Ya sea que estemos lanzando un transbordador espacial o tratando de descubrir otro planeta similar a la Tierra, confiamos en leyes y teorías científicas para guiarnos. © 2018 HowStuffWorks Los científicos tienen muchas herramientas a su disposición cuando intentan describir cómo funcionan la naturaleza y el universo en general. A menudo, primero buscan leyes y teorías. ¿Cual es la diferencia? A ley científica a menudo se puede reducir a una declaración matemática, tal como E =mc²; es una declaración específica basada en datos empíricos, y su verdad generalmente se limita a un cierto conjunto de condiciones. Por ejemplo, en el caso de E =mc², c se refiere a la velocidad de la luz en el vacío.
A teoria cientifica a menudo busca sintetizar un cuerpo de evidencia u observaciones de fenómenos particulares. En general, aunque no siempre, es más grandioso, declaración comprobable sobre cómo opera la naturaleza. No se puede reducir necesariamente una teoría científica a una afirmación o ecuación concisa, pero representa algo fundamental sobre cómo funciona la naturaleza.
Tanto las leyes como las teorías dependen de elementos básicos del método científico, como generar una hipótesis, probando esa premisa, encontrar (o no encontrar) evidencia empírica y llegar a conclusiones. Finalmente, otros científicos deben poder replicar los resultados si el experimento está destinado a convertirse en la base de una ley o teoría ampliamente aceptada.
En este articulo, veremos diez leyes y teorías científicas que quizás desee repasar, incluso si no te encuentras a ti mismo, decir, operar un microscopio electrónico de barrido con tanta frecuencia. Comenzaremos con una explosión y pasaremos a las leyes básicas del universo, antes de golpear la evolución. Finalmente, abordaremos un material más pesado, profundizando en el ámbito de la física cuántica.
La teoría del Big Bang © 2018 HowStuffWorks Si vas a conocer una teoría científica, haz que sea el que explique cómo llegó el universo a su estado actual. Basado en una investigación realizada por Edwin Hubble, Georges Lemaitre y Albert Einstein, entre otros, los teoria del Big Bang postula que el universo comenzó hace casi 14 mil millones de años con un evento de expansión masiva. En el momento, el universo estaba confinado a un solo punto, que abarca toda la materia del universo. Ese movimiento original continúa hoy, a medida que el universo sigue expandiéndose hacia afuera.
La teoría del Big Bang obtuvo un amplio apoyo en la comunidad científica después de que Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron radiación cósmica de fondo de microondas en 1965. Usando radiotelescopios, los dos astrónomos detectaron ruido cósmico, o estático, que no se disipó con el tiempo. Colaborando con el investigador de Princeton Robert Dicke, la pareja confirmó la hipótesis de Dicke de que el Big Bang original dejó una radiación de bajo nivel detectable en todo el universo.
Hubble y su famosa ley ayudaron a cuantificar el movimiento de las galaxias del universo. © 2018 HowStuffWorks Quedémonos con Edwin Hubble por un segundo. Mientras la década de 1920 pasaba rugiendo y la Gran Depresión pasaba cojeando, Hubble estaba realizando una investigación astronómica innovadora. Hubble no solo demostró que había otras galaxias además de la Vía Láctea, También descubrió que estas galaxias se estaban alejando de la nuestra, una moción que llamó recesión .
Para cuantificar la velocidad de este movimiento galáctico, Hubble propuso Ley de expansión cósmica de Hubble , también conocida como la ley de Hubble, una ecuación que dice: velocidad =H × distancia . Velocidad representa la velocidad de recesión de la galaxia; H es la constante de Hubble, o parámetro que indica la velocidad a la que se expande el universo; y distancia es la distancia entre la galaxia y aquella con la que se compara.
La constante de Hubble se ha calculado en diferentes valores a lo largo del tiempo, pero el valor aceptado actual es de 70 kilómetros / segundo por megaparsec, siendo este último una unidad de distancia en el espacio intergaláctico [fuente:White]. Para nuestros propósitos, eso no es tan importante. Lo que más importa es que la ley de Hubble proporciona un método conciso para medir la velocidad de una galaxia en relación con la nuestra. Y quizás lo más significativo, la ley estableció que el universo está formado por muchas galaxias, cuyos movimientos se remontan al Big Bang.
Ley de áreas de Kepler © 2018 HowStuffWorks Por siglos, Los científicos lucharon entre sí y con líderes religiosos sobre las órbitas de los planetas, especialmente sobre si orbitaban nuestro sol. En el siglo 16, Copérnico presentó su controvertido concepto de un sistema solar heliocéntrico, en el que los planetas giraban alrededor del sol, no de la Tierra. Pero haría falta Johannes Kepler, basándose en el trabajo realizado por Tyco Brahe y otros, para establecer una base científica clara para los movimientos de los planetas.
