Definición de Física Clásica
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD
La Física clásica corresponde a una etapa de la Física que se desarrolló antes de 1900, y que a su vez se subdivide en diferentes ramas dependiendo del campo de estudio, dedicándose al movimiento y el comportamiento de objetos a gran escala, y relacionándose con el estudio del espacio, el tiempo, la materia y energía. Específicamente, la Física Clásica abarca desde la mecánica clásica hasta las leyes electromagnéticas descritas por Maxwell en 1865.
Las leyes de la Física Clásica permiten predecir el resultado futuro al observar los datos presentes sobre parámetros como la posición, velocidad, masa y otras variables, así como describir patrones generales para sistemas complejos, sin necesidad de realizar una investigación detallada sobre los cuerpos individualmente y sus interacciones particulares y con el medio ambiente en que están situados.
A pesar del avance en la Física, para fenómenos que implican movimientos a velocidades muy por debajo de la velocidad de la luz, la Física Clásica sigue dando respuesta a estos problemas, por lo que es parte fundamental de toda formación académica.
Ramas de la Física Clásica
En general, la Física es una ciencia muy amplia, por lo que se suele dividir en distintas ramas en función de la naturaleza de los fenómenos que ella estudia. A continuación, se describen las principales ramas de la Física Clásica:
Existen diversos criterios que se pueden emplear para analizar la Física Clásica en sus áreas, una de las cuales es según las áreas que estudia, como se muestra en este esquema.
Mecánica clásica
La Física mecánica es una de las ramas más antiguas y fundamentales de la Física, ya que estudia los movimientos, comportamiento y estructura del mundo material a través del análisis matemático. Esta rama se ha desarrollado durante siglos para explicar el funcionamiento del Universo en términos cuantitativos.
Ahora bien, la mecánica clásica se ocupa del movimiento relativo entre partículas individuales sometidas a fuerzas externas como gravedad u otros campos conservativos. Establece leyes para predecir cómo se moverán tales partículas bajo diferentes condiciones iniciales e incluye conceptos comunes como velocidad media, momentum lineal y trabajo realizado sobre un sistema cerrado durante su evolución temporal.
En su forma más simple, la mecánica trata con el concepto de fuerza comúnmente descrito por leyes de la mecánica de Newton. Igualmente, la ley de gravitación universal de Newton explica cómo interactúan objetos entre sí mediante fuerzas gravitacionales cuando se encuentran separados a cierta distancia. Además, hay otros principios importantes relacionados con este tema: conservación de la energía, la mecánica de los fluidos, el movimiento y otros conceptos asociados como el impulso, el trabajo, la potencia mecánica, por citar algunos.
La comprensión de las leyes fundamentales de la Física; particularmente de la mecánica clásica, ha hecho posible explorar regiones incluso fuera de los confines de nuestro planeta.
Termodinámica
Se trata de otra de las ramas de la Física Clásica que estudia los sistemas físicos y sus propiedades termodinámicas, mediante el análisis y aplicación de las leyes fundamentales para describir el comportamiento térmico en un sistema. La teoría clásica fue desarrollada por Nicolas L. Sadi Carnot a principios del siglo XIX, y es considerada como la base para toda la termodinámica moderna.
Los principios fundamentales de la Termodinámica Clásica incluyen los postulados sobre conservación de energía y entropía; además, abarca conceptos tales como trabajo realizado por fuerzas externas e internas en un sistema. Asimismo, la Termodinámica se encarga de la determinación del calor transferido al interior o exterior de un sistema o también se ocupa de la comprensión de los procesos reversibles e irreversibles dentro del mismo. Estudiando estos principios se puede determinar si existen variaciones iniciales o finales en cualquier variable física relevante (temperatura, presión, entalpía, volumen, etc).
Aún en la actualidad, la Termodinámica continúa dando respuesta a mucha de las necesidades de la humanidad, por ejemplo, la producción de electricidad a partir de centrales termoeléctricas que operan con ciclos termodinámicos.
Electromagnetismo
El electromagnetismo clásico es una rama de la física que estudia los campos eléctricos y magnéticos, así como sus interacciones, y se remonta a principios del siglo XIX cuando fue descubierto por Hans Christian Oersted en 1820. Está relacionado con otros temas importantes de la Física que sirvieron de base para su desarrollo, como las leyes de Coulomb, Ohm, Gauss, Ampere y Faraday.
Desde sus inicios, el electromagnetismo ha sido ampliamente utilizado para desarrollar dispositivos electrónicos avanzados tales como motores eléctricos, generadores, transformadores e incluso antenas que permiten la transmisión a largas distancias sin pérdida significativa de energía.
Antes de 1884, el electromagnetismo era descrito a través de veinte ecuaciones, pero en ese año, O. Heaviside y W. Gibbs, las agruparon en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales. Sin embargo, en esta reducción, no se consideró un término elemental en el electromagnetismo, el cual está contenido en la fuerza de Lorentz. En el electromagnetismo clásico, los fenómenos electromagnéticos se pueden analizar a partir de la fuerza de Lorentz y las ecuaciones de Maxwell.
Óptica
La óptica clásica es un campo de la física que se enfoca en entender los principios básicos del comportamiento óptico y cómo pueden utilizarse para aplicaciones prácticas, a través del estudio de temas como refracción, reflexión, interferencia y dispersión de ondas; además incluye conceptos como lentes convergentes o divergentes, prismas y superficies curvas.
La óptica ha permitido desarrollar dispositivos conocidos comúnmente hoy día tales como telescopios astronómicos, microscopios binoculares e incluso lentes usadas para corregir defectos en la visión humana. También se han diseñado sistemas complejamente integradores basados en leyes ópticas que permiten ver imágenes remotamente a través de fibra óptica o transmitir información digital sin cables metálicos tradicionalmente usados para tal propósito.
La óptica es fundamental para el diseño de dispositivos formados por lentes y espejos que permiten visualizar desde partículas microscópicas, hasta cuerpos celeste ubicados a grandes distancias de nuestro planeta.
Acústica
La acústica clásica se refiere al área de la Física Clásica que estudia el sonido en toda la amplitud, es decir, desde su generación y propagación, pasando por su registro y reproducción, hasta sus características en el proceso de audición. También contempla el estudio de los instrumentos y equipos para efectuar mediciones de sonido y las condiciones del espacio para su propagación. Como rama, la acústica se desarrolló durante el siglo XIX, principalmente por los aportes de Hermann von Helmholtz y de lord Rayleigh, y sus fundamentos se conservan desde finales de ese siglo.
Desde el punto de vista técnico, desde siglo XX los progresos de la acústica han sido notables, principalmente en lo que respecta a los sistemas para el registro y la reproducción del sonido.
Art. actualizado: Feb. 2023; sobre el original de diciembre, 2017.
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