[5]

Cuerpo de Marines de los Estados Unidos[editar]

Los Marines recibieron los primeros F-4B en junio de 1962, con el VMFA-314 Black Knights convirtiéndose en el primer escuadrón operacional. Además de las variantes de combate, los Marines utilizaron también varios RF-4B de reconocimiento táctico. Los Phantoms de los Marines del escuadrón VMFA-531 Grey Ghosts llegaron a Vietnam el 10 de abril de 1965, volando en misiones de apoyo cercano aéreo desde bases terrestres y el USS America. Los Marines contaron con el derribo de 3 MiG enemigos con el coste de 75 aviones perdidos, principalmente por fuego terrestre, y 4 en accidentes.

El 18 de enero de 1992, el último Phantom de los Marines, un F-4S, fue retirado del escuadrón VMFA-112 Cowboys, y fueron reequipados con F/A-18 Hornet.

Fuerza Aérea de los Estados Unidos[editar]

Al principio reacio por adoptar un avión de la Armada, la USAF rápidamente recibió el avión adaptado a sus requesitos y se convirtió en el usuario mayor de Phantom. Los primeros Phantoms de la Fuerza Aérea en Vietnam fueron unos F-4C del 555º Escuadrón Táctico de Cazas Triple Nickel, que llegaron en diciembre de 1964. A diferencia de la Armada, la Fuerza Aérea inicialmente volaba sus Phantom con un piloto en lugar de un oficial de radar (RIO), denominado posteriormente oficial de sistemas de armas (WSO), en el asiento trasero y todos los aviones mantenían los controles de vuelo duales.

Los F-4C de la USAF consiguieron su primera victoria contra un MiG-17 vietnamita el 10 de julio de 1965 utilizando misiles Sidewinder. El 24 de julio de ese mismo año, un F-4C del 47º Escuadrón Táctico de Cazas fue el primer avión estadounidense derribado por un misil tierra-aire enemigo, y 54 F-4C se perdieron en combate en 1966. Los primeros aviones sufrían escapes de los tanques de combustible de las alas que necesitaban volver a cerrar tras cada vuelo y 85 aviones tenían grietas en las costillas y largueros de las alas.^[1] Había también problemas con los cilindros de control de los alerones, los conectores eléctricos y los compartimientos de combustión de los motores.

El RF-4C de reconocimiento hizo su debut en Vietnam el 30 de octubre de 1965, volando en misiones de reconocimiento tras ataques. Aunque el F-4C, que era esencialmente idéntico al F-4B naval, llevaba los misiles Sidewinder, el F-4D llegó inicialmente con misiles Falcon. Sin embargo, el Falcon estaba diseñado para derribar bombarderos lentos y eran ineficaces contra los cazas más ágiles, así que los F-4D volvieron a utilizar Sidewinder bajo el programa Rivet Haste. Como los otros Phantom, los F-4D fueron equipados con urgencia con una antena de radar de alerta y direccional (RHAW) para detectar los misiles SA-2 Guideline.

Desde el despliegue inicial de los F-4C en el Sudeste Asiático, los Phantom realizaron tareas de superioridad aérea y ataque a tierra, no solo apoyando a las tropas en Vietnam del Sur, sino que también realizando bombardeos en Laos y Vietnam del Norte. El desgaste de la flota de F-105 entre 1965 y 1968 hizo que el F-4 aumentase su participación como bombardero hasta que en noviembre de 1970, con la retirada de los últimos F-105D, el Phantom se convirtió en bombardero principal para la USAF. En octubre de 1972 se desplegó el primer escuadrón de EF-4C Wild Weasel en Thailandia en asignación temporal.

Entre 1965 y 1973, hubo un total de 16 escuadrones de Phantom desplegados permanentemente en la zona de Vietnam y otros 17 escuadrones de forma temporal.^[3] Se alcanzó la cifra máxima de 353 aviones con base en Thailandia en 1972.^[8] Un total de 445 cazabombarderos Phantom se perdieron, 370 de ellos en combate de los que 193 fueron sobre Vietnam del Norte (33 por aviones MiG, 20 por misiles superfice-aire y 307 por artillería antiaérea).^[3]^[8] El Phantom tenía su talón de aquiles en que no encajaba bien daños, sobre todo impactos en la cola, donde se juntaban varios componentes vitales.

El RF-4C operaba en cuatro escuadrones^[3] y se perdieron un total de 83 aviones: 72 en combate de los que 38 lo hicieron sobre Vietnam del Norte (7 por misiles superficie-aire y 65 por artillería antiaérea)^[8] Al finalizar la guerra, la Fuerza Aérea había perdido un total de 528 F-4 y RF-4C Phantom.

El 28 de agosto de 1972, Steve Ritchie se convirtió en el primer as de la USAF en la guerra. El 9 de septiembre de ese año, Charles B. DeBellevue alcanzó la mayor puntuación con seis victorias. Jeffrey Feinstein fue el último as de la guerra el 13 de octubre de 1972. Los F-4 de la USAF consiguieron un total de 107½ victorias sobre los MiG en el Sudeste Asiático (50 por misiles Sparrow, 32 por misiles Sidewinder, 5 por misiles Falcon, 15½ por cañón automático y seis por otros medios):^[8]

Avión	Armas/Tácticas	MiG-17	MiG-19	MiG-21	Total
F-4C	AIM-7 Sparrow	4	0	10	14
	AIM-9 Sidewinder	12	0	10	22
	Cañón de 20 mm	3	0	1	4
	Maniobras	2	0	0	2
F-4D	AIM-4 Falcon	4	0	1	5
	AIM-7 Sparrow	4	2	20	26
	AIM-9 Sidewinder	0	2	3	5
	Cañón de 20 mm	4½	0	2	6
	Maniobras	0	0	2	2
F-4E	AIM-7 Sparrow	0	2	8	10
	AIM-9 Sidewinder	0	0	4	4
	AIM-9 y cañón de 20 mm	0	0	1	1
	Cañón de 20 mm	0	1	4	5
	Maniobras	0	1	0	1
Total		33½	8	66	107½

El 31 de enero de 1972, el 170º Escuadrón Táctico de Cazas/183º Grupo Táctico de Cazas de la Guardia Nacional Aérea de Illinois fue la primera unidad de la Guardia Nacional Aérea (ANG) en recibir Phantom. Sirvieron en la ANG hasta el 31 de marzo de 1990, cuando fueron reemplazados por F-16 Fighting Falcon. El 15 de agosto de 1990, 24 F-4G Wild Weasel V Comadreja Salvaje) y 6 RF-4C fueron movilizados hacia Oriente Próximo en la Operación Tormenta del Desierto. La razón fue que el F-4G era el único avión de la USAF equipado para la tarea de supresión de defensas aéreas enemigas (SEAD) ya que el EF-111 Raven no disponía de la capacidad ofensiva de los misiles AGM-88 HARM. El RF-4C era el único avión equipado con la cámara de muy largo alcance KS-127 LOROP. A pesar de que las misiones de vuelo eran diurnas, sólo un RF-4C tuvó un accidente fatal antes del comienzo de las hostilidades. Un F-4G se perdió cuando el fuego enemigo dañó los tanques de combustible y el avión se quedó sin combustible cerca de un aeródromo amigo.

Los últimos Phantom de la USAF, F-4G Wild Weasel V del 561º Escuadrón de Cazas, fueron retirados el 26 de marzo de 1996. El último vuelo operacional del F-4G fue abril de 1996 por parte del 190º Escuadrón de Cazas de la Guardia Nacional Aérea de Idaho. Como en la Armada, la Fuerza Aérea continúa usando QF-4 para blancos, además de un F-4D restaurado para realizar acrobacias aéreas.^[5]

Cualidades del Phantom II[editar]

En el combate aéreo, la mayor ventaja del F-4 era su potencia que permitía a un piloto experimentado entablar y retirarse de un combate a voluntad. No es sorprendente pues, que el avión que estaba diseñado para disparar misiles guiados por radar más allá del límite visual (unas 20 millas náuticas o 37 km) careciese de la agilidad y maniobrabilidad de sus oponentes. Aunque el F-4 mostró ser algo propenso a entrar en barrena en maniobras de ataque de ángulos grandes y alta aceleración, los pilotos informaron que el avión tenía buena respuesta y era fácil de pilotar en el filo de la capacidad de sus prestaciones.

En 1972, el modelo F-4E fue mejorado con aletas en el borde de ataque de las alas, mejorando el ángulo de ataque y maniobrabilidad a expensas de la velocidad máxima.^[9] Los motores J79 generaban una cantidad importante de humo negro lo que hacía al Phantom fácil de detectar y de seguir visualmente a cierta distancia. Los pilotos solían poner en funcionamiento los posquemadores para eliminar las estelas de condensación a costa del consumo del combustible.^[10]

Sin embargo, la mayor debilidad en combate del F-4 era la falta de un cañón. La doctrina militar de aquel momento dictaba que el combate envolvente sería imposible a velocidades supersónicas por lo que no se esforzaba a enseñar a los pilotos maniobras de combate aéreo. En realidad, los enfrentamientos rápidamente bajaban a velocidad subsónica y aquellos primeros misiles eran ineficaces e imprecisos. Para agravar el problema, las reglas de enfrentamiento en Vietnam descartaba el ataque de misiles a largas distancias y muchos pilotos se encontraron en la cola de un avión enemigo pero demasiado cerca para disparar sus misiles Falcon o Sidewinder.

No pasó mucho tiempo para que los F-4C de la USAF empezasen a llevar contenedores de armas externos SUU-16 o SUU-23 que llevaban un cañón tipo Gatling M61 Vulcan de 20 mm. Las pruebas de combate demostraron que mientras que el cañón montado externamente era impreciso, el coste de la munición por cada avión enemigo destruido era una pequeña fracción del coste de los misiles. La falta del cañón fue tratada definitivamente con el F-4E.^[9]

Asimismo la comparativa con los Mig que llegaban a EE.UU. para ser estudiados llevaron a retomar el cañón, incorporándolo en el F-4E. Sin embargo el Phantom no soportaba mucho daño en combate, estimándose que las pérdidas en combate hubieran sido menores si el diseño hubiera tenido en cuenta este punto,

Costes[editar]

Los costes en dólares estadounidenses de 1965 sin ajuste de inflación.^[1]

	F-4C	RF-4C	F-4D	F-4E
Coste en I+D		61.200 en 1973		22.700 en 1973
Estructura	1.388.725	1.679.000	1.018.682	1.662.000
Motores	317.647	276.000	260.563	393.000
Electrónica	52.287	293.000	262.101	299.000
Armamento	139.706	73.000	133.430	111.000
Munición			6.817	8.000
Coste	1,9 millones	2,3 millones	1,7 millones	2,4 millones
Coste de las modificaciones	116.289 en 1973	55.217 en 1973	233.458 en 1973	7.995 en 1973
Coste por hora de vuelo	924	867	896	896
Coste del mantenimiento por hora de vuelo	545	545	545	545

Servicio del F-4 en otros países[editar]

**Phantom en servicio extranjero**.^[11]^[7]
	Recibidos	En servicio en 2001

Alemania Alemania	88 RF-4E 175 F-4F	145 F-4F (110 actualizados a KWS)
Australia	24 F-4E	Ninguno
Corea del Sur Corea del Sur	27 RF-4C 92 F-4D 103 F-4E	60 F-4D 70 F-4E 18 RF-4E
Egipto Egipto	46 F-4E	30 F-4E
España España	40 F-4C 18 RF-4C	14 RF-4C
Grecia Grecia	121 F-4E y RF-4E	62 F-4E y RF-4E (39 actualizados a Peace Icarus 2000)
Irán Irán	32 F-4D 177 F-4E 16 RF-4E	Sobre 40 F-4D and F-4E
Israel Israel	274 F-4E 12 RF-4E	40 F-4E 53 Kurnass 2000
Japón Japón	140 F-4EJ 14 RF-4EJ	109 F-4EJ
Turquía Turquía	233 F-4E y RF-4E	163 F-4E (54 actualizados a Terminator 2020) 44 RF-4E
Reino Unido Reino Unido	15 F-4J 50 F-4K 116 F-4M	Ninguno
Líbano	15 F-4J 2 F-4K 116 F-4M	Ninguno

El F-4 ha servido en las fuerzas aéreas de doce países: Alemania, Australia, Corea del Sur, Egipto, España, Grecia, Irán, Israel, Japón, Reino Unido, Turquía y Líbano.

Alemania[editar]

La Luftwaffe realizó un pedido de RF-4E de reconocimiento en 1969. Uno de esos aviones estaba equipado con ELINT y voló bajo el programa Peace Trout. En 1982, los RF-4E, que estaban originalmente desarmados, recibieron modificaciones para realizar ataques terrestres por Messerschmitt-Bölkow-Blohm. Los RF-4E fueron retirados en 1994.

Para llenar el hueco entre el F-104 Starfighter y el Panavia Tornado, en 1973 la Luftwaffe compró F-4F, más ligeros y simplificados con un radar APG-120 menos capacitado y sin posibilidad de rebastacimiento aéreo o Sparrow bajo el programa Peace Rhine. La capacidad de reabastecimiento, lanzar misiles AGM-65 Maverick y el modelo L de los AIM-9 Sidewinder, además de motores sin humo fueron añadidos posteriormente, a mediados de los años 80.

En 1983, Alemania inició el programa KWS - Kampfwertsteigerung (Eficacia Mejorada de Combate) en el que equipaba a los F-4F con el mismo radar AN/APG-65 que el F/A-18 Hornet, y le añadía la capacidad de disparar misiles AIM-120 AMRAAM y aviónica digital. Los F-4F mejorados por el programa KWS entraron en servicio en 1992,^[7] y se espera que sigan en servicio hasta el despliegue completo del Eurofighter Typhoon en 2012.

Australia[editar]

En 1963, McDonnell ofreció a la Royal Australian Air Force (RAAF) un F-4C con turborreactores SNECMA Atar 9 que utilizaba los Mirage III de la RAAF. Aunque la RAAF se decantó por los F-111C en su lugar, los retrasos de la producción forzaron el alquiler de 24 F-4E de la USAF desde 1970 a 1973 y así contó con una fuerza de ataque creíble frente a las tensiones con Indonesia.

Los Phantom tuvieron una buena acogida y la RAAF llegó a considerar la adopción del F-4E. Sin embargo, la adquisición de los Phantom exigiría la disolución de al menos un escuadrón de Mirage III para proporcionar la tripulación necesaria. Se perdió un F-4E en un accidente en Evans Head (Nueva Gales del Sur).^[3]

Corea del Sur[editar]

La Fuerza Aérea de la República de Corea compró su primer lote de antiguos F-4D de la USAF en 1968 bajo el programa Peace Spectator. Las entregas de estos F-4D continuaron hasta 1988. El programa Peace Pheasant II también proporcionó F-4E nuevos y usados por la USAF. En 1993, la Fuerza Aérea evaluó un programa de actualización para 38 F-4E pero se decidió por mejorar la vida de servicio a un coste más barato y la adición de cápsulas de blancos Pave Tack y misiles AGM-142 Have Nap.

Egipto[editar]

Aunque la Fuerza Aérea Egipcia estaba interesada en el F-5 Tiger, en 1979 compraron 35 F-4E antiguos de la USAF junto con una cantidad de misiles Sparrow, Sidewinder y Maverick por un precio de 594 millones USD como parte del programa Peace Pharaoh.

Los egipcios también utilizaban cazas MiG y hallaron a los Phantom muy complicados de mantener, con sólo nueve aviones en condiciones de vuelo durante los comienzos de los años 1980.^[3] Un programa de entrenamiento riguroso solucionó la mayor parte de los problemas en 1985. Se compró un excendente adicional de ocho aviones de la USAF en 1988 junto con tres como reemplazo para aviones accidentados.