Kepler tres leyes del movimiento planetario - formado a principios del siglo XVII - describe cómo los planetas orbitan alrededor del sol. La primera ley a veces llamado el ley de las órbitas , afirma que los planetas orbitan alrededor del sol de forma elíptica. La segunda ley los ley de áreas , establece que una línea que conecta un planeta con el sol cubre un área igual durante períodos de tiempo iguales. En otras palabras, si está midiendo el área creada dibujando una línea desde la Tierra hasta el sol y rastreando el movimiento de la Tierra durante 30 días, el área será la misma sin importar dónde se encuentre la Tierra en su órbita cuando comiencen las mediciones.
El tercero, los ley de los periodos , nos permite establecer una relación clara entre el período orbital de un planeta y su distancia al sol. Gracias a esta ley, sabemos que un planeta relativamente cerca del sol, como Venus, tiene un período orbital mucho más breve que un planeta distante, como Neptuno.
Gracias a la ley universal de Newton, podemos calcular la fuerza gravitacional entre dos objetos cualesquiera. © 2018 HowStuffWorks Podemos darlo por sentado ahora pero hace más de 300 años, Sir Isaac Newton propuso una idea revolucionaria:que dos objetos, no importa su masa, ejercen fuerza gravitacional el uno hacia el otro. Esta ley está representada por una ecuación que muchos estudiantes de secundaria encuentran en la clase de física. Es como sigue:
F =G × [(m 1 metro 2 ) / r 2 ]
F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos, medido en Newtons. METRO 1 y metro 2 son las masas de los dos objetos, tiempo r es la distancia entre ellos. GRAMO es la constante gravitacional, un número actualmente calculado en 6.672 × 10 -11 N m 2 kg -2 [fuente:Weisstein].
El beneficio de la ley universal de la gravitación es que nos permite calcular la atracción gravitacional entre dos objetos. Esta habilidad es especialmente útil cuando los científicos están, decir, planeando poner un satélite en órbita o trazando el curso de la luna.
Segunda ley del movimiento de Newton © 2018 HowStuffWorks Mientras estemos hablando de uno de los más grandes científicos que jamás haya existido, Pasemos a las otras leyes famosas de Newton. Sus tres leyes del movimiento forman un componente esencial de la física moderna. Y como muchas leyes científicas, son bastante elegantes en su simplicidad.
La primera de las tres leyes establece que un objeto en movimiento permanece en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Por una pelota rodando por el suelo que la fuerza exterior podría ser la fricción entre la pelota y el suelo, o podría ser el niño que patea la pelota en otra dirección.
La segunda ley establece una conexión entre la masa de un objeto ( metro ) y su aceleración ( a ), en forma de ecuación F =m × a . F representa la fuerza, medido en Newtons. También es un vector, lo que significa que tiene un componente direccional. Debido a su aceleración, esa bola que rueda por el suelo tiene un particular vector , una dirección en la que viaja, y se tiene en cuenta al calcular su fuerza.
La tercera ley es bastante concisa y debería resultarle familiar:por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Es decir, por cada fuerza aplicada a un objeto o superficie, ese objeto empuja hacia atrás con igual fuerza.
Las leyes de la termodinámica en acción © 2018 HowStuffWorks El físico y novelista británico C.P. Snow dijo una vez que un no científico que no conocía la segunda ley de la termodinámica era como un científico que nunca había leído a Shakespeare [fuente:Lambert]. La ahora famosa declaración de Snow estaba destinada a enfatizar tanto la importancia de la termodinámica como la necesidad de que los no científicos la aprendan.
Termodinámica es el estudio de cómo funciona la energía en un sistema, ya sea un motor o el núcleo de la Tierra. Puede reducirse a varias leyes básicas, que Snow resumió inteligentemente de la siguiente manera [fuente:Physics Planet]:
Desempaquemos estos un poco. Al decir que no puedes ganar La nieve significó que, dado que la materia y la energía se conservan, no se puede conseguir uno sin renunciar al otro (es decir, E =mc²). También significa que para que un motor produzca trabajo, tienes que suministrar calor, aunque en cualquier otra cosa que no sea un sistema perfectamente cerrado, algo de calor se pierde inevitablemente en el mundo exterior, que luego conduce a la segunda ley.
La segunda afirmación, no puede alcanzar el punto de equilibrio, significa que debido a la entropía cada vez mayor, no puedes volver al mismo estado energético. La energía concentrada en un lugar siempre fluirá a lugares de menor concentración.
Finalmente, la tercera ley, no puedes salir del juego, se refiere al cero absoluto, la temperatura teórica más baja posible, medido a cero Kelvin o (menos 273,15 grados Celsius y menos 459,67 grados Fahrenheit). Cuando un sistema alcanza el cero absoluto, las moléculas detienen todo movimiento, lo que significa que no hay energía cinética, y la entropía alcanza su valor más bajo posible. Pero en el mundo real incluso en los recovecos del espacio, llegar a absolutamente cero es imposible, solo puedes acercarte mucho a él.
