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BOMBA ATÓMICA
El descubrimiento de la energía nuclear no solo tuvo aplicaciones en beneficio de la humanidad sino que también despejó el camino para la construcción de armas más poderosas: las bombas atómicas.
¿Sabías qué?
El fotón fue llamado originalmente por Albert Einstein "quanto de luz”.
NANOROBOTS
Diminutos robots están siendo diseñados con distintos fines, uno de ellos sería introducirlos en el torrente sanguíneo para que detecten células cancerígenas y las destruyan.
¿Sabías qué?
Albert Einstein no ganó su premio nobel por el descubrimiento de la teoría de la relatividad sino por el descubrimiento del efecto fotoeléctrico.
El estudio de la física se puede dividir en dos etapas: clásica y moderna. Fue a comienzos del siglo XX cuando la segunda invade el mundo científico. Energía nuclear, microscopios electrónicos, superconductores, trenes electromagnéticos y nanotecnología, entre otros, son los descubrimientos que fueron posibles gracias a la revolución de la física.
Los fenómenos que ocurren en la Tierra y en el espacio exterior pueden ser explicados mediante la física. Para cuestiones relacionadas con la luz, el sonido, la óptica, la electricidad, el magnetismo, la termodinámica y la mecánica, será la física clásica la que dará las respuestas. La física moderna, en cambio, se centra en lo microscópico, dando lugar a la física atómica, la nuclear y la de partículas.
TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
La teoría de la relatividad de Albert Einstein fue parte de la revolución en la física durante el siglo XX. La misma ha sido objeto de debates y discusiones. Una de las posturas es que ella debe pertenecer al terreno de la física clásica, a modo de punto culminante y no a la física moderna, ya que no incorpora explicaciones con respecto a los átomos o a cuantos de energía. No desestima a la mecánica de Isaac Newton, sino que la incorpora como caso particular en la mecánica generalizada.
La mecánica de Newton explica los fenómenos que ocurren en la Tierra, donde las velocidades son muy pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.
MAXWELL Y EL ELECTROMAGNETISMO
El físico James Clerk Maxwell (1831-1897), unificó a la electricidad y al magnetismo en un solo fenómeno: el electromagnetismo. Explicó dicho fenómeno mediante cuatro ecuaciones. A pesar de que este descubrimiento ocurrió en el siglo XIX, fue la base de muchos avances durante el siguiente siglo.
Gracias a la repulsión electromagnética entre los átomos es posible que podamos tocar a otros seres vivos u objetos. Sin ella, los atravesaríamos.
Einstein y sus postulados
Einstein aplicó la teoría de la relatividad a cualquier clase de movimientos, teniendo en cuenta que la mayoría de los sistemas del Universo son acelerados. Consideró también, que el Universo era curvo, cerrado y finito pero ilimitado.
Además, supuso que las leyes de la electricidad y el magnetismo (leyes de la electrodinámica)y las mecánicas, son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales. El resultado de esta hipótesis es la teoría de la relatividad restringida (1905). De ella surgen los siguientes postulados:
• Las leyes de la física son iguales en todos los marcos inerciales de referencia.
• La velocidad de la luz en el espacio vacío es igual en todos los marcos inerciales de referencia.
Velocidad de la luz (c): 300.000 km/s
TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERALIZADA
Las dificultades de orden matemático obligaron a limitar la teoría de la relatividad a sistemas rectilíneos que se movieran a velocidad uniforme, unos en relación a otros. Pero en realidad, la mayoría de los movimientos que tienen lugar en nuestro universo son acelerados. Por ello Einstein se esforzó por generalizar su principio de la relatividad de forma que pudiera ser aplicado a toda clase de movimientos. La teoría que creó recibe el nombre de la teoría de la relatividad generalizada, publicada en 1917.
El postulado fundamental de esta teoría es la equivalencia entre la aceleración y la gravitación, o si se prefiere, entre la inercia y la gravedad.
Según Einstein, un observador incomunicado con el exterior no tiene ninguna posibilidad de determinar, por medio de una experiencia cualquiera realizada en su sistema cerrado, si se halla dentro de un cuerpo de gravitación, o bien en un vehículo con movimiento acelerado.
Ilustración de la distorsión del espacio-tiempo provocada por la masa del Sol.
Ilustración del experimento de la dilatación del tiempo, en el cual se calcula el tiempo en el que se desplaza la luz de un lugar a otro. Observando esto fenómeno desde un andén y también dentro del tren.
ENERGÍA EN REACCIONES NUCLEARES
La energía que puede mantener a un átomo unido con sus partículas fundamentales es la energía de enlace. Einstein formuló que la masa y la energía eran dos aspectos diferentes de una misma cosa. Por lo tanto, la masa se puede convertir en energía y la energía en masa, siempre que el sistema sea adecuado. La fórmula que relaciona estas variables es:
E = m·c²
La energía que mantiene unido al átomo es llamada energía de enlace.