España[editar]

La renovación en agosto de 1970 del “Convenio Relativo a la Ayuda para la Defensa Mutua entre España y los Estados Unidos” supuso la cesión al Ejército del Aire Español de treinta y seis aviones en 1971 (programa Peace Alfa) que estaban a disposición del Gobierno de los EE.UU. para su entrega a países aliados. El montante económico de la operación ascendía a 7.200.000.000 de pesetas e incluía tres cisternas KC-97L “Stratofreigther” (TK.1 para el EdA) y dos C-97 para emplearlos como fuente de repuestos. La comisión del Ejército del Aire (EdA) encargada de la selección de los aparatos, mostró su preferencia por el McDonnell Douglas F-4E pero como de costumbre las restricciones económicas obligaron a aceptar el F-4C, más antiguo y de unas más limitadas características.Los aviones elegidos habían sido construidos en 1964 para la USAF y servían en la 81st FW en Gran Bretaña. Comenzaron a llegar en febrero de 1971, y en 1972 ya se habían completado los treinta y seis aparatos. Designados como C.12, los aviones fueron retirados en 1989.

El primer accidente de F-4 fue el 26 de noviembre de 1973 el C.12-5 (121-03) cae a tierra, falleciendo dos capitanes. El 14 de febrero de 1975 se estrella el C.12-25 (121-13) y los dos capitanes que lo tripulan también resultan muertos. El siguiente accidente mortal fue el 14 de octubre de 1977 en el que murieron los dos capitanes que tripulaban el C.12-21 (121-11). Otro aparato, el C.12-01 (121-01) causo baja en julio de 1978 por un incendio.

Para paliar las perdidas de efectivos y mantener la operatividad del Ala 12 se compraron cuatro “nuevos” F-4C procedentes de la 58th FW de entrenamiento basada en EEUU. El mismo pedido incluía cuatro aparatos RF-4C, designados CR.12, de reconocimiento procedentes de la 363rd RW de Carolina del Sur.

Tras años de frenética actividad, los RF-4C y F-4C llegan a las 55.000 horas de vuelo en 36.200 salidas aproximadamente, en las que hubo que lamentar la pérdida de otros cuatro aparatos. El 7 de mayo de 1979 el C.12-13 (121-07) se estrella muriendo el capitán y el teniente que lo pilotaban. El 25 de abril de 1983 la tripulación del C.12-35 (121-18) se eyecta al perder el control y resulta ilesa. El 4 de mayo de 1984 se precipita a tierra el C.12-24 (122-12) y perecen dos capitanes a sus mandos y el 7 de febrero de 1985 la tripulación del C.12-06 (122-03) un capitán norteamericano y uno español se eyectan resultando ilesos.

En estos años ya resultaba complicado y caro mantener en vuelo un aceptable número de F-4C, debido a las averías y a la falta de repuestos.

Hacia final de 1988 se compran ocho RF-4C procedentes de la 123rd RW de la Guardia Nacional de Kenttucky que fueron recibidos rápidamente y renace el 123 Escuadrón (indicativo radio “Titan”).

En 1986 ya empezaron a llegar a Zaragoza los primeros EF-18B para formar parte de la recién creada Ala 15, lo que fue relegando a los F-4C a un papel secundario, pero no así a los RF-4C que iban a seguir desempeñando la labor de reconocimiento ya que España no contaba con ningún dispositivo eficaz de reconocimiento aéreo. Para reforzar a los RF-4C existentes se compró otro lote de seis RF-4C procedentes de la 192nd RW y se les dotó con percha de reabastecimiento en vuelo acorde con los sistemas con los que contaba el EdA (KC-10 y KC-707).

Con la llegada de los EF-18A a Torrejón, se anuncia el final del mítico Phantom. Durante 1989 se dieron de baja todos los F-4C totalizando 69.772 horas de vuelo en 18 años de servicio y con la pérdida de 7 aeronaves. A modo de anécdota cabe destacar que fue España el último país en dar de baja esta variante del Phantom.

Entre 1999 y 2001 se van dando de baja los RF-4C y en febrero de 2002 se inmovilizaron en tierra los aparatos que restaban en servicio.

Grecia[editar]

En 1971, la Fuerza Aérea Griega compró F-4E y RF-4E, que fueron complementados por Phantom excendentes de la Luftwaffe y la Guardia Nacional Aérea de Estados Unidos a comienzos de los años 1990. Varios aviones fueron modificados para el estándar de F-4G Wild Weasel V y armados con misiles AGM-88 HARM.

Tras el éxito del programa KWS alemán, el 11 de agosto de 1997, DASA de Alemania recibió el contrato de actualizar 39 aviones de manera similar en el programa Peace Icarus 2000. La actualización incluía un radar AN/APG-65GY, sistema de navegación Honeywell H-764G en combinación con un sistema de guía inercial láser (LINS), sistema de posicionamiento global (GPS) y computadora modular multitarea de Elbit Systems (MMRC), cápsula de blancos LITENING y la capacidad de lanzar misiles AIM-120 AMRAAM y AGM-130.^[5]

Irán[editar]

En los años 1960 y años 1970, EE.UU. ofreció a Irán, la venta de varios aviones caza pesados de largo alcance, para equipar a su Fuerza Aérea, debido a la amenaza de una expansión de los soviéticos en la región, que efectivamente se realizó años más tarde en la invasión a Afganistán.

Irán compró 225 F-4D, F-4E y RF-4E. Así también como 80 de los caza pesados de largo alcance F-14 Tomcat, muchos F-4 iraníes se han vuelto inservibles por el desgaste y la falta, de suministro de piezas, repuestos y nuevos motores desde EE.UU., por el embargo de armas contra Irán.

Se cree que al menos unos 30 aviones supervivientes, continúan volando en la nueva Fuerza Aérea de Irán y se beneficiaron, de varios envíos de repuestos clandestinos y contrabando de armas, desde Israel y Estados Unidos, durante la guerra Irán-Contra, como también del uso de ingeniería inversa y fabricación local de los componentes, repuestos y armas, y la incorporación, de nuevas tecnologías de armas ex-soviéticas y chinas.^[7]

Los caza F-4 en todas las variantes disponibles en el inventario de Irán, se emplearon con bastante éxito al principio de la guerra contra Irak, para combatir contra los caza de largo alcance MiG-25 y los modernos MiG-29 soviéticos, equipados en el inventario de la Fuerza Aérea de Irak.

Israel[editar]

Un F-4E *Kurnass 2000* de la Fuerza Aérea Israelí.

La Fuerza Aérea Israelí ha sido el mayor usuario extranjero del Phantom, utilizando tanto aviones nuevos como usados por la USAF, como también variantes especiales de reconocimiento. Los primeros F-4E, denominados Kurnass (ariete), y RF-4E, con el sobrenombre Oref (cuervo), fueron entregados en 1969 bajo el programa Peace Echo I. El resto de los Phantom llegaron en los años 1970 bajo los programas Peace Echo II a Peace Echo V y Nickel Grass.

Los Phantom israelíes han entrado en combate durante el conflicto árabe-israelí. La primera victoria aérea de un F-4E fue el 11 de noviembre de 1969 contra un MiG-21 egipcio. Su primera derrota, también contra un MiG-21, ocurrió el 2 de abril de 1970. Durante la guerra del 73 los F-4 sufrieron duras perdidas sobre Siria y el Sinai, atacando objetivos en dichos países. También los F-4 se emplearon sobre el Libano, incluyendo la invasión de 1982. El Ejército de Defensa de Israel afirmó que durante el empleo de los F-4 tuvo 116 victorias frente 56 pérdidas, la mayoría por fuego terrestre.^[3]

Los F-4 estuvieron bajo un extenso programa de modificaciones para adaptarlos a las armas y aviónica local. En los años 1980, Israel comenzó el programa de modernización Kurnass 2000, incluyendo el radar APG-76, cabinas con pantallas multifunción y joystick HOTAS, y la posibilidad de lanzar misiles AGM-142 Have Nap. El Kurnass 2000 realizó su primer vuelo el 11 de agosto de 1987 y entraron en servicio el 5 de febrero de 1991. Israel también creó una versión con motor Pratt & Whitney PW1120, pero dañaba demasiado la estructura del avión.^[5] Los últimos F-4 israelíes fueron retirados el 12 de mayo de 2004.

Japón[editar]

La Fuerza Aérea de Autodefensa de Japón compró 140 F-4EJ sin capacidad de ataque terrestre en 1968, de los cuales 138 fueron construidos bajo licencia en Japón por Mitsubishi, junto con 11 RF-4EJ de reconocimiento sin armas. De esos, 96 F-4EJ han sido modificados al F-4EJ Kai con un sistema de navegación inercial láser, radar APG-66J y otras mejoras. Once aviones de reconocimiento también han sido actualizados con el nombre de RF-4EJ Kai. A 2007, Japón cuenta con una flota de 90 aviones en servicio. Debido a la imposibilidad de exportar el F-22 Raptor, ha habido negociaciones para que sean reemplazados por el Eurofighter Typhoon sin que las mismas hayan llegado a alguna conclusión hasta el momento.

Turquía[editar]

La Fuerza Aérea Turca recibió sus primeros Phantom en 1974 bajo el programa Peace Diamond III, seguido por antiguos aviones de la USAF en el programa Peace Diamond IV. En 1995, IAI creó una actualización similar al Kurnass 2000 para 54 F-4E turcos. Bajo el nombre de Terminator 2020, los aviones fueron optimizados para ataque terrestre y lanzar misiles AIM-120 AMRAAM, además de un radar/sistema de disparo avanzado ELTA SPS-100 adoptado del IAI Lavi de principios de los años 1990.^[5] Los F-4 modernizados se emplean como avión de ataque al suelo, habiéndose usado en combate contra los kurdos, en Iraq.

Reino Unido[editar]

El Reino Unido compró F-4 para su uso con la Royal Air Force y el Arma Aérea de la Flota como consecuencia de la cancelación de programas nacionales como el BAC TSR-2 y el Hawker Siddeley P.1154. Las versiones británicas estaban basadas en el F-4J de la Armada de Estados Unidos y llevaron la designación de F-4K y F-4M respectivamente. Entraron en servicio como FG.1 y FGR.2, reemplazando al Hawker Hunter y al de Havilland Sea Vixen.

Los Phantom británicos fueron equipados con turborreactores más potentes Rolls-Royce Spey con un empuje con postcombustión de 91,25 kN cada uno, que mejoraba las capacidades de despegue, y muchos subsistemas fueron reemplazados por equivalentes británicos. Como los motores también necesitaban más aire se aumentaron las entradas de los turborreactores en un 20%, aunque esto redujo la velocidad y altitud máxima. Sin embargo, los turborreactores eran más eficientes y aumentaron la autonomía de los aviones.

El primer YF-4K voló el 27 de junio de 1966, con el YF-4M uniéndose el 17 de febrero de 1967. Tras la Guerra de las Malvinas, los Phantom británicos se unieron a los 15 antiguos F-4J comprados a EE.UU. y mejorados a F-4K/M para compensar la pérdida en Europa de un escuadrón interceptador trasladado a las islas.^[7]

La capacidad del Arma Aérea de la Flota fue reducido con la disminución de portaaviones de la Royal Navy. Como resultado, la mayoría de los 160 Phantom británicos volaron con la RAF en tareas de cazabombardero e interceptador a larga distancia. A finales de los años 1970, los Phantom de la RAF fueron sustituidos por el SEPECAT Jaguar para ataques a tierra y por el Panavia Tornado F3 como interceptador. Los últimos F-4 británicos fueron retirados en 1993 como resultado de los recortes de presupuesto.^[5]

Curiosidades del Phantom[editar]

El Phantom ha acumulado una serie de apodos durante su carrera. Se le ha llamado Rhino (Rinoceronte) por su morro largo y su estructura de titanio, Double Ugly (Feo Doble) y DUFF como referencia a la posición de sus alas y ser biplaza. La tripulación de la Luftwaffe llamó a sus F-4 Eisensau (cerdo de hierro), Fliegender Ziegelstein (ladrillo volante) y Luftverteidigungsdiesel (Defensa Aérea Diésel).

Variantes[editar]

El F-4 ha sido construido en decenas de variantes, entre las más importantes están:

F-4EJ de la Fuerza Aérea de Autodefensa de Japón (JASDF).

F-4A, B, J, N, y S: variantes para la Armada y Marines de los Estados Unidos. El F-4B fue actualizado a F-4N y el F-4J fue actualizado a F-4S.
F-110 Spectre, F-4C, D, and E: variantes para la USAF. El F-4E llevaba un cañón interno M61 Vulcan. Las versiones F-4D y E fueron exportadas extensamente.
F-4G Wild Weasel V: una variante para la supresión de defensas aéreas enemigas (SEAD), convertido a partir del F-4E. La designación F-4G se usaba anteriormente a una variante distinta del Phantom naval.
F-4K y M: variantes para el Reino Unido con turborreactores Rolls-Royce Spey.
F-4EJ: versión simplificada del F-4E para exportación y construido bajo licencia en Japón.
F-4EF: versión simplificada del F-43 para exportación a Alemania.
QF-4B, E, G, y N: aviones retirados convertidos en blancos controlados a distancia para investigación de armas y sistemas de defensa.
RF-4B, C, y E: versiones de reconocimiento táctico.

Especificaciones (F-4E Phantom II)[editar]

Referencia datos: The Great Book of Fighters^[7] y Encyclopedia of USAF Aircraft.^[1]

Características generales

Tripulación: 2 (piloto y oficial operador de armas y de radar)
Longitud: 19,20 m
Envergadura: 11,70 m
Altura: 5,0 m
Superficie alar: 49,20 m²
Peso vacío: 13.757 kg
Peso cargado: 18.825 kg
Peso máximo al despegue: 28.030 kg
Planta motriz: 2× turborreactor General Electric J-79-GE-17A.

Rendimiento

Velocidad máxima operativa (V_no): Mach 2,23
Techo de vuelo: 18.300 m
Carga alar: 383 kg/m²

Armamento

Armas de proyectiles: 1 x cañón M61 Vulcan 20 mm con 639 tiros.
Puntos de anclaje: Nueve puntos externos con una capacidad de 8.480 kg, para cargar una combinación de:
- Bombas: Bombas de propósito general, bombas de racimo y bombas guiadas por láser y televisión.
- Misiles:
  - AIM-7 Sparrow
  - AIM-9 Sidewinder
  - AIM-120 AMRAAM
  - AAM-3
  - IRIS-T (en el futuro).
  - Misiles aire-superficie y antibuque
- Otros:

Tanques externos de combustible de 1.420 l, 2.310 l o 2.345 l.
Contenedores de guías y reconocimiento.
Armas nucleares.

Accidentes notables[editar]

El 6 de junio de 1971, el vuelo 706 Hughes Airwest , un McDonnell Douglas DC-9-30 chocó en el aire con un Phantom F-4B de Estados Unidos Cuerpo de Marines, mientras se dirigía desde el Aeropuerto Internacional de Los Angeles a Salt Lake City. Los 49 a bordo del DC-9 y uno de los tripulantes del Phantom F-4 murieron.

El 9 de agosto de 1974, un Phantom FGR2 de la Royal Air Force estuvo involucrado en una colisión fatal con un avión civil PA-25-235 de cultivos Pawnee pulverizador sobre Norfolk, Inglaterra.

El 21 de marzo de 1987, el capitán Dean Paul Martin, hijo del actor Dean Martin y un piloto en el 163° Grupo de Combate Táctico de la Guardia Nacional del Aire de California, se estrelló en un Phantom F-4 en California poco después de la salida de la Base Aérea . Tanto Martin como su oficial de sistema de armas (OSM) morieron.

Uso en cine y televisión[editar]

En la serie japonesa de anime Area 88 aparece constantemente el F-4 (que podrían ser de las versiones B o J) como uno de los cazas más utilizados por los mercenarios, además aparece en una representación histórica del incidente del golfo de Tonkin, con los F-4J del VF-96.