La flotabilidad mantiene a flote todo, desde patos de goma hasta transatlánticos. © 2018 HowStuffWorks Después de que descubrió su principio de flotabilidad, el antiguo erudito griego Arquímedes supuestamente gritó "¡Eureka!" y corrió desnudo por la ciudad de Siracusa. El descubrimiento fue tan importante. La historia cuenta que Arquímedes hizo su gran avance cuando notó que el agua subía cuando se metió en la bañera [fuente:Quake].
De acuerdo a Principio de flotabilidad de Arquímedes , la fuerza que actúa sobre, o flotando, un objeto sumergido o parcialmente sumergido equivale al peso del líquido que el objeto desplaza. Este tipo de principio tiene una inmensa gama de aplicaciones y es esencial para los cálculos de densidad, así como el diseño de submarinos y otras embarcaciones oceánicas.
Un ejemplo hipotético (y simplificado) de cómo podría desarrollarse la selección natural entre las ranas. © 2018 HowStuffWorks Ahora que hemos establecido algunos de los conceptos fundamentales de cómo comenzó nuestro universo y cómo se desarrolla la física en nuestra vida diaria, dirijamos nuestra atención a la forma humana y cómo llegamos a ser como somos. Según la mayoría de los científicos, toda la vida en la Tierra tiene un ancestro común. Pero para producir la inmensa diferencia entre todos los organismos vivos, algunos tuvieron que evolucionar a especies distintas.
En un sentido básico, esta diferenciación ocurrió a través de la evolución, a través del descenso con modificación [fuente:UCMP]. Las poblaciones de organismos desarrollaron diferentes rasgos, a través de mecanismos como la mutación. Aquellos con rasgos que fueron más beneficiosos para la supervivencia como, una rana cuyo color marrón permite camuflarse en un pantano, fueron seleccionados naturalmente para sobrevivir; de ahí el término seleccion natural .
Es posible ampliar estas dos teorías con mayor profundidad, pero este es el básico, y rompedor, descubrimiento que hizo Darwin en el siglo XIX:que la evolución a través de la selección natural explica la tremenda diversidad de la vida en la Tierra.
La teoría de la relatividad general de Einstein cambió nuestra comprensión del universo. © 2018 HowStuffWorks Albert Einstein teoría de la relatividad general sigue siendo un descubrimiento importante y esencial porque alteró permanentemente la forma en que miramos el universo. El mayor avance de Einstein fue decir que el espacio y el tiempo no son absolutos y que la gravedad no es simplemente una fuerza aplicada a un objeto o masa. Bastante, la gravedad asociada con cualquier masa curva el espacio y el tiempo (a menudo llamado espacio-tiempo) a su alrededor.
Para conceptualizar esto, imagina que estás viajando por la Tierra en línea recta, dirigiéndose al este, comenzando en algún lugar del hemisferio norte. Después de un tiempo, si alguien señalara su posición en un mapa, en realidad estarías tanto al este como al sur de tu posición original. Eso es porque la Tierra es curva. Para viajar directamente al este, tendrías que tener en cuenta la forma de la Tierra y orientarte ligeramente hacia el norte. (Piense en la diferencia entre un mapa de papel plano y un globo esférico).
El espacio es prácticamente el mismo. Por ejemplo, a los ocupantes del transbordador que orbita la Tierra, puede parecer que viajan en línea recta a través del espacio. En realidad, el espacio-tiempo a su alrededor está siendo curvado por la gravedad de la Tierra (como lo sería con cualquier objeto grande con inmensa gravedad, como un planeta o un agujero negro), haciendo que ambos avancen y parezcan orbitar la Tierra.
La teoría de Einstein tuvo tremendas implicaciones para el futuro de la astrofísica y la cosmología. Explicó un menor, anomalía inesperada en la órbita de Mercurio, mostró cómo la luz de las estrellas se dobla y sentó las bases teóricas de los agujeros negros.
¿Es una partícula? una ola o ambas? © 2018 HowStuffWorks La teoría de la relatividad más amplia de Einstein nos dijo más sobre cómo funciona el universo y ayudó a sentar las bases de la física cuántica. pero también introdujo más confusión en la ciencia teórica. En 1927, este sentido de que las leyes del universo eran, en algunos contextos, flexible, condujo a un descubrimiento pionero del científico alemán Werner Heisenberg.
Al postular su Principio de incertidumbre , Heisenberg se dio cuenta de que era imposible saber simultáneamente, con un alto nivel de precisión, dos propiedades de una partícula. En otras palabras, puedes conocer la posición de un electrón con un alto grado de certeza, pero no su impulso y viceversa.
Niels Bohr luego hizo un descubrimiento que ayuda a explicar el principio de Heisenberg. Bohr descubrió que un electrón tiene las cualidades de una partícula y una onda, un concepto conocido como dualidad onda-partícula , que se ha convertido en una piedra angular de la física cuántica. Entonces, cuando medimos la posición de un electrón, lo estamos tratando como una partícula en un punto específico del espacio, con una longitud de onda incierta. Cuando medimos su impulso, lo estamos tratando como una ola, lo que significa que podemos conocer la amplitud de su longitud de onda pero no su ubicación.
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Publicado originalmente:19 de enero de 2011