NACIMIENTO DE LA ERA NUCLEAR
Cuando se logró “romper” núcleos atómicos, se obtuvieron inmensas cantidades de energía, a este procedimiento se lo denomina: fisión nuclear.
Esto fue posible con el descubrimiento del neutrón en 1932, por James Chadwick. La forma de “romper” átomos es bombardeándolos con neutrones, a esto se lo denomina en física escindir un núcleo atómico. La elección del neutrón para bombardear átomos es porque éste no tiene carga y no interacciona con las otras partículas que poseen los átomos.
Fue en 1938 cuando Otto Hahn comenzó a experimentar el bombardeo de núcleos de Uranio.
Los científicos Enrico Fermi y Leo Szilard experimentaron con Uranio-235 y comprobaron que en la escisión del Uranio se emitían neutrones. Estos chocaban con otros núcleos, alargando así el proceso y ocasionando lo que se le conoce como reacción en cadena.
Ejemplo de un neutrón que golpea el núcleo de Uranio-235, el núcleo se vuelva inestable y se divide, liberando energía y neutrones.
Einstein, en 1939, al percatarse de los resultados de Fermi, esperó que el uranio se pudiese utilizar como una nueva e importante forma de energía.
Antimateria
La ecuación E=m·c² se ha comprobado en una gran cantidad de reacciones nucleares. Una confirmación más espectacular de esta ley se vio con el descubrimiento de la antimateria. La mecánica cuántica, aunada a la relatividad, indica que para cada partícula hay una antipartícula correspondiente. La antipartícula tiene una carga opuesta a la partícula y ambas se pueden aniquilar entre sí, produciendo radiación electromagnética. Del mismo modo a la inversa, con solo la energía de radiación se pueden crear una partícula y una antipartícula.
El Gran Colisionador de Hadrones, es un acelerador y colisionador de partículas, que puede generar antimateria.
Física cuántica
A pesar de que a Einstein se lo relacionó con el mundo de la cuántica e incluso descubrió el efecto fotoeléctrico, éste no aceptaba la idea de que un electrón expuesto a la radiación pudiera escoger a su antojo el momento y la dirección, tal cual lo exponían Werner Heisenberg y Erwin Schrodinger (padres de la cuántica) en posteriores formulaciones.
Los padres de la cuántica son Schrödinger (fotografía) y Heisenberg, sus ecuaciones son la base de la mecánica cuántica.
DESCUBRIMIENTOS DESTACADOS
SUPERCONDUCTORES
Los compuestos que no presentan resistencia eléctrica se denominan superconductores, ya que en ellos no se disipa la corriente eléctrica que los atraviesa. Este tipo de materiales no permite que el campo de fuerza de un imán los penetre.
Una de las condiciones necesarias para que un material tenga ésta característica, es que se encuentre a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273°C).
Aplicaciones
Sus aplicaciones son variadas, algunas de ellas son:
MICROSCOPIO EFECTO TÚNEL (STM)
Los inventores de este microscopio fueron Gerd Binning (1947) y Heinrich Roher (1933). Por este dispositivo obtuvieron un Premio Nobel. El STM permite observar la estructura atómica de las partículas mediante un escaneo que da como resultado una imagen en tres dimensiones (3D).
Este tipo de microscopios permiten diferenciar los átomos de las moléculas. La técnica que utilizan es barrido de túnel que se basa en la captación de los electrones que escapan de ese efecto túnel. Este dispositivo es de gran utilidad en el campo de la nanotecnología, ya que permite analizar fenómenos a escalas nanométricas.
Microscopios modernos
Además del anteriormente mencionado, en la actualidad existe una gran variedad de microscopios; por ejemplo los electrónicos, ópticos, digitales, de fuerza atómica, etc. Cada uno de ellos se utiliza con un fin particular.
Cada tipo de microscopio cumplirá una función determinada, siendo una herramienta que nos permite “ver” más allá de lo que fisiológicamente podemos.
NANOTECNOLOGÍA
En un nanómetro, medida de longitud, cabrían tres o cinco átomos, estamos hablando de una medida extremadamente pequeña. Esta tecnología surge en 1959, de la mano del físico Richard Feynman (1918-1988). La nanotecnología se dedica al control y manipulación de la materia a escala atómica o molecular. Estos nuevos conocimientos permitieron desarrollar nanorobots, que están perfeccionándose para darles un uso eficiente.
Los avances de la física han sido utilizados con diversos fines, algunos más éticos que otros, pero sin duda los aportes de esta ciencia han mejorado la calidad de vida de los seres humanos, ya que en el ámbito de la medicina, por ejemplo, han permitido el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades.