La película Águilas de Acero II presenta aviones F-4E como MiG-29 soviéticos. Para el rodaje de esta película se usaron aviones de la Fuerza Aerea Israelí.

Física[editar]

La física (del lat. physĭca, y este del gr. τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός,"naturaleza") es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones.

La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVI surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.

La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.

La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.

Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Eratóstenes, Aristarco, Epicuro o Aristóteles, y fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac y Richard Feynman, entre muchos otros.

Historia de la física[editar]

Artículo principal: Historia de la física

Se conoce que la mayoría de las civilizaciones de la antigüedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno; miraban las estrellas y pensaban cómo ellas podían regir su mundo. Esto llevó a muchas interpretaciones de carácter más filosófico que físico; no en vano en esos momentos a la física se le llamaba filosofía natural. Muchos filósofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la física, como Aristóteles, Tales de Mileto o Demócrito, por ser los primeros en tratar de buscar algún tipo de explicación a los fenómenos que les rodeaban.^[12] A pesar de que las teorías descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, éstas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil años, en parte por la aceptación de la Iglesia Católica de varios de sus preceptos, como la teoría geocéntrica o las tesis de Aristóteles.^[13]

Esta etapa, denominada oscurantismo en la ciencia, termina cuando Nicolás Copérnico, considerado padre de la astronomía moderna, en 1543 recibe la primera copia de su De Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que Copérnico fue el primero en formular teorías plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la física como la conocemos ahora. Un catedrático de matemáticas de la Universidad de Pisa a finales del siglo XVI cambiaría la historia de la ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones: Galileo Galilei. Con la invención del telescopio y sus trabajos en planos inclinados, Galileo empleó por primera vez el método científico y llegó a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otros científicos como Johannes Kepler, Blaise Pascal y Christian Huygens.^[13]

Posteriormente, en el siglo XVII, un científico inglés reúne las ideas de Galileo y Kepler en un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que él llamó gravedad. En 1687, Isaac Newton, en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, formuló los tres principios del movimiento y una cuarta Ley de la gravitación universal, que transformaron por completo el mundo físico; todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.^[14]

El trabajo de Newton en este campo perdura hasta la actualidad; todos los fenómenos macroscópicos pueden ser descritos de acuerdo a sus tres leyes. Por eso durante el resto de ese siglo y el posterior siglo XVIII todas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ahí que se desarrollaron otras disciplinas, como la termodinámica, la óptica, la mecánica de fluidos y la mecánica estadística. Los conocidos trabajos de Daniel Bernoulli, Robert Boyle y Robert Hooke, entre otros, pertenecen a esta época.^[15]

En el siglo XIX se producen avances fundamentales en la electricidad y el magnetismo, principalmente de la mano de Charles-Augustin de Coulomb, Luigi Galvani, Michael Faraday y Georg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell de 1855, que logró la unificación de ambas ramas en el llamado electromagnetismo. Además, se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad y el descubrimiento del electrón por parte de Joseph John Thomson en 1897.^[16]

Durante el Siglo XX, la física se desarrolló plenamente. En 1904 se propuso el primer modelo del átomo (Hantarō Nagaoka), confirmado por Ernest Rutherford en 1911. En 1905, Einstein formuló la Teoría de la Relatividad especial, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendió la Teoría de la Relatividad especial, formulando la Teoría de la Relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros, desarrollaron la Teoría cuántica, a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. En 1911, Ernest Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de partículas. En 1925 Werner Heisenberg, y en 1926 Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac, formularon la mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada.^[17]

Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos, para extender la mecánica cuántica de acuerdo con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 40, gracias al trabajo de Richard Feynman, Julian Schwinger, Tomonaga y Freeman Dyson, que formularon la teoría de la electrodinámica cuántica. Esta teoría formó la base para el desarrollo de la física de partículas. En 1954, Chen Ning Yang y Robert Mills desarrollaron las bases del modelo estándar. Este modelo se completó en los años 1970, y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la última de ellas el quark top.^[17]

Los intentos de unificar las cuatro interacciones fundamentales han llevado a los físicos a nuevos campos impensables. Las dos teorías más aceptadas, la mecánica cuántica y la relatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Por eso se han formulado nuevas teorías, como la supergravedad o la teoría de cuerdas, donde se centran las investigaciones a inicios del siglo XXI.

Teorías centrales[editar]

La física, en su búsqueda de describir la verdad última de la naturaleza, tiene varias bifurcaciones, las cuales podrían agruparse en cinco teorías principales: la mecánica clásica, que describe el movimiento macroscópico; el electromagnetismo, que describe los fenómenos electromagnéticos como la luz; la relatividad, formulada por Einstein, que describe el espacio-tiempo y la interacción gravitatoria; la termodinámica, que describe los fenómenos moleculares y de intercambio de calor; y, finalmente, la mecánica cuántica, que describe el comportamiento del mundo atómico.

Mecánica clásica[editar]

Artículo principal: Mecánica clásica

Se conoce como mecánica clásica a la descripción del movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en comparación con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta mecánica, conocidas como mecánica newtoniana y mecánica analítica.

La mecánica newtoniana, como su nombre indica, lleva intrínsecos los preceptos de Newton. A partir de las tres ecuaciones formuladas por Newton y mediante el cálculo diferencial e integral, se llega a una muy exacta aproximación de los fenómenos físicos. Esta formulación también es conocida como mecánica vectorial, y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir su vector en un sistema de referencia inercial privilegiado.^[18]

La mecánica analítica es una formulación matemática abstracta sobre la mecánica; nos permite desligarnos de esos sistemas de referencia privilegiados y tener conceptos más generales al momento de describir un movimiento con el uso del cálculo de variaciones. Existen dos formulaciones equivalentes: la llamada mecánica lagrangiana es una reformulación de la mecánica realizada por Joseph Louis Lagrange que se basa en la ahora llamada ecuación de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mínima acción; la otra, llamada mecánica hamiltoniana, es una reformulación más teórica basada en una funcional llamada hamiltoniano realizada por William Hamilton. En última instancia las dos son equivalentes.^[18]

En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: el tiempo es absoluto, la naturaleza realiza de forma espontánea la mínima acción y la concepción de un universo determinado.

Electromagnetismo[editar]

Artículo principal: Electromagnetismo

Véase también: Óptica

El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos. Se puede dividir en electrostática, el estudio de las interacciones entre cargas en reposo, y la electrodinámica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la radiación. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la fuerza de Lorentz y en las ecuaciones de Maxwell.

La electrostática es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por la ley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre sí. Su comportamiento se puede analizar en términos de la idea de un campo eléctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estará sujeto a una fuerza proporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicación. El que la fuerza sea atractiva o repulsiva depende de la polaridad de la carga. La electrostática tiene muchas aplicaciones, que van desde el análisis de fenómenos como tormentas eléctricas hasta el estudio del comportamiento de los tubos electrónicos.

La electrodinámica es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos eléctricos y magnéticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magnético, la electrodinámica se refiere a efectos tales como el magnetismo, la radiación electromagnética, y la inducción electromagnética, incluyendo las aplicaciones prácticas, tales como el generador eléctrico y el motor eléctrico. Esta área de la electrodinámica, conocida como electrodinámica clásica, fue sistemáticamente explicada por James Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenómenos de esta área con gran generalidad. Una novedad desarrollada más reciente es la electrodinámica cuántica, que incorpora las leyes de la teoría cuántica a fin de explicar la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Paul Dirac, Heisenberg y Wolfgang Pauli fueron pioneros en la formulación de la electrodinámica cuántica. La electrodinámica es inherentemente relativista y da unas correcciones que se introducen en la descripción de los movimientos de las partículas cargadas cuando sus velocidades se acercan a la velocidad de la luz. Se aplica a los fenómenos involucrados con aceleradores de partículas y con tubos electrónicos funcionando a altas tensiones y corrientes.

El electromagnetismo abarca diversos fenómenos del mundo real como por ejemplo, la luz. La luz es un campo electromagnético oscilante que se irradia desde partículas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.

Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como las microondas, antenas, máquinas eléctricas, comunicaciones por satélite, bioelectromagnetismo, plasmas, investigación nuclear, la fibra óptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnéticas, la conversión de energía electromecánica, la meteorología por radar, y la observación remota. Los dispositivos electromagnéticos incluyen transformadores, relés eléctricos, radio / TV, teléfonos, motores eléctricos, líneas de transmisión, guías de onda, fibras ópticas y láseres.

Relatividad[editar]

Dibujo artístico acerca de una prueba realizada con alta precisión por la sonda Cassini al enviar señales a la tierra y al describir la trayectoria predicha.

Artículo principal: Teoría de la Relatividad

La relatividad es la teoría formulada principalmente por Albert Einstein a principios del siglo XX, y se divide en dos cuerpos de investigación: la relatividad especial y la relatividad general.

En la teoría de la relatividad especial, Einstein, Lorentz y Minkowski, entre otros, unificaron los conceptos de espacio y tiempo, en un ramado tetradimensional al que se le denominó espacio-tiempo. La relatividad especial fue una teoría revolucionaria para su época, con la que el tiempo absoluto de Newton quedó relegado y conceptos como la invariancia en la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo, la contracción de la longitud y la equivalencia entre masa y energía fueron introducidos. Además, con las formulaciones de la relatividad especial, las leyes de la física son invariantes en todos los sistemas de referencia inerciales; como consecuencia matemática, se encuentra como límite superior de velocidad a la de la luz y se elimina la causalidad determinista que tenía la física hasta entonces. Hay que indicar que las leyes del movimiento de Newton son un caso particular de esta teoría donde la masa, al viajar a velocidades muy pequeñas, no experimenta variación alguna en longitud ni se transforma en energía, y al tiempo se le puede considerar absoluto.

Por otro lado, la relatividad general estudia la interacción gravitatoria como una deformación en la geometría del espacio-tiempo. En esta teoría se introducen los conceptos de la curvatura del espacio-tiempo como la causa de la interacción gravitatoria, el principio de equivalencia que dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes de la relatividad especial son invariantes y la introducción del movimiento de un partícula por líneas geodésicas. La relatividad general no es la única teoría que describe la atracción gravitatoria, pero es la que más datos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente, a la interacción gravitatoria se la describía matemáticamente por medio de una distribución de masas, pero en esta teoría no solo la masa percibe esta interacción, sino también la energía, mediante la curvatura del espacio-tiempo, y es por eso que se necesita otro lenguaje matemático para poder describirla, el cálculo tensorial. Muchos fenómenos, como la curvatura de la luz por acción de la gravedad y la desviación en la órbita de Mercurio, son perfectamente predichos por esta formulación. La relatividad general también abrió otro campo de investigación en la física, conocido como cosmología, y es ampliamente utilizado en la astrofísica.^[19]

Termodinámica y mecánica estadística[editar]

Artículos principales: Termodinámica y Mecánica estadística.

La termodinámica trata los procesos de transferencia de calor, que es una de las formas de energía, y cómo se puede realizar un trabajo con ella. En esta área se describe cómo la materia en cualquiera de sus fases (sólido, líquido, gaseoso) va transformándose. Desde un punto de vista macroscópico de la materia, se estudia como ésta reacciona a cambios en su volumen, presión y temperatura, entre otras magnitudes. La termodinámica se basa en cuatro leyes principales: el equilibrio termodinámico (o ley cero), el principio de conservación de la energía (primera ley), el aumento temporal de la entropía (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).^[20]

Una consecuencia de la termodinámica es lo que hoy se conoce como mecánica estadística. Esta rama estudia, al igual que la termodinámica, los procesos de transferencia de calor, pero, al contrario a la anterior, desde un punto de vista molecular. La materia, como se conoce, está compuesta por moléculas, y el conocer el comportamiento de una sola de sus moléculas nos lleva a medidas erróneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementos caóticos o aleatorios, y se utiliza el lenguaje estadístico y consideraciones mecánicas para describir comportamientos macroscópicos de este conjunto molecular microscópico.^[21]

Mecánica cuántica[editar]

Artículo principal: Mecánica cuántica

La mecánica cuántica es la rama de la física que trata los sistemas atómicos y subatómicos, y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades observables. Se basa en la observación de que todas las formas de energía se liberan en unidades discretas o paquetes llamados cuantos. Sorprendentemente, la teoría cuántica sólo permite normalmente cálculos probabilísticos o estadísticos de las características observadas de las partículas elementales, entendidos en términos de funciones de onda. La ecuación de Schrödinger desempeña el papel en la mecánica cuántica que las leyes de Newton y la conservación de la energía hacen en la mecánica clásica. Es decir, la predicción del comportamiento futuro de un sistema dinámico, y es una ecuación de onda en términos de una función de onda la que predice analíticamente la probabilidad precisa de los eventos o resultados.

En teorías anteriores de la física clásica, la energía era tratada únicamente como un fenómeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una región muy concreta del espacio y que se mueve de manera continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y se absorbe en cantidades discretas y minúsculas. Un paquete individual de energía, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como una partícula de materia. Por otro lado, se encontró que las partículas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una región determinada, sino más bien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiación emitida o absorbida por un átomo sólo tiene ciertas frecuencias (o longitudes de onda), como puede verse en la línea del espectro asociado al elemento químico representado por tal átomo. La teoría cuántica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, o fotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del átomo sólo pueden tener ciertos valores de energía permitidos. Cuando un electrón pasa de un nivel permitido a otro, una cantidad de energía es emitida o absorbida, cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energía entre los dos niveles.

El formalismo de la mecánica cuántica se desarrolló durante la década de 1920. En 1924, Louis de Broglie propuso que, al igual que las ondas de luz presentan propiedades de partículas, como ocurre en el efecto fotoeléctrico, las partículas, a su vez, también presentan propiedades ondulatorias. Dos formulaciones diferentes de la mecánica cuántica se presentaron después de la sugerencia de Broglie. En 1926, la mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger implica la utilización de una entidad matemática, la función de onda, que está relacionada con la probabilidad de encontrar una partícula en un punto dado en el espacio. En 1925, la mecánica matricial de Werner Heisenberg no hace mención alguna de las funciones de onda o conceptos similares, pero ha demostrado ser matemáticamente equivalente a la teoría de Schrödinger. Un descubrimiento importante de la teoría cuántica es el principio de incertidumbre, enunciado por Heisenberg en 1927, que pone un límite teórico absoluto en la precisión de ciertas mediciones. Como resultado de ello, la asunción clásica de los científicos de que el estado físico de un sistema podría medirse exactamente y utilizarse para predecir los estados futuros tuvo que ser abandonada. Esto supuso una revolución filosófica y dio pie a numerosas discusiones entre los más grandes físicos de la época.

La mecánica cuántica se combinó con la teoría de la relatividad en la formulación de Paul Dirac de 1928, lo que, además, predijo la existencia de antipartículas. Otros desarrollos de la teoría incluyen la estadística cuántica, presentada en una forma por Einstein y Bose (la estadística de Bose-Einstein) y en otra forma por Dirac y Enrico Fermi (la estadística de Fermi-Dirac), la electrodinámica cuántica, interesada en la interacción entre partículas cargadas y los campos electromagnéticos, su generalización, la teoría cuántica de campos y la electrónica cuántica.

El descubrimiento de la mecánica cuántica a principios del siglo XX revolucionó la física, y la mecánica cuántica es fundamental para la mayoría de las áreas de la investigación actual.

Conceptos físicos fundamentales[editar]

Artículo principal: Anexo:Conceptos físicos fundamentales

En general un concepto físico es interpretable sólo en virtud de la teoría física donde aparece. Así la descripción clásica de un gas o un fluido recurre al concepto de medio continuo aún cuando en realidad la materia está formada por átomos discretos, eso no impide que el concepto de medio continuo en el contexto de aplicación de la mecánica de fluidos o la mecánica de sólidos deformables no sea útil. Igualmente la mecánica newtoniana trata el campo gravitatorio como un campo de fuerzas, pero por otra parte la teoría de la relatividad general considera que no existen genuinamente fuerzas gravitatorias sino que los fenómenos gravitatorios son una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo.

Si se examina una lista larga de conceptos físicos rápidamente se aprecia que muchos de ellos sólo tienen sentido o son definibles con todo rigor en el contexto de una teoría concreta y por tanto no son conceptos fundamentales que deban aparecer en cualquier descripción física del universo. Sin embargo, un conjunto reducido de conceptos físicos aparecen tanto en la descripción de la física clásica, como en la descripción de la física relativista y la de la mecánica cuántica. Estos conceptos físicos que parecen necesarios en cualquier teoría física suficientemente amplia son los llamados conceptos físicos fundamentales, una lista no exhaustiva de los mismos podría ser:

Conceptos fundamentales de la Física
Magnitudes físicas · Energía · Energía cinética · Momentum · Momentum angular · Masa · Carga eléctrica · Entropía
Tipos de entidades físicas: Materia · partícula · campo · onda · espacio-tiempo · observador · Espacio · Tiempo · Posición
Construcciones teóricas fundamentales: Lagrangiano · Acción · Ecuaciones de Euler-Lagrange · Ecuación de movimiento · Estado físico · Ley de conservación

Áreas de investigación[editar]

Física teórica[editar]

Artículo principal: Física teórica

La cultura de la investigación en física en los últimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separación de los físicos que se dedican a la teoría y otros que se dedican a los experimentos. Los teóricos trabajan en la búsqueda de modelos matemáticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Así pues, teoría y experimentos están relacionados íntimamente. El progreso en física a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.

La física teórica está muy relacionada con las matemáticas. Esta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el cálculo diferencial e integral, el análisis numérico y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de física computacional y matemática son áreas de investigación activas.

Los teóricos pueden concebir conceptos tales como universos paralelos, espacios multidimensionales o minúsculas cuerdas que vibran, y a partir de ahí, realizar hipótesis físicas.

Materia condensada[editar]

Artículo principal: Materia condensada

Efecto Meissner, un ejemplo de superconductividad.

La física de la materia condensada se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas de la materia, tales como la densidad, la temperatura, la dureza, o el color de un material. Los materiales consisten en un gran número de átomos o moléculas que interactúan entre ellos, por lo que están"condensados", a diferencia de estar libres sin interactuar. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.

Las fases"condensadas" más comunes son sólidos y líquidos, que surgen del enlace químico entre los átomos, debido a la interacción electromagnética. Fases más exóticas son los superfluidos, los condensados de Bose-Einstein encontrados en ciertos sistemas atómicos a muy bajas temperaturas, la fase superconductora de los electrones de conducción de ciertos materiales, y las fases ferromagnética y antiferromagnética de los spines en las redes atómicas.

La física de la materia condensada es el campo de la física contemporánea más extenso y que involucra a un mayor número de físicos. Históricamente, la física de la materia condensada surgió de la física de estado sólido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresión física de la materia condensada aparentemente fue acuñada por Philip Anderson cuando renombró en 1967 su grupo de investigación, anteriormente llamado de teoría del estado sólido. La física de la materia condensada tiene una gran superposición con la química, la ciencia de materiales, la nanotecnología y la ingeniería.

Física atómica y molecular[editar]

Artículos principales: Física atómica y Física molecular.

La física atómica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales o estructuras que contienen unos pocos átomos. Ambas áreas se agrupan debido a su interrelación, la similitud de los métodos utilizados, así como el carácter común de las escalas de energía relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.

La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar"ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los relojes atómicos), aumentar la precisión de las mediciones de constantes físicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teorías como la relatividad o el modelo estándar, medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica, y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un condensado de Bose-Einstein de pocos átomos).

La física molecular se centra en estructuras moleculares y sus interacciones con la materia y con la luz.

Física de partículas o de altas energías[editar]

Artículo principal: Física de partículas

La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si éstas fueran partículas. Es llamada también física de altas energías, pues muchas de las partículas elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en colisiones de alta energía entre otras partículas, como se hace en los aceleradores de partículas. Los principales centros de estudio sobre partículas son el Laboratorio Nacional Fermi o Fermilab, en Estados Unidos, y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear o CERN, en la frontera entre Suiza y Francia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a las que se cree existieron en el Big Bang, y así se intenta tener cada vez más pruebas del origen del universo.^[22]

En la actualidad, las partículas elementales se clasifican siguiendo el llamado Modelo Estándar en dos grandes grupos: bosones y fermiones. Los bosones son las partículas que interactúan con la materia y los fermiones son las partículas constituyentes de la materia. En el modelo estándar se explica cómo las interacciones fundamentales en forma de partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones). Así, el electromagnetismo tiene su partícula llamada fotón, la interacción nuclear fuerte tiene al gluón, la interacción nuclear débil a los bosones W y Z y la gravedad a una partícula hipotética llamada gravitón. Entre los fermiones hay más variedad; se encuentran dos tipos: los leptones y los quarks. En conjunto, el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partículas/anti-partículas) junto con 3 familias de bosones de gauge responsables de transportar las interacciones.^[23]

Astrofísica[editar]

Artículos principales: Astrofísica y Astronomía.

La astrofísica y la astronomía son ciencias que aplican las teorías y métodos de otras ramas de la física al estudio de los objetos que componen nuestro variado universo, tales como estrellas, planetas, galaxias y agujeros negros. La astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que, grosso modo, la astrofísica busca explicar su origen, su evolución y su comportamiento. Actualmente los términos astrofísica y astronomía se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.

Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física. Desde que el telescopio espacial Hubble nos brindó detallada información de los más remotos confines del universo, los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.^[24]

Debido a que la astrofísica es un campo muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física, incluida la mecánica, el electromagnetismo, la mecánica estadística, la termodinámica, la mecánica cuántica, la relatividad, la física nuclear y de partículas, y la física atómica y molecular. Además, la astrofísica está íntimamente vinculada con la cosmología, que es el área que pretende describir el origen del universo.^[25]

La biofísica podría describir físicamente lo que ocurre en nuestro cerebro.

Biofísica[editar]

Artículo principal: Biofísica

La biofísica es un área interdisciplinaria que estudia la biología aplicando los principios generales de la física. Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos, obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.^[26]

Esta área está en constante crecimiento. Se estima que durante los inicios del siglo XXI cada vez la confluencia de físicos, biólogos y químicos a los mismos laboratorios se incrementará. Los estudios en neurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del electromagnetismo, la óptica y la física molecular al estudio de las neuronas.^[27]

Resumen de las disciplinas físicas[editar]

Clasificación de la física con respecto a teorías:

Véase también[editar]

Portal:Física. Contenido relacionado con Física.
Ciencia
Matemática
Biología
Química
Anexo:Premio Nobel de Física
Movimiento (física)

Isaac Newton[editar]

Sir Isaac Newton (25 de diciembre de 1642 JU – 20 de marzo de 1727 JU (4 de enero de 1643 GR – 31 de marzo de 1727 GR) fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés, autor de los Philosophiae naturalis principia mathematica, más conocidos como los Principia, donde describió la ley de gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre. Entre sus otros descubrimientos científicos destacan los trabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica (que se presentan principalmente en su obra Opticks) y el desarrollo del cálculo matemático.

Newton comparte con Leibniz el crédito por el desarrollo del cálculo integral y diferencial, que utilizó para formular sus leyes de la física. También contribuyó en otras áreas de la matemática, desarrollando el teorema del binomio y las fórmulas de Newton-Cotes.

Entre sus hallazgos científicos se encuentran el descubrimiento de que el espectro de color que se observa cuando la luz blanca pasa por un prisma es inherente a esa luz, en lugar de provenir del prisma (como había sido postulado por Roger Bacon en el siglo XIII); su argumentación sobre la posibilidad de que la luz estuviera compuesta por partículas; su desarrollo de una ley de convección térmica, que describe la tasa de enfriamiento de los objetos expuestos al aire; sus estudios sobre la velocidad del sonido en el aire; y su propuesta de una teoría sobre el origen de las estrellas. Fue también un pionero de la mecánica de fluidos, estableciendo una ley sobre la viscosidad.

Newton fue el primero en demostrar que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. Es, a menudo, calificado como el científico más grande de todos los tiempos, y su obra como la culminación de la revolución científica. El matemático y físico matemático Joseph Louis Lagrange (1736–1813), dijo que"Newton fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado dado que sólo se puede encontrar una vez un sistema que rija el mundo."

Biografía[editar]

Nació el 4 de enero de 1643 en Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. En esa fecha el calendario usado era el juliano y correspondía al 25 de diciembre de 1642, día de la Navidad.^[28] El parto fue prematuro aparentemente y nació tan pequeño que nadie pensó que lograría vivir mucho tiempo. Su vida corrió peligro por lo menos una semana, fue bautizado recién el 1 de enero de 1643, 12 de enero en el calendario gregoriano.^[29]

La casa donde nació y vivió su juventud se ubica en el lado oeste del valle del río Witham, más abajo de la meseta de Kesteven, en dirección a la ciudad de Grantham. Es de piedra caliza gris, el mismo material que se encuentra en la meseta. Tiene forma de una letra T gruesa en cuyo trazo más largo se encuentra la cocina y el vestíbulo y la sala se encuentra en la unión de los dos trazos.^[30] Su entrada es descentrada y se ubica entre el vestíbulo y la sala y se orienta hacia las escaleras que conducen a dos dormitorios del piso superior.

Sus padres fueron Isaac Newton y Hannah Ayscough, dos campesinos puritanos. No llegó a conocer a su padre, pues había muerto en octubre de 1642. Cuando su madre volvió a casarse con Barnabas Smith que no tenía intención de cargar a un niño de tres años, lo dejó a cargo de su abuela, con quien vivió hasta la muerte de su padrastro en 1653. Este fue posiblemente un hecho traumático para Isaac, constituía la perdida de la madre no habiendo conocido al padre. A su abuela nunca le dedicó un recuerdo cariñoso y hasta su muerte paso desapercibida. Lo mismo ocurrió con el abuelo que pareció no existir hasta que se descubrió que también estaba presente en la casa y correspondió al afecto de Newton de la misma forma, lo desheredó.^[31]

Escribió una lista de sus pecados e incluyó uno particular:"Amenazar a mi padre y a mi madre Smith con quemarlos a ellos y a su casa". Lo hizo nueve años después del fallecimiento del padrastro lo que comprueba que la escena quedó grabada en el recuerdo de Newton. Las acciones del padrastro, que se negó a llevarlo a vivir con el hasta que cumplió diez años podrían motivar este odio.^[32]

Cuando Barnabas Smith falleció, su madre regresó al hogar familiar acompañada por dos hijos que tuvo con este señor, pero la unión familiar duro solamente menos de dos años, Isaac fue enviado a estudiar al colegio The King's School en Grantham a la edad de doce años. Lo que se sabe de esta etapa es que estudió latín, algo de griego y lo básico de geometría y aritmética. Era el programa habitual de estudio de una escuela primaria en ese entonces. Su maestro fue Mr. Stokes, que tenía buen prestigio como educador.^[33]

En 1659 compró un cuaderno, libro de bolsillo llamado en ese entonces, en donde en la primer página escribió en latín"Martij 19, 1659" (19 de marzo 1659), representaba el período entre 1659-1660 el cual coincidia con el período de su regreso a su ciudad natal y la mayor parte de sus escritos están dedicados a"Utilissimum prosodiae supplementum", años después en la colección Keynes del King's College se encuentra una edición de Pindaro con la firma de Newton y fechado en 1659. En la colección Babson aparece una copia de las metamorfosis de Ovidio fechadas ese mismo año.^[34]

Los estudios primarios fueron de gran utilidad para Newton, los trabajos sobre matemáticas estaban escritos en latín, al igual que los escritos sobre filosofía natural. Los conocimientos de latín le permitieron entrar en contacto con los científicos europeos. La aritmética básica difícilmente hubiese compensado un nivel deficiente de latín.^[35] En esa época otra materia importante era el estudio de la Biblia y se leía en lenguas clásicas apoyando el programa clásico de estudios y ampliando la fe protestante de Inglaterra. En el caso de Isaac el estudio de este tema unido a la biblioteca que lego de su padrastro le pudo haber hecho iniciar un viaje imaginario a extraños mares de la Teología.^[36]

En su estadía en Grantham se hospedó en la casa de Mr. Clark en la calle High Street junto a la George Inn. Tenía que compartir el hogar junto a otros tres niños, Edward, Arthur y una niña, hijos del primer esposo de la mujer de Mr. Clark. Por la infancia que tuvo, Isaac parecía no congeniar con otras personas de su edad. El haber crecido en un ambiente de aislamiento con sus abuelos y la posible envidia que le causaba a sus pares su superioridad intelectual le provocaban dificultades y lo llevaba a realizar travesuras varias que después negaba haber hecho.^[37] Uno de sus amigos, William Stukeley se dedicó a reunir información sobre Newton en su estancia en Grantham y concluyó que los niños lo encontaban demasiado astuto y pensaban que se aprovechaba de ellos debido a su rapidez mental muy superior a la de ellos.^[37]

Además estas anécdotas demostraron que prefería la compañía femenina. Para una amiga, Miss Storer varios años más joven que él construyó muebles de muñecas utilizando las herramientas con mucha habilidad. Además pudo haber un romance entre los jóvenes cuando fueron mayores. Según los registros conocidos, pudo haber sido la primera y posiblemente la última experiencia romántica con una mujer en su vida. Más adelante Miss Storer se casó con un hombre apellidado Vincent y paso a conocerse como Mrs Vincent y recordaba a Newton como un joven silencioso y pensativo.^[38]

Tuvo un incidente con un compañero que posiblemente fuese Arthur Storer. Le aplicó una patada en el estómago, supuestamente como represalia a alguna broma de Newton. Este no pudo olvidar nunca este hecho, en este tiempo no había podido afirmar su poder intelectual, a causa de la deficiente formación escolar o porque nuevamente estaba solo y asustado, estaba relegado al último banco. Según el relato de Conduitt ni bien finalizó la clase, Newton reto a una pelea al otro niño en el patio de la iglesia para devolverle el golpe. El hijo del maestro se acercó a ellos y azuzo la pelea palmeandole la espalda a uno y guiñándole el ojo al otro. Aunque Newton no era tan fuerte como su rival tenía mayor decisión y golpeó al otro hasta que se rindió y declaro que no pelearía más. El hijo del maestro le pidió a Isaac que lo tratara como a un cobarde y le restregara la nariz contra la pared. Entonces Isaac lo agarro de las orejas y golpeó su cara contra uno de los lados de la iglesia.^[39]

Además de ganarle en la pelea, Isaac se esmeró en derrotarlo académicamente y se convirtió en el primer alumno de la escuela. Y además fue grabando su nombre en todos los bancos que ocupó. Aún se conserva un alféizar de piedra con su nombre.^[40]

En las anécdotas de Stukeley ya se reconocía el genio de Newton y la gente recordaba sus raros inventos y su gran capacidad para los trabajos mecánicos. Lleno su habitación de herramientas que adquiría con el dinero que su madre le daba. Fabricó objetos de madera, muebles de muñecas y de forma especial maquetas. Además logro reproducir un molino de viento construido en esa época al norte de Grantham. El modelo replicado por Newton mejoró al original y funcionó cuando la colocó sobre el tejado. Su modelo estaba equipado con una noria impulsada por un ratón al que espoleaba. Newton llamaba al ratón el molinero.^[41]

Otras construcciones de Newton fueron un carro de cuatro ruedas impulsado por una manivela que el accionaba desde su interior. Otra fue una linterna de papel arrugado para llegar a la escuela en los oscuros días invernales y que además la usaba atada a la cola de un cometa para asustar a los vecinos durante la noche. Para poder realizar estas invenciones debía desatender sus tareas escolares lo cual le valia retroceder en los puestos, y cuando esto ocurría volvía a estudiar y recuperaba las posiciones perdidas.^[42] Mucho de los aparatos que fabricó los sacó del libro The Mysteries of Nature and Art de John Bate del cual tomo nota en otro cuaderno en Grantham que adquirió por el precio de 2,5 peniques en 1659. Allí tomo notas de ese libro sobre la técnica del dibujo, la captura de pájaros, la fabricación de tintas de diferentes colores entre otros temas. El molino de viento también está incluido en este libro.^[43]

Estudiaba las propiedades de los cometas, calculaba las proporciones ideales y los puntos más adecuados para ajustar las cuerdas. Además les regalaba linternas a sus compañeros y les comentaba sus estudios con el aparente propósito de ganarse su amistad, pero no dio resultado. Con estos procedimientos demostró su superioridad y los hizo sentir más alejados de el. El día de la muerte de Cromwell tuvo lugar su primer experimento. Ese día una tormenta se desencadenó sobre Inglaterra, y saltando primero a favor del viento y luego en contra, con la comparación de sus saltos con los de un día de calma midió la"fuerza de la tormenta". Les dijo a los niños que la tormenta era un pie más fuerte que cualquiera que hubiese conocido y les enseño las marcas que medía sus pasos. Además, según esta versión, utilizó la fuerza del viento para ganar un concurso de saltos, y la superioridad de su conocimiento lo hacía sospechoso.^[43]

Los relojes solares fueron otro pasatiempo en esta ciudad. En la iglesia de Colserworth existe uno que construyó a los nueve años. Los relojes solares eran un reto individual mayor al del manejo de herramientas. Lleno de relojes la casa de Clark, su habitación, otras habitaciones de la casa, el vestíbulo y cualquier otra habitación donde entrara el sol. En las paredes clavo puntas para señalar las horas, las medias, e incluso los cuartos, y ató a estas cuerdas con ruedas para medir las sombras en los días siguientes.^[43]

A los dieciocho años ingresó en la Universidad de Cambridge para continuar sus estudios. Newton nunca asistió regularmente a sus clases, ya que su principal interés era la biblioteca. Se graduó en el Trinity College como un estudiante mediocre debido a su formación principalmente autodidacta, leyendo algunos de los libros más importantes de matemática y filosofía natural de la época. En 1663 Newton leyó la Clavis mathematicae de William Oughtred, la Geometría de Descartes, de Frans van Schooten, la Óptica de Kepler, la Opera mathematica de Viète, editadas por Van Schooten y, en 1664, la Aritmética de John Wallis, que le serviría como introducción a sus investigaciones sobre las series infinitas, el teorema del binomio y ciertas cuadraturas.^[44]

En 1663 conoció a Isaac Barrow, quien le dio clase como su primer profesor Lucasiano de matemática. En la misma época entró en contacto con los trabajos de Galileo, Fermat, Huygens y otros a partir, probablemente, de la edición de 1659 de la Geometría de Descartes por Van Schooten. Newton superó rápidamente a Barrow, quien solicitaba su ayuda frecuentemente en problemas matemáticos.

Réplica de un telescopio construido por Newton.

En esta época la geometría y la óptica ya tenían un papel esencial en la vida de Newton. Fue en este momento en que su fama comenzó a crecer ya que inició una correspondencia con la Royal Society. Newton les envió algunos de sus descubrimientos y un telescopio que suscitó un gran interés de los miembros de la Sociedad, aunque también las críticas de algunos de sus miembros, principalmente Robert Hooke. Esto fue el comienzo de una de las muchas disputas que tuvo en su carrera científica. Se considera que Newton demostró agresividad ante sus contrincantes que fueron principalmente, (pero no únicamente) Hooke, Leibniz y, en lo religioso, la Iglesia Católica Romana. Como presidente de la Royal Society, fue descrito como un dictador cruel, vengativo y busca-pleitos. Sin embargo, fue una carta de Hooke, en la que éste comentaba sus ideas intuitivas acerca de la gravedad, la que hizo que iniciara de lleno sus estudios sobre la mecánica y la gravedad. Newton resolvió el problema con el que Hooke no había podido y sus resultados los escribió en lo que muchos científicos creen que es el libro más importante de la historia de la ciencia, el Philosophiae naturalis principia mathematica.

En 1693 sufrió una gran crisis psicológica, causante de largos periodos en los que permaneció aislado, durante los que no comía ni dormía. En esta época sufrió depresión y arranques de paranoia. Mantuvo correspondencia con su amigo, el filósofo John Locke, en la que, además de contarle su mal estado, lo acusó en varias ocasiones de cosas que nunca hizo. Algunos historiadores creen que la crisis fue causada por la ruptura de su relación con su discípulo Nicolás Fatio de Duillier; la mayoría, sin embargo, opina que en esta época Newton se había envenenado al hacer sus experimentos alquímicos. Después de escribir los Principia abandonó Cambridge mudándose a Londres donde ocupó diferentes puestos públicos de prestigio siendo nombrado Preboste del Rey, magistrado de Charterhouse y director de la Casa de Moneda.

Entre sus intereses más profundos se encontraban la alquimia y la religión, temas en los que sus escritos sobrepasan con mucho en volumen sus escritos científicos. Entre sus opiniones religiosas defendía el arrianismo y estaba convencido de que las Sagradas Escrituras habían sido violadas para sustentar la doctrina trinitaria. Esto le causó graves problemas al formar parte del Trinity College en Cambridge y sus ideas religiosas impidieron que pudiera ser director del College. Entre sus estudios alquímicos se encontraban temas esotéricos como la transmutación de los elementos, la piedra filosofal y el elixir de la vida.

Primeras contribuciones[editar]

Desde finales de 1664 trabajó intensamente en diferentes problemas matemáticos. Abordó entonces el teorema del binomio, a partir de los trabajos de John Wallis, y desarrolló un método propio denominado cálculo de fluxiones. Poco después regresó a la granja familiar a causa de una epidemia de peste bubónica.

Retirado con su familia durante los años 1665-1666, conoció un período muy intenso de descubrimientos, entre los que destaca la ley del inverso del cuadrado de la gravitación, su desarrollo de las bases de la mecánica clásica, la formalización del método de fluxiones y la generalización del teorema del binomio, poniendo además de manifiesto la naturaleza física de los colores. Sin embargo, guardaría silencio durante mucho tiempo sobre sus descubrimientos ante el temor a las críticas y el robo de sus ideas. En 1667 reanudó sus estudios en Cambridge.

Desarrollo del Cálculo[editar]

De 1667 a 1669 emprendió investigaciones sobre óptica y fue elegido fellow del Trinity College. En 1669 su mentor, Isaac Barrow, renunció a su Cátedra Lucasiana de matemática, puesto en el que Newton le sucedería hasta 1696. El mismo año envió a Luis Zeus, por medio de Barrow, su "Analysis per aequationes número terminorum infinitos". Para Newton, este manuscrito representa la introducción a un potente método general, que desarrollaría más tarde: su cálculo diferencial e integral.

Newton había descubierto los principios de su cálculo diferencial e integral hacia 1665-1666 y, durante el decenio siguiente, elaboró al menos tres enfoques diferentes de su nuevo análisis.

Newton y Leibniz protagonizaron una agria polémica sobre la autoría del desarrollo de esta rama de la matemática. Los historiadores de la ciencia consideran que ambos desarrollaron el cálculo independientemente, si bien la notación de Leibniz era mejor y la formulación de Newton se aplicaba mejor a problemas prácticos. La polémica dividió aún más a los matemáticos británicos y continentales, sin embargo esta separación no fue tan profunda como para que Newton y Leibniz dejaran de intercambiar resultados.

Newton abordó el desarrollo del cálculo a partir de la geometría analítica desarrollando un enfoque geométrico y analítico de las derivadas matemáticas aplicadas sobre curvas definidas a través de ecuaciones. Newton también buscaba cómo cuadrar distintas curvas, y la relación entre la cuadratura y la teoría de tangentes. Después de los estudios de Roberval, Newton se percató de que el método de tangentes podía utilizarse para obtener las velocidades instantáneas de una trayectoria conocida. En sus primeras investigaciones Newton lidia únicamente con problemas geométricos, como encontrar tangentes, curvaturas y áreas utilizando como base matemática la geometría analítica de Descartes. No obstante, con el afán de separar su teoría de la de Descartes, comenzó a trabajar únicamente con las ecuaciones y sus variables sin necesidad de recurrir al sistema cartesiano.

Después de 1666 Newton abandonó sus trabajos matemáticos sintiéndose interesado cada vez más por el estudio de la naturaleza y la creación de sus Principia.

Trabajos sobre la luz[editar]

Entre 1670 y 1672 trabajó intensamente en problemas relacionados con la óptica y la naturaleza de la luz. Newton demostró que la luz blanca estaba formada por una banda de colores (rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta) que podían separarse por medio de un prisma. Como consecuencia de estos trabajos concluyó que cualquier telescopio refractor sufriría de un tipo de aberración conocida en la actualidad como aberración cromática que consiste en la dispersión de la luz en diferentes colores al atravesar una lente. Para evitar este problema inventó un telescopio reflector (conocido como telescopio newtoniano).

Sus experimentos sobre la naturaleza de la luz le llevaron a formular su teoría general sobre la misma que, según él, está formada por corpúsculos y se propaga en línea recta y no por medio de ondas. El libro en que expuso esta teoría fue severamente criticado por la mayor parte de sus contemporáneos, entre ellos Hooke (1638-1703) y Huygens, quienes sostenían ideas diferentes defendiendo una naturaleza ondulatoria. Estas críticas provocaron su recelo por las publicaciones, por lo que se retiró a la soledad de su estudio en Cambridge.

En 1704 Newton escribió su obra más importante sobre óptica, Opticks, en la que exponía sus teorías anteriores y la naturaleza corpuscular de la luz, así como un estudio detallado sobre fenómenos como la refracción, la reflexión y la dispersión de la luz.

Aunque sus ideas acerca de la naturaleza corpuscular de la luz pronto fueron desacreditadas en favor de la teoría ondulatoria, los científicos actuales han llegado a la conclusión (gracias a los trabajos de Max Planck y Albert Einstein) de que la luz tiene una naturaleza dual: es onda y corpúsculo al mismo tiempo. Esta es la base en la cual se apoya toda la mecánica cuántica.

Ley de gravitación universal[editar]

Bernard Cohen afirma que “El momento culminante de la Revolución científica fue el descubrimiento realizado por Isaac Newton de la ley de la gravitación universal.” Con una simple ley, Newton dio a entender los fenómenos físicos más importantes del universo observable, explicando las tres leyes de Kepler. La ley de la gravitación universal descubierta por Newton se escribe

{\vec {F}}=-G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}{\vec {u}}

,

donde F es la fuerza, G es una constante que determina la intensidad de la fuerza y que sería medida años más tarde por Henry Cavendish en su célebre experimento de la balanza de torsión, m₁ y m₂ son las masas de dos cuerpos que se atraen entre sí y r es la distancia entre ambos cuerpos, siendo ${\vec {u}}$ el vector unitario que indica la dirección del movimiento (si bien existe cierta polémica acerca de que Cavendish hubiera medido realmente G, pues algunos estudiosos afirman que simplemente midió la masa terrestre).

La ley de gravitación universal nació en 1685 como culminación de una serie de estudios y trabajos iniciados mucho antes. En 1679 Robert Hooke introdujo a Newton en el problema de analizar una trayectoria curva. Cuando Hooke se convirtió en secretario de la Royal Society quiso entablar una correspondencia filosófica con Newton. En su primera carta planteó dos cuestiones que interesarían profundamente a Newton. Hasta entonces científicos y filósofos como Descartes y Huygens analizaban el movimiento curvilíneo con la fuerza centrífuga. Hooke, sin embargo, proponía"componer los movimientos celestes de los planetas a partir de un movimiento rectilíneo a lo largo de la tangente y un movimiento atractivo, hacia el cuerpo central." Sugiere que la fuerza centrípeta hacia el Sol varía en razón inversa al cuadrado de las distancias. Newton contesta que él nunca había oído hablar de esta hipótesis.

En otra carta de Hooke, escribe: “Nos queda ahora por conocer las propiedades de una línea curva... tomándole a todas las distancias en proporción cuadrática inversa.” En otras palabras, Hooke deseaba saber cuál es la curva resultante de un objeto al que se le imprime una fuerza inversa al cuadrado de la distancia. Hooke termina esa carta diciendo: “No dudo que usted, con su excelente método, encontrará fácilmente cuál ha de ser esta curva.”

En 1684 Newton informó a su amigo Edmund Halley de que había resuelto el problema de la fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Newton redactó estos cálculos en el tratado De Motu y los desarrolló ampliamente en el libro Philosophiae naturalis principia mathematica. Aunque muchos astrónomos no utilizaban las leyes de Kepler, Newton intuyó su gran importancia y las engrandeció demostrándolas a partir de su ley de la gravitación universal.

Sin embargo, la gravitación universal es mucho más que una fuerza dirigida hacia el Sol. Es también un efecto de los planetas sobre el Sol y sobre todos los objetos del Universo. Newton intuyó fácilmente a partir de su tercera ley de la dinámica que si un objeto atrae a un segundo objeto, este segundo también atrae al primero con la misma fuerza. Newton se percató de que el movimiento de los cuerpos celestes no podía ser regular. Afirmó: “los planetas ni se mueven exactamente en elipses, ni giran dos veces según la misma órbita”. Para Newton, ferviente religioso, la estabilidad de las órbitas de los planetas implicaba reajustes continuos sobre sus trayectorias impuestas por el poder divino.

Las leyes de la Dinámica[editar]

Artículo principal: Leyes de Newton

Otro de los temas tratados en los Principia fueron las tres leyes de la Dinámica o Leyes de Newton, en las que explicaba el movimiento de los cuerpos así como sus efectos y causas. Éstas son:

La primera ley de Newton o ley de la inercia

"Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar su estado"

En esta ley, Newton afirma que un cuerpo sobre el que no actúan fuerzas externas (o las que actúan se anulan entre sí) permanecerá en reposo o moviéndose a velocidad constante.

Esta idea, que ya había sido enunciada por Descartes y Galileo, suponía romper con la física aristotélica, según la cual un cuerpo sólo se mantenía en movimiento mientras actuara una fuerza sobre él.

La segunda ley de Newton o ley de la interacción y la fuerza

"El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime"

Esta ley explica las condiciones necesarias para modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. Según Newton estas modificaciones sólo tienen lugar si se produce una interacción entre dos cuerpos, entrando o no en contacto (por ejemplo, la gravedad actúa sin que haya contacto físico). Según la segunda ley, las interacciones producen variaciones en el momento lineal, a razón de

${\vec {F}}={\frac {d{\vec {p}}}{dt}}$

Siendo ${\vec {F}}$ la fuerza, $d{\vec {p}}$ el diferencial del momento lineal, ${dt}$ el diferencial del tiempo.

La segunda ley puede resumirse en la fórmula

${\vec {F}}={m}{\vec {a}}$

siendo ${\vec {F}}$ la fuerza (medida en newtons) que hay que aplicar sobre un cuerpo de masa m para provocar una aceleración ${\vec {a}}$ .

La tercera ley de Newton o ley de acción-reacción

"Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos"

Esta ley se refleja constantemente en la naturaleza: la sensación de dolor que se siente al golpear una mesa, puesto que la mesa ejerce una fuerza sobre ti con la misma intensidad; el impulso que consigue un nadador al ejercer una fuerza sobre el borde de la piscina, siendo la fuerza que le impulsa la reacción a la fuerza que él ha ejercido previamente.

Actuación política[editar]

En 1687 defendió los derechos de la Universidad de Cambridge contra el impopular rey Jacobo II, que intentó transformar la universidad en una institución católica. Como resultado de la eficacia que demostró en esa ocasión fue elegido miembro del Parlamento en 1689 cuando el rey fue destronado y obligado a exiliarse. Mantuvo su escaño durante varios años sin mostrarse muy activo durante los debates. Durante este tiempo prosiguió sus trabajos de química. Se dedicó también al estudio de la hidrostática y de la hidrodinámica, además de construir telescopios.

Después de haber sido profesor durante cerca de treinta años, Newton abandonó su puesto para aceptar la responsabilidad de Director de la Moneda en 1696. Durante este periodo fue un incansable perseguidor de falsificadores, a los que enviaba a la horca, y propuso por primera vez el uso del oro como patrón monetario. Durante los últimos treinta años de su vida, abandonó prácticamente toda actividad científica y se consagró progresivamente a los estudios religiosos. Fue elegido presidente de la Royal Society en 1703 y reelegido cada año hasta su muerte. En 1705 fue nombrado caballero por la reina Ana, como recompensa a los servicios prestados a Inglaterra.

Alquimia[editar]

Newton dedicó muchos esfuerzos al estudio de la alquimia. Escribió más de un millón de palabras sobre este tema, algo que tardó en saberse ya que la alquimia era ilegal en aquella época. Como alquimista, Newton firmó sus trabajos como Jeova Sanctus Unus, que se interpreta como un lema anti-trinitario: Jehová único santo, siendo además un anagrama del nombre latinizado de Isaac Newton, Isaacus Neuutonus - Ieova Sanctus Unus.

El primer contacto que tuvo con la alquimia fue a través de Isaac Barrow y Henry More, intelectuales de Cambridge. En 1669 redactó dos trabajos sobre la alquimia, Theatrum Chemicum y The Vegetation of Metals. En este mismo año fue nombrado profesor Lucasiano de Cambridge. También es conocida su aficiliación a la Rosacruz^{[cita requerida]} figurando sus notas en el margen de una edición original de la Fama Fraternitatis.

En 1680 empezó su más extenso escrito alquímico, Index Chemicus, el cual sobresale por su gran organización y sistematización. En 1692 escribió dos ensayos, de los que sobresale De Natura Acidorum, en donde discute la acción química de los ácidos por medio de la fuerza atractiva de sus moléculas. Es interesante ver cómo relaciona la alquimia con el lenguaje físico de las fuerzas.

Durante la siguiente década prosiguió sus estudios alquímicos escribiendo obras como Ripley Expounded, Tabula Smaragdina y el más importante Praxis, que es un conjunto de notas de Triomphe Hermétique de Didier, libro francés cuya única traducción es del mismo Newton.

Cabe mencionar que desde joven Newton desconfiaba de la medicina oficial y usaba sus conocimientos para automedicarse. Muchos historiadores consideran su uso de remedios alquímicos como la fuente de numerosos envenenamientos que le produjeron crisis nerviosas durante gran parte de su vida. Vivió, sin embargo, 84 años.

Teología[editar]

Newton fue profundamente religioso toda su vida. Hijo de padres puritanos, dedicó más tiempo al estudio de la Biblia que al de la ciencia. Un análisis de todo lo que escribió Newton revela que de unas 3.600.000 palabras solo 1.000.000 se dedicaron a las ciencias, mientras que unas 1.400.000 tuvieron que ver con teología.^[45] Se conoce una lista de cincuenta y ocho pecados que escribió a los 19 años en la cual se puede leer"Amenazar a mi padre y madre Smith con quemarlos y a la casa con ellos".

Newton era arrianista^[46] y creía en un único Dios, Dios Padre. En cuanto a los trinitarios, creía que habían cometido un fraude a las Sagradas Escrituras y acusó a la Iglesia Católica Romana de ser la bestia del Apocalipsis. Por estos motivos se entiende por qué eligió firmar sus más secretos manuscritos alquímicos como Jehová Sanctus Unus: Jehová Único Dios. Relacionó sus estudios teológicos con los alquímicos y creía que Moisés había sido un alquimista. Su ideología antitrinitaria le causó problemas, ya que estudiaba en el Trinity College en donde estaba obligado a sostener la doctrina de la Trinidad. Newton viajó a Londres para pedirle al rey Carlos II que lo dispensara de tomar las órdenes sagradas y su solicitud le fue concedida.

Cuando regresó a Cambridge inició su correspondencia con el filósofo John Locke. Newton tuvo la confianza de confesarle sus opiniones acerca de la Trinidad y Locke le incitó a que continuara con sus manuscritos teológicos. Entre sus obras teológicas, algunas de las más conocidas son An Historical Account of Two Notable Corruption of Scriptures, Chronology of Ancient Kingdoms Atended y Observations upon the Prophecies. Newton realizó varios cálculos sobre el"Día del Juicio Final", llegando a la conclusión de que este no sería antes del año 2060.

Relación con otros científicos contemporáneos[editar]

En 1687, Isaac Newton publicó sus Principios matemáticos de la filosofía natural. Editados 22 años después de la Micrografía de Hooke, describían las leyes del movimiento, entre ellas la ley de la gravedad. Pero lo cierto es que, como indica Allan Chapman, Robert Hooke “había formulado antes que Newton muchos de los fundamentos de la teoría de la gravitación”. La labor de Hooke también estimuló las investigaciones de Newton sobre la naturaleza de la luz.

Por desgracia, las disputas en materia de óptica y gravitación agriaron las relaciones entre ambos hombres. Newton llegó al extremo de eliminar de sus Principios matemáticos toda referencia a Hooke. Un especialista asegura que también intentó borrar de los registros las contribuciones que éste había hecho a la ciencia. Además, los instrumentos de Hooke —muchos elaborados artesanalmente—, buena parte de sus ensayos y el único retrato auténtico suyo se esfumaron una vez que Newton se convirtió en presidente de la Sociedad Real. A consecuencia de lo anterior, la fama de Hooke cayó en el olvido, un olvido que duraría más de dos siglos, al punto que no se sabe hoy día donde se halla su tumba.

Últimos años[editar]

Estatua de Newton en el Trinity College.

Los últimos años de su vida se vieron ensombrecidos por la desgraciada controversia, de envergadura internacional, con Leibniz a propósito de la prioridad de la invención del nuevo análisis. Acusaciones mutuas de plagio, secretos disimulados en criptogramas, cartas anónimas, tratados inéditos, afirmaciones a menudo subjetivas de amigos y partidarios de los dos gigantes enfrentados, celos manifiestos y esfuerzos desplegados por los conciliadores para aproximar a los clanes adversos, sólo terminaron con la muerte de Leibniz en 1716.

Padeció durante sus últimos años diversos problemas renales, incluyendo atroces cólicos nefríticos, sufriendo uno de los cuales moriría -tras muchas horas de delirio- la noche del 31 de marzo de 1727 (calendario gregoriano). Fue enterrado en la abadía de Westminster junto a los grandes hombres de Inglaterra.

No sé cómo puedo ser visto por el mundo, pero en mi opinión, me he comportado como un niño que juega al borde del mar, y que se divierte buscando de vez en cuando una piedra más pulida y una concha más bonita de lo normal, mientras que el gran océano de la verdad se exponía ante mí completamente desconocido.

Fue respetado durante toda su vida como ningún otro científico, y prueba de ello fueron los diversos cargos con que se le honró: en 1689 fue elegido miembro del Parlamento, en 1696 se le encargó la custodia de la Casa de la Moneda, en 1703 se le nombró presidente de la Royal Society y finalmente en 1705 recibió el título de Sir de manos de la Reina Ana.

La gran obra de Newton culminaba la revolución científica iniciada por Nicolás Copérnico (1473-1543) e inauguraba un período de confianza sin límites en la razón, extensible a todos los campos del conocimiento.

Escritos[editar]

Method of Fluxions (1671)
Philosophiae naturalis principia mathematica (1687)
Opticks (1704)
Arithmetica universalis (1707)

Véase también[editar]

Movimiento (física)[editar]

En mecánica, el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición en el espacio que experimentan los cuerpos de un sistema con respecto a ellos mismos o a otro cuerpo que se toma como referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.

La descripción y estudio del movimiento de un cuerpo exige determinar su posición en el espacio en función del tiempo. Para ello es necesario un stema de referencia o referencial.

Historia del concepto físico[editar]

Las cuestiones acerca de las causas del movimiento surgieron en la mente del hombre hace más de 25 siglos, pero las respuestas que hoy conocemos no se desarrollaron hasta los tiempos de Galileo Galilei (1564–1642) y Sir. Issac Newton (1642–1727).

Anaximandro pensaba que la naturaleza procedía de la separación, por medio de un eterno movimiento, de los elementos opuestos (por ejemplo, (frio-calor), que estaban encerrados en algo llamado m

Texto de encabezado[editar]

ateria primordial.

Demócrito decía que la naturaleza está formada por piezas indivisibles de materia llamadas átomos, y que el movimiento era la principal característica de éstos, siendo el movimiento un cambio de lugar en el espacio.
Aristóteles rechaza el determinismo mecanicista de Demócrito y la idea atomística con el argumento de que no puede existir el vacío subyacente entre las partículas. Según la doctrina aristotélica, la materia está constituida de forma continua, es decir, que no puede dividirse en partes irreductibles. Aristóteles define el movimiento, lo dinámico (το δυνατόν) como la realización (acto) de una capacidad o posibilidad de ser (potencia) en tanto que se está actualizando. Si estoy sentado (acto) y tengo la posibilidad (potencia) de estar de pie, el movimiento consistirá en el paso de la posibilidad ( potencia de estar de pie) al hecho de estar de pie (acto) mientras dura el proceso. El movimiento acaba cuando ya estoy de pie (acto).
Epícuro, un total atomista, se da a la tarea de retomar el concepto de átomo, de Democrito, y de la energía, de Aristóteles, definiendo a la energía como indeterminación absoluta de la materia, lo que comprendemos como materia no másica y a los cuerpos como determinación absoluta de la materia, lo que comprendemos como materia másica. Recordemos que Epícuro es el primer físico absoluto, de ahí se dan dos importantes rasgos, que los cuerpos percibidos son materiales y que la energía, que provoca el movimiento en estos, también es material.

La importancia de esta tesis, epicúrea, es inconmensurable en la historia de la física, debido a que resuelve las problemáticas de las tesis expuestas antes de esta, y posteriormente tiene influencia en la física, sobre todo a partir de los s.XVI y s.XVII, gracias al redescubrimiento de Poggio Bracciolini y de Pierre Gassendi de las obras de Epícuro. Un ejemplo claro de influencia esta en Isaac Newton, que de hecho desvirtuó la teoría, llegando así a errores en su Ley de gravitación universal, un error claro es el fundamento que da al movimiento en la gravedad, analógicamente comparado con el determinismo mecanicista de Demócrito. Quienes que confirmaron definitivamente, con sus trabajos, la tesis de Epícuro fueron Max Planck y Albert Einstein, después de veintiún siglos de duda sobre la tesis de Epícuro.

Lucrecio, para evitar el determinismo mecanicista, ya criticado por Aristóteles, toma el pensamiento de Epicuro e introduce la tesis de que los átomos caen en el vacío y experimentan por sí mismos una declinación que les permite encontrarse. De esta forma se trata de imponer un cierto orden a la idea original que suponía que las cosas se formaban con un movimiento caótico de átomos.
A partir de Galileo, los hombres de ciencia comenzaron a desarrollar técnicas de análisis que permitían una descripción cuantificable del fenómeno.

Estudios del movimiento[editar]

El gran filósofo griego Aristóteles (384 a. C. – 322 a. C.) propuso explicaciones sobre lo que ocurría en la naturaleza, considerando las observaciones que hacía de las experiencias cotidianas y sus razonamiento, aunque no se preocupaba por comprobar sus afirmaciones. Aristóteles formuló su teoría sobre la caída de los cuerpos afirmando que los más pesados caían más rápido que los más ligeros, es decir entre más peso tengan los cuerpos más rápido caen. Esta teoría fue aceptada por casi dos mil años hasta que en el siglo XVII Galileo realiza un estudio más cuidadoso sobre el movimiento de los cuerpos y su caída, sobre la cual afirmaba:"cualquier velocidad, una vez impartida a un cuerpo se mantendrá constantemente, en tanto no existan causas de aceleración o retardamiento, fenómeno que se observará en planos horizontales donde la fricción se haya reducido al mínimo" Esta afirmación lleva consigo el principio de la inercia de Galileo la cuál brevemente dice: "Si no se ejerce ninguna fuerza sobre un cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá en linea recta con velocidad constante" El fue estudiando los movimientos de diversos objetos en un plano inclinado y observó que en el caso de planos con pendiente descendente a una causa de aceleración, mientras que en los planos con pendiente ascendente hay una causa de retardamiento. De esta experiencia razonó que cuando las pendientes de los planos no son descendentes ni ascendentes no debe haber aceleración ni retardamiento por lo que llegó a la conclusión de que cuando el movimiento es a lo largo de un plano horizontal debe ser permanente. Galileo hizo un estudio para comprobar lo que había dicho Aristóteles acerca de la caída de los cuerpos, para hacerlo se subió a lo más alto de la torre de Pisa y soltó dos objetos de distinto peso; y observó que los cuerpos caen a la misma velocidad sin importar su peso, así que quedo descartada la teoría de la caída de los cuerpos de Aristóteles.

Leyes del movimento[editar]

Leyes de Newton[editar]

Artículo principal: Leyes de Newton

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo.

En tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones y la validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.

Los estudios que el realizó se pueden definir con las siguientes tres leyes que postuló:

Primera ley de Newton o Ley de la inercia[editar]

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como esta a la fricción.

En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.

Segunda ley de Newton o Ley de fuerza[editar]

La segunda ley del movimiento de Newton dice:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.

Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción[editar]

La Tercera ley de Newton afirma:

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido.

Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.

Mecánica[editar]

La **Mecánica** comprende el estudio de las máquinas (Polea simple fija).

Artículo principal: Mecánica

La mecánica (Griego Μηχανική y de latín mechanìca o arte de construir una máquina) es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales:

La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.

Mecánica clásica[editar]

Artículo principal: Mecánica clásica

La mecánica clásica es una formulación de la mecánica para describir mediante leyes el comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.

Existen varias formulaciones diferentes, de la mecánica clásica para describir un mismo fenómeno natural, que independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan llegan a la misma conclusión.

La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también se le conoce con el gentilicio de newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en relación a un observador a velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. Fue construida en un principio para una sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio. Se basa en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relación causal: la fuerza y la acción de la fuerza, medida por la variación del momentum (cantidad de movimiento). El análisis y síntesis de fuerzas y momentos constituye el método básico de la mecánica vectorial. Requiere del uso privilegiado de sistemas de referencia inercial.

La mecánica analítica (analítica en el sentido matemático de la palabra y no filosófico). Sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas (menos oscuras según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero ahora escalares, que son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analíticamente las ecuaciones de movimiento.

Mecánica cuántica[editar]

Artículo principal: Mecánica cuántica

La mecánica cuántica^[47]^[48] es una de las ramas principales de la física, y uno de los más grandes avances del siglo XX para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe en su visión más ortodoxa, cómo cualquier sistema físico, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados autoestados de vector y valor propio. De esta forma la mecánica cuántica explica y revela la existencia del átomo y los misterios de la estructura atómica tal cual hoy son entendidos; lo que por otra parte, la física clásica, y más propiamente todavía la mecánica clásica, no podía explicar debidamente los fenómenos actualmente observados por los científicos.

De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones.^[49] La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría electrodébil dentro del modelo estándar)^[50] y más generalmente, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuantificar ha sido la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, los núcleos y las partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista), pero también en teoría de la información, criptografía y química.

Cinemática[editar]

Una masa colgada de un muelle se mueve con un movimiento armónico simple.

Artículo principal: Cinemática

La Cinemática (del griego κινεω, kineo, movimiento) es la rama de la mecánica clásica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo.

En la Cinemática se utiliza un sistema de coordenadas para describir las trayectorias, denominado sistema de referencia. La velocidad es el ritmo con que cambia la posición un cuerpo. La aceleración es el ritmo con que cambia su velocidad. La velocidad y la aceleración son las dos principales cantidades que describen cómo cambia su posición en función del tiempo.

Cinemática clásica y sus Fundamentos[editar]

La Cinemática trata del estudio del movimiento de los cuerpos en general, y, en particular, el caso simplificado del movimiento de un punto material. Para sistemas de muchas partículas, tales como los fluidos, las leyes de movimiento se estudian en la mecánica de fluidos. El movimiento trazado por una partícula lo mide un observador respecto a un sistema de referencia. Desde el punto de vista matemático, la Cinemática expresa cómo varían las coordenadas de posición de la partícula (o partículas) en función del tiempo. La función que describe la trayectoria recorrida por el cuerpo (o partícula) depende de la velocidad (la rapidez con la que cambia de posición un móvil) y de la aceleración (variación de la velocidad respecto del tiempo).

El movimiento de una partícula (o cuerpo rígido) se puede describir según los valores de velocidad y aceleración, que son magnitudes vectoriales.

Si la aceleración es nula, da lugar a un movimiento rectilíneo uniforme y la velocidad permanece constante a lo largo del tiempo.
Si la aceleración es constante con igual dirección que la velocidad, da lugar al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y la velocidad variará a lo largo del tiempo.
Si la aceleración es constante con dirección perpendicular a la velocidad, da lugar al movimiento circular uniforme, donde el módulo de la velocidad es constante, cambiando su dirección con el tiempo.
Cuando la aceleración es constante y está en el mismo plano que la velocidad y la trayectoria, tenemos el caso del movimiento parabólico, donde la componente de la velocidad en la dirección de la aceleración se comporta como un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, y la componente perpendicular se comporta como un movimiento rectilíneo uniforme, generándose una trayectoria parabólica al componer ambas.
Cuando la aceleración es constante pero no está en el mismo plano que la velocidad y la trayectoria, se observa el efecto de Coriolis.
En el movimiento armónico simple se tiene un movimiento periódico de vaivén, como el del péndulo, en el cual un cuerpo oscila a un lado y a otro desde la posición de equilibrio en una dirección determinada y en intervalos iguales de tiempo. La aceleración y la velocidad son funciones, en este caso, sinusoidales del tiempo.

Al considerar el movimiento de traslación de un cuerpo extenso, en el caso de ser rígido, conociendo como se mueve una de las partículas, se deduce como se mueven las demás. Así basta describir el movimiento de una partícula puntual tal como el centro de masa del cuerpo para especificar el movimiento de todo el cuerpo. En la descripción del movimiento de rotación hay que considerar el eje de rotación respecto del cual rota el cuerpo y la distribución de partículas respecto al eje de giro. El estudio del movimiento de rotación de un sólido rígido suele incluirse en la temática de la mecánica del sólido rígido por ser más complicado. Un movimiento interesante es el de una peonza, que al girar puede tener un movimiento de precesión y de nutación

Cuando un cuerpo posee varios movimientos simultáneamente, tal como uno de traslación y otro de rotación, se puede estudiar cada uno por separado en el sistema de referencia que sea apropiado para cada uno, y luego, superponer los movimientos.

Transformaciones de la energía mecánica[editar]

En la naturaleza se realizan diferentes transformaciones de energía. Los seres humanos siempre han necesitado energía para mover los objetos. Cuando se logra que un objeto se mueva o cambie de lugar, decimos que se produce un trabajo mecánico. Los alimentos son la fuente de energía que las personas necesitan y requieren para aplicar una fuerza y así mismo mover un objeto o cuerpo, y algunas máquinas necesitan la energía química de los combustibles como la gasolina o el diesel para poder funcionar y mover un objeto y así mismo generar el trabajo.

Cuanta más energía posea un objeto, este tendrá mayor capacidad de realizar un trabajo

Al girar de las ruedas, al fluir el agua, el vuelo de las aves, el galopar de un caballo, al correr una persona, todos los movimentos sin excepción son manifestaciones de una forma de energía activa, que permite el movimento, por lo que es llamada energía cinética.

Los cuerpos no siempre estan en movimiento y no quiere decir que estos no tengan energía, al contrario si la hay por lo que se llama energía potencial. Por ejemplo un automóvil situado en la cumbre de una montaña parado este posee energía potencial debido a su posición y su reposo, sin embargo al descender esa energía potencial se convertirá en energía cinética ya que el automóvil cambio de un estado de reposo a un estado en movimiento.

La energía potencial se expresa:

E_p = m . g . h

Energía Potencial = masa x gravedad x altura

Trabajo[editar]

Trabajo realizado por una fuerza constante.

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza se define como el producto de ésta por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forman el uno con el otro.^[51] El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra $\ W$ (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Matemáticamente se expresa como:

$W={\vec {F}}\cdot {\vec {d}}=Fd\cos \alpha$

Donde $\ W$ es el trabajo mecánico, $\ F$ es la magnitud de la fuerza, $\ d$ es el desplazamiento y $\ \alpha$ es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento (véase dibujo).

Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Registro del movimiento[editar]

La tecnología hoy en día nos ofrece muchas formas de registrar el movimiento efectuado por un cuerpo. Así, para medir la velocidad se dispone del radar de tráfico cuyo funcionamiento se basa en el efecto Doppler. El taquímetro es un indicador de la velocidad de un vehículo basado en la frecuencia de rotación de las ruedas. Los caminantes disponen de podómetros que detectan las vibraciones características del paso y, suponiendo una distancia media característica para cada paso, permiten calcular la distancia recorrida. El vídeo, unido al análisis informático de las imágenes, permite igualmente determinar la posición y la velocidad de los vehículos.

Movimiento molecular[editar]

Artículo principal: Dinámica molecular

Ejemplo de de una simulación de un sistema simple por el método de dinámica molecular: deposición de un Átomo de Cu en una superficie de Cu (001). Cada círculo ilustra la posición de un átomo; note que las verdaderas interacciones atómicas usadas en simulación son más complejas que las bidimensionales mostradas en la figura.

La Dinámica Molecular (DM) es una técnica de simulación en la que se permite que átomos y moléculas interactúen por un período, permitiendo una visualización del movimiento de las partículas. Originalmente fue concebida dentro de la física teórica, aunque hoy en día se utiliza sobre todo en biofísica y ciencia de materiales. Su campo de aplicación va desde superficies catalíticas hasta sistemas biológicos como las proteínas. Si bien los experimentos de cristalografía de rayos X permiten tomar"fotografías estáticas" y la técnica de RMN nos da indicios del movimiento molecular, ningún experimento es capaz de acceder a todas las escalas de tiempo involucradas. Resulta tentador, aunque no es enteramente correcto, describir a la DM como un"microscopio virtual" con alta resolución espacial y temporal.

En general, los sistemas moleculares son complejos y consisten de un gran número de partículas, por lo cual sería imposible encontrar sus propiedades de forma analítica. Para evitar este problema, la DM utiliza métodos numéricos. La DM representa un punto intermedio entre los experimentos y la teoría. Puede ser entendida como un experimento en la computadora.

Sabemos que la materia está constituida de partículas en movimiento e interacción al menos desde la época de Boltzmann en el siglo XIX. Pero muchos aún se imaginan a las moléculas como los modelos estáticos de un museo. Richard Feynman dijo en 1963 que"todo lo que hacen los seres vivos puede ser entendido a través de los saltos y contorsiones de los átomos.

Una de las contribuciones más importantes de la dinámica molecular es crear conciencia de que el DNA y las proteínas son máquinas en movimiento. Se le utiliza para explorar la relación entre estructura, movimiento y función.

La dinámica molecular es un campo multidisciplinario. Sus leyes y teorías provienen de las Matemáticas, Física y Química. Emplea algoritmos de las Ciencias de la Computación y Teoría de la información. Permite entender a los materiales y las moléculas no cómo entidades rígidas, sino como cuerpos animados. También se le ha llamado"estadística mecánica numérica" o"la visión de Laplace de la mecánica Newtoniana", en el sentido de predecir el futuro al animar las fuerzas de la naturaleza.

Para utilizar esta técnica de forma correcta, es importante entender las aproximaciones utilizadas y evitar caer en el error conceptual de que estamos simulando el comportamiento real y exacto de un sistema molecular. La integración de las ecuaciones de movimiento están mal condicionadas, lo cual genera errores numéricos acumulativos, que pueden ser minimizados seleccionando apropiadamente los algoritmos, pero no eliminados del todo. Por otro lado, las interacciones entre las partículas se modelan con un campo de fuerza aproximado, que puede o no ser adecuado dependiendo del problema que queremos resolver. De cualquier forma, la dinámica molecular nos permite explorar su comportamiento representativo en el espacio fásico.

En la DM, hay que balancear el costo computacional y la fiabilidad en los resultados. En la DM clásica se utilizan las Ecuaciones de Newton, cuyo costo computacional es mucho menor que el de las de la mecánica cuántica. Es por ello que muchas propiedades que pueden resultar de interés, como la formación o ruptura de enlace= no puedan ser estudiadas mediante este método ya que no contempla estados excitados o reactividad.

Existen métodos híbridos denominados QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) en los que un centro reactivo es tratado de modo cuántico mientras que el ambiente que lo rodea se trata de modo clásico. El desafío en este tipo de métodos resulta en la definición de manera precisa de la interacción entre los dos formas de describir el sistema...

El resultado de una simulación de dinámica molecular son las posiciones $X$ y velocidades $V$ de cada átomo de la molécula, para cada instante en el tiempo discretizado. A esto se le llama trayectoria.

Ecuaciones de movimiento en mecánica clásica[editar]

Artículo principal: Ecuacion del movimiento

Históricamente el primer ejemplo de ecuación del movimiento que se introdujo en física fue la segunda ley de Newton para sistemas físicos compuestos de agregados partículas materiales puntuales. En estos sistemas el estado dinámico de un sistema quedaba fijado por la posición y velocidad de todas las partículas en un instante dado. Hacia finales del siglo XVIII se introdujo la mecánica analítica o racional, como generalización de las leyes de Newton aplicables a sistemas de referencia inerciales. Se concibieron dos enfoques básicamente equivalentes conocidos como mecánica lagrangiana y mecánica hamiltoniana, que pueden llegar a un elevado grado de abstracción y formalización. Los ejemplos clásicos de ecuación del movimiento más conocidos son:

La segunda ley de Newton que se usa en mecánica newtoniana: $m{\frac {d^{2}\mathbf {r} }{dt^{2}}}-\mathbf {F} =0$
Las ecuaciones de Euler-Lagrange que aparecen en mecánica lagrangiana: ${\frac {d}{dt}}\left({\frac {\partial L(q_{i},{\dot {q}}_{i})}{\partial {\dot {q}}_{i}}}\right)-{\frac {\partial L(q_{i},{\dot {q}}_{i})}{\partial q_{i}}}=0$
Las ecuaciones de Hamilton que aparecen en mecánica hamiltoniana: ${\frac {dq_{i}}{dt}}={\frac {\partial H(p_{i},q_{i})}{\partial p_{i}}}\qquad {\frac {dp_{i}}{dt}}=-{\frac {\partial H(p_{i},q_{i})}{\partial q_{i}}}$

Cantidad de movimiento en mecánica clásica[editar]

Artículo principal: Cantidad de movimiento

Mecánica newtoniana[editar]

Artículo principal: Mecánica newtoniana

Históricamente el concepto de cantidad de movimiento surgió en el contexto de la mecánica newtoniana en estrecha relación con el concepto de velocidad y el de masa. En mecánica newtoniana se define la cantidad de movimiento lineal como el producto de la masa por la velocidad:

{\vec {p}}=m{\vec {v}}

La idea intuitiva tras esta definición está en que la"cantidad de movimiento" dependía tanto de la masa como de la velocidad: si se imagina una mosca y un camión, ambos moviéndose a 40 km/h, la experiencia cotidiana dice que la mosca es fácil de detener con la mano mientras que el camión no, aunque los dos vayan a la misma velocidad. Esta intuición llevó a definir una magnitud que fuera proporcional tanto a la masa del objeto móvil como a su velocidad.

Mecánica lagrangiana y hamiltoniana[editar]

Artículo principal: Mecánica hamiltoniana

En las formulaciones más abstractas de la mecánica clásica, como la mecánica lagrangiana y la mecánica hamiltoniana, además del momento lineal y del momento angular se pueden definir otros momentos, llamados momentos generalizados o momentos conjugados, asociados a cualquier tipo de coordenada generalizada. Se generaliza así la noción de momento.

Si se tiene un sistema mecánico definido por su lagrangiano L definido en términos de las coordenadas generalizadas (q₁,q₂,...,q_N) y las velocidades generalizadas, entonces el momento conjugado de la coordenada q_i viene dado por:

p_{i}={\frac {\partial L}{\partial {\dot {q}}_{i}}}

Cuando la coordenada q_i es una de las coordenadas de un sistema de coordenadas cartesianas, el momento conjugado coincide con una de las componentes del momento lineal, y, cuando la coordenada generalizada representa una coordenada angular o la medida de un ángulo, el momento conjugado correspondiente resulta ser una de las componentes del momento angular.

Cantidad de movimiento de un medio continuo[editar]

Artículo principal: Campo vectorial

Si estamos interesados en averiguar la cantidad de movimiento de, por ejemplo, un fluido que se mueve según un campo de velocidades es necesario sumar la cantidad de movimiento de cada partícula del fluido, es decir, de cada diferencial de masa o elemento infinitesimal:

{\vec {p}}=\int _{m}{\vec {v}}dm

Tipos de movimiento[editar]

Movimiento rectilíneo uniforme[editar]

Artículo principal: Movimiento rectilíneo

Un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta y uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, es decir, su aceleración es nula. Esto implica que la velocidad media entre dos instantes cualesquiera siempre tendrá el mismo valor. Además la velocidad instantánea y media de este movimiento coincidirán.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado[editar]

Artículo principal: Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

El Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado es aquél en el que un cuerpo se desplaza sobre una recta con aceleración constante. Esto implica que en cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del cuerpo tendrá siempre el mismo valor. Por ejemplo la caída libre de un cuerpo, con aceleración de la gravedad constante.

Movimiento circular[editar]

Artículo principal: Movimiento circular

El movimiento circular es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria será una circunferencia. Si, además, la velocidad de giro es constante, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio fijo y velocidad angular constante.

No se puede decir que la velocidad es constante ya que, al ser una magnitud vectorial esta tiene módulo, dirección y sentido: el módulo de la velocidad permanece constante durante todo el movimiento pero la dirección está constantemente cambiando, siendo en todo momento tangente a la trayectoria circular. Esto implica la presencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, si varía su dirección.

Movimiento ondulatorio[editar]

Artículo principal: Movimiento ondulatorio

Se denomina movimiento ondulatorio al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una ondulacion. Se corresponde con la trayectoria ideal de un cuerpo que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. También es posible demostrar que puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos, un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

Movimiento parabólico[editar]

Artículo principal: Movimiento parabólico

Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un cuerpo que se mueve en un medio, que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. También es posible demostrar que puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos, un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

Péndulo simple en movimiento armónico con oscilaciones pequeñas.

Movimiento Pendular[editar]

Artículo principal: Movimiento pendular

El movimiento pendular es una forma de desplazamiento que presentan algunos sistemas físcos como aplicación practica al movimiento armónico simple. A continuación hay tres características del movimiento pendular que son: péndulo simple, péndulo de torsión y péndulo físico.

Péndulo simple[editar]

Artículo principal: Péndulo

El sistema físico llamado péndulo simple esta constituido por una masa puntual '"m"' suspendida de un hilo inextensible y sin peso que oscila en el vacio en ausencia de fuerza de rozamientos. Dicha masa se desplaza sobre un arco circular con movimiento periódico. Esta definición corresponde a un sistema teórico que en la práctica se sustituye por una esfera de masa reducida suspendida de un filamento ligero.

Péndulo de torsión[editar]

Artículo principal: Péndulo de torsión

Un péndulo de torsión es cuando que un cuerpo se desplaza con movimiento armónico de rotación en torno a un eje fijo cuando su ángulo de giro resulta función sin un tiempo específico y el cuerpo se encuentra sometido a una fuerza recuperadora cuyo momento es proporcional a la elongación angular.

Péndulo físico[editar]

Artículo principal: Péndulo físico

El péndulo físico, también llamado péndulo compuesto, es un sistema integrado por un sólido de forma irregular, donde el cuerpo esta en torno a un punto o a un eje fijo, y que oscila solamente por acción de su peso, que no pasa por su centro de masa.

Movimiento armónico simple[editar]

Artículo principal: Movimiento armónico simple

El movimiento armónico simple (se abrevia m.a.s.), también denominado movimiento vibratorio armónico simple (abreviado m.v.a.s.), es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico, pero no un m.a.s..

En el caso de que la trayectoria sea rectilínea, la partícula que realiza un m.a.s. oscila alejándose y acercándose de un punto, situado en el centro de su trayectoria, de tal manera que su posición en función del tiempo con respecto a ese punto es una sinusoide. En este movimiento, la fuerza que actúa sobre la partícula es proporcional a su desplazamiento respecto a dicho punto y dirigida hacia éste.

Características del movimiento[editar]

Trayectoria[editar]

Artículo principal: Trayectoria

Es el lugar geométrico de las posiciones sucesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento. La trayectoria depende del sistema de referencia en el que se describa el movimiento; es decir el punto de vista del observador. tambien es todo el recorrido que un cuerpo humano puede recorrer

Desplazamiento[editar]

Artículo principal: Desplazamiento

Es la longitud del camino recorrido por un cuerpo y corresponde a la distancia que hay entre un punto inicial y el final de su trayectoria; está representado por la longitud de la línea recta que une el punto inicial con el punto final. Tambien podemos mencionar que es el camino o linea que describe un cuerpo en movimiento, es decir, cuando un cuerpo se mueve de un lugar a otro.

Dirección[editar]

Artículo principal: Dirección

Es el angulo que forma la trayectoria con un eje imaginario que, por lo general es de forma horizontal.

Velocidad[editar]

Artículo principal: Velocidad

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. En el lenguaje cotidiano empleamos las palabras rapidez y velocidad de manera indistinta. En física hacemos una distinción entre ellas. De manera muy sencilla, la diferencia es que la velocidad es una rapidez en una dirección determimada. Cuando decimos que un auto viaja a 60 km/hora estamos indicando su rapidez. Pero si decimos que un auto se desplaza a 60 km/h hacia el norte estamos especificando su velocidad. La rapidez describe qué tan aprisa se desplaza un objeto; la velocidad nos dice que tan aprisa lo hace y en que dirección.

Velocidad = Desplazamiento / tiempo

Rapidez[editar]

Artículo principal: Rapidez

La rapidez o también llamada celeridad es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla. Un auto, por ejemplo, recorre un cierto número de kilómetros en una hora que puede ser de 110km/h. La rapidez es una medida de que tan veloz se mueve un objeto. Es la razón de cambio a la que se recorre la distancia, ya que la expresión razón de cambio indica que estamos dividiendo alguna cantidad entre el tiempo, por lo tanto, la rapidez se mide siempre en términos de una unidad de distancia divida entre una unidad de tiempo.

Rapidez = Distancia recorrida / tiempo

Aceleración[editar]

Artículo principal: Aceleración

En física el término aceleración es una magnitud vectorial que se aplica tanto a los aumentos como a las dismninuciones de rapidez en una unidad de tiempo, por ejemplo, los frenos de un auto pueden producir grandes aceleraciones retardantes, es decir, pueden producir un gran decremento por segundo de su rapidez. A esto se le suele llamar desaceleración o aceleración negativa. El término aceleración se aplica tanto a cambios de rapidez como a cambios de dirección. Si recorres una curva con una rapidez constante de 50 km/h, sientes los efectos de la aceleración como una tendencia a inclinarte hacia el exterior de la curva (inercia). Puedes recorrer la curva con rapidez constante, pero tu velocidad, no es constante porque tu dirección cambia a cada instante, por lo tanto, tu estado de movimiento cambia, es decir, estás acelerando.

Aceleración = Rapidez / timepo

Sentido[editar]

Artículo principal: Sentido de circulación

Es aquel que determina si el cuerpo se ha movido hacia la derecha, la izquierda, arriba, abajo o incluso en otras direcciones, aunque esta también determina la dirección a la que dirige el cuerpo.

Energía[editar]

Artículo principal: Energía

En física, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo, se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo (movimiento), deformarlo o calentarlo. La energía no es un estado físico real, ni una"sustancia intangible" sino una magnitud escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo.

La energía se mide con la unidad "joule (J)".

Fuerza[editar]

Artículo principal: Fuerza

En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.

En el Sistema Internacional de Unidades, la fuerza se mide en "Newtons (N)".

Sonido[editar]

Artículo principal: Sonido

El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo jijiji.

Véase también[editar]

Cambio de estado[editar]

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en nuestro universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si descartamos la materia oscura).

Cambios de estado de agregación de la materia[editar]

A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia.

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El"punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia.

Solidificación: Es la conversión de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El"punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio; su valor es también específico.

Ebullición: La ebullición es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del líquido.

Evaporación: En física, la evaporación es un proceso por el cual una sustancia en estado líquido pasa al estado gaseoso, tras haber adquirido energía suficiente para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición.

La evaporación es rara pero importante e indispensable en la vida cuando se trata del agua, que se transforma en nube y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.

Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias es de que éstas no se transforman en otras sustancias ni sus propiedades, sólo cambía su estado físico.

Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y aprovechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente. Pero cuando hay un exceso en dichas transformaciones de fase del agua llegan a ser en este caso desastrosas para la vida en general ya que como bien sabemos todo exceso es malo.

Punto de fusión[editar]

Artículo principal: Punto de fusión

Puntos de fusión (en azul) y puntos de ebullición (en rosado) de los ocho primeros ácidos carboxilicos (°C).

El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido, es decir, se funde.

Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no podemos confundirlo con el punto de fusión). También se suele denominar fusión al efecto de licuar o derretir una sustancia sólida, congelada o pastosa, en líquida.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

Punto de ebullición[editar]

Artículo principal: Punto de ebullición

El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso, es decir se ebulle. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.

La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que lo componen).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno)

Termodinámica[editar]

Artículo principal: Termodinámica

La termodinámica (del griego θερμo-, termo, que significa"calor"^[52] y δύναμις, dínamis, que significa"fuerza")^[53] es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.^[54] Los cambios estudiados son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la imanación, el potencial químico, la fuerza electromotriz y el estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa"energía en tránsito" y dinámica se refiere al"movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo. También se introduce una magnitud llamada entropía,^[55] que mide el orden y el estado dinámico de los sistemas y tiene una conexión muy fuerte con la teoría de información.

Proceso isotérmico[editar]

Artículo principal: Proceso isotérmico

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Teoría cinética molecular[editar]

Los dos parámetros de los que depende que una sustancia o mezcla se encuentre en un estado o en otro son: temperatura y presión. La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo. Un aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen la fusion, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos.

Al calentar la sustancia la agitación de las partículas es mucho mayor, es decir, sube la temperatura. Hay que aclarar que la agitación no es la que provoca el calor, sino que la agitación es el propio calor. Si la sustancia es sólida y la agitación de sus partículas es suficiente, entonces la sustancia puede pasar de ser líquida a gaseosa, dependiendo del grado de agitación de las partículas, facilitando así la fusión, vaporización o sublimación de la sustancia.

Por el contrario al enfriar dicha sustancia la agitación de las partículas disminuye y permite realizar los cambios contrarios: solidificación, licuación o condensación, sublimación regresiva.[1]

En ninguno de los cambios de estado las partículas se quedan quietas. Cuando las partículas están en estado sólido, vibran; cuando reciben energía en forma de calor aumenta la energía de las vibraciones lo que se traduce como un aumento de temperatura. Llega un momento en el que la vibración es tan alta que vence las fuerzas que mantienen juntas a las partículas, y así se sucede el cambio de estado. De igual forma ocurre con el cambio de estado de líquido a gaseoso.

El calor necesario para que se produzca el cambio de estado de una sustancia se llama calor latente (L). Según el cambio de estado que sufra la sustancia puede ser, calor latente de fusión (L_f), calor latente de vaporización (Lv) o calor latente de sublimación (L_s). El calor latente puede calcuarse a partir de dos datos:

(a) la masa (m) de la sustancia que sufre el cambio de estado y

(b) la cantidad de calor (Q) necesaria para producir el cambio.

De acuerdo con la fórmula

$L={\frac {Q}{m}}$

Véase también[editar]

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Actualmente trabajo día con día para mejorar esta gran Enciclopedia que es Wikipedia, principalmente yo contribuyo ahora con lo que es mi campo que es la física, yo me caracteriso por escribir bien explicado lo artículos para que aquellos que no saben bien y no conocen los términos de la información planteada se les facilite entenderlos cosa que algunos artículos de esta Enciclopedia no tienen ya que lo que busco es hacer que más personas visitan y busquen informaión aquí en Wikipedia.

Actualmente estos artículos que ya les planteé son en los que más me esforzado y editado con mucha presición para que los entiendan mejor por eso propuse el artículo Movimiento (física) para artículo bueno.

Eso es todo y muchas gracias.

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↑ ^a ^b ^c ^d Knaack, M.S. : Encyclopedia of US Air Force aircraft and missile systems (Office of Air Force History, 1978
↑ El avión fue designado originalmente como AH"Super Demon", y más tarde como F4H. La designación de F-4 llegó en 1961 cuando los sistemas de designación de todas las ramas del ejército estadounidense fueron unificadas por orden de Robert McNamara. Dentro de McDonnell, el F-4 recibía el nombre de Modelo 98.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h McDonnell YF4H-1 Phantom II por Joseph F. Baugher (en inglés)
↑ David S. Lewis, Jr. : Personal Memoirs, 1993.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h Donald, D; Lake, J : McDonnell F-4 Phantom: Spirit in the Skies (AIRtime Publishing, 2002) ISBN 1-880588-31-5
↑ ^a ^b ^c F-4 Phantoms Phabulous 40th
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Green, W; Swanborough, G : The Great Book of Fighters (MBI Publishing, 2001) ISBN 0-7603-1194-3
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↑ La entropía se define en termodinámica clásica para sistemas que se encuentran en equilibrio termodinámico y fuera de él no tiene sentido. Sin embargo, para la termodinámica racional esta magnitud se postula para todo sistema termodinámico, independientemente de su estado de equilibrio.

[knaack-1] Knaack, M.S. : Encyclopedia of US Air Force aircraft and missile systems (Office of Air Force History, 1978

[2] El avión fue designado originalmente como AH"Super Demon", y más tarde como F4H. La designación de F-4 llegó en 1961 cuando los sistemas de designación de todas las ramas del ejército estadounidense fueron unificadas por orden de Robert McNamara. Dentro de McDonnell, el F-4 recibía el nombre de Modelo 98.

[Baugher-3] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h McDonnell YF4H-1 Phantom II por Joseph F. Baugher (en inglés)

[Lewis_1993-4] David S. Lewis, Jr. : Personal Memoirs, 1993.

[Donald_2002-5] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h Donald, D; Lake, J : McDonnell F-4 Phantom: Spirit in the Skies (AIRtime Publishing, 2002) ISBN 1-880588-31-5

[Boeing-6] F-4 Phantoms Phabulous 40th

[Green_2001-7] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Green, W; Swanborough, G : The Great Book of Fighters (MBI Publishing, 2001) ISBN 0-7603-1194-3

[seaf4loss-8] «Vietnam War Almanac» (PDF). AIR FORCE Magazine (Sept 2004). con atribución a USAF Operations Report, Nov. 30, 1973 (en inglés)

[Higham_1978-9] Higham, R.; Williams, C : Flying Combat Aircraft of USAAF-USAF (Vol.2) (Air Force Historical Foundation, 1978) ISBN 0-8138-0375-6

[10] McDonnell Douglas F-4S Phantom en Maps Air Museum (en inglés)

[ref_duplicada_1-11] Baugher, J. : McDonnell F-4 Phantom II

[12] Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos). «De Aristóteles a Ptolomeo». Consultado el 29 de enero de 2008.

[medioevo-13] Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos). «Ideas físicas en el Medioevo». Consultado el 29 de enero de 2008.

[14] Michael Fowler (1995). «Isaac Newton» (en inglés). Consultado el 31 de enero de 2008.

[15] Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos). «La física del siglo XVIII». Consultado el 01/02/2008.

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[XX-17] Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos). «La física del siglo XX». Consultado el 01/02/2008.

[clasica-18] Fernando O. Minotti (2004). «Apuntes de Mecánica Clásica». Consultado el 31 de enero de 2008.

[19] Shahen Hacyan (1995). Relatividad para principiantes. Fondo de Cultura Económica. ISBN 968-16-3152-8.

[20] «Conceptos básicos de Termodinámica». Consultado el 01/02/2008.

[21] «teoría cinética de los gases». Consultado el 01/02/2008.

[particulas-22] Ma Jose Guerrero (Instituto de Física Teórica UAM). «Partículas elementales». Consultado el 03/02/2008.

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[28] Westfall, pag. 25

[29] Westfall, pag. 30

[30] Westfall, pag. 35

[31] Westfall, pag. 34

[32] Westfall, pag. 35

[33] Westfall, pag. 36

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[Westfall37-37] Westfall, pag. 37

[38] Westfall, pag. 58

[39] Westfall, pag. 38

[40] Westfall, pag. 38

[41] Westfall, pag. 39

[42] Westfall, pag. 39

[Westfall40-43] Westfall, pag. 40

[44] Westfall, pag. 35

[45] The Correspondence of Isaac Newton, editada por H. W. Turnbull, F.R.S., Cambridge 1961, tomo 1, pág. XVII.

[46] Richard Westfall, Never at Rest: A Biography of Isaac Newton, (1980) pp. 103, 25. (en inglés)

[47] De Broglie (1926): Ondes et mouvements, París, Gauthier-Villars

[48] Schrödinger, [Quantisierung als Eigenwertproblem (Erste Mitteilung.)], Ann. Phys., 79, p. 361-376, (1926)1924 & 1926

[cohen-49] Cohen-Tannoudji, Claude; Bernard Diu, Franck Laloë (1977). Quantum Mechanics. vol.1 (3ª edición). París, Francia: Hermann. p. 898. ISBN 0-471-16432-1.

[halzen-50] Halzen, Francis; D.Martin, Alan (1984). Universidad de Wisconsin, ed. Quarks and Lepons: An Introducory Course in Modern Particle Physics. Universidad de Durham (1ª edición). Canadá: Wiley. p. 396. ISBN QC793.5.Q2522H34 |isbn= incorrecto (ayuda).

[51] [2] Definición de la RAE

[52] Real Academia Española. «termo-». Diccionario de la lengua española (23.ª edición).

[53] Real Academia Española. «dinámico». Diccionario de la lengua española (23.ª edición).

[zemansky-54] Ver Zemansky, 1985.

[entropia-55] La entropía se define en termodinámica clásica para sistemas que se encuentran en equilibrio termodinámico y fuera de él no tiene sentido. Sin embargo, para la termodinámica racional esta magnitud se postula para todo sistema termodinámico, independientemente de su estado de equilibrio.

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