En Física, un sistema complejo se puede simplificar en una abstracción irreal que captura únicamente la ley o el concepto físico básico, dentro de un intervalo de validez. Lo mismo ocurre con los experimentos pensados (gendakenexperiment). En estos casos, el tratamiento es un “como si”/“como una suerte de”. Un examen real del modelo físico puede llevarnos a algunos sinsentidos o paradojas. Un punto material es un modelo donde la masa no ocupa volumen, por tanto, de densidad infinita (singularidad espacial). Un objeto de espesor despreciable se modela como una superficie matemática donde el campo electrostático y magnético resulta discontinuo. La caída libre es un modelo donde no existe aire capaz de frenar la caída, la gravedad es uniforme y la Tierra no gira. El movimiento incipiente se entiende como la transición entre reposo y movimiento manifiesto, implicando una discontinuidad en la velocidad que realmente no puede existir aunque sea muy difícil de identificar experimentalmente.
Unidades de la constante universal de los gases
R = 8,314472 J/(mol K) = 1,987 cal/(mol K) = 0,08205746 atm l/(mol K) ya que R=P V/(n T).
En algunos libros se expresa R erróneamente en ºC antes que K basándose en la relación de Mayer: Cp-Cv=nR puesto que las unidades S.I. de las capacidades caloríficas (=calor más pequeño intercambiado por unidad de variación de temperatura) son J/ºC=J/K.
Apps para Física experimental
Con la explosión de las tabletas y smartphones, también han explotado los juegos basados en leyes de la Física y apps. de adquisición de datos. Recomiendo para Mecánica el juego Cut the rope [1], Algodoo [2] y para física experimental Sparkvue [3], PhyPhox [4] y AndroSensor [5]. La idea es bien simple, medir la aceleración (componentes X, Y, Z) del dispositivo [6] realizando un movimiento determinado o solidario al objeto móvil. Sin embargo, en movimientos oscilatorios, la frecuencia máxima de muestreo de los smartphones es 100 o 200Hz, según el modelo, cualquier frecuencia superior a 200 Hz será inaccesible. A continuación una listado de enlaces al uso de dispositivos móviles para física experimental:
- http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/tpt/52/9/10.1119/1.4902204
- http://francis.naukas.com/2013/04/29/tu-iphone-o-ipod-touch-como-pendulo-para-practicas-de-fisica/
- http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/48/3/285/meta;jsessionid=AF02890100360267CAD73A0C70025652.c1.iopscience.cld.iop.org
- http://estructurando.net/2014/06/23/como-obtener-las-frecuencias-fundamentales-de-una-estructura-con-tu-smartphone/
- http://www.ort.edu.uy/fi/pdf/the-atwood-machine.pdf
- http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/tpt/50/7/10.1119/1.4752056
- http://physicsbuzz.physicscentral.com/2015/01/your-smartphone-can-do-physics.html
- http://www.aapt.org/Resources/iPhysics-Labs.cfm
Magnitudes como argumentos de funciones elementales
Es habitual encontrarse en leyes físicas o en operaciones de linealización para ajustes de mínimos cuadrados, funciones elementales tipo exponencial, logaritmo, seno, coseno… Sin embargo, el argumento de todas esas funciones SIEMPRE tiene que ser adimensional. Para ello, debe dividirse cada magnitud por un valor de referencia unidad expresado en las unidades correspondientes antes de aplicar la función elemental. En consecuencia, en la ley matemática utilizada para la regresión lineal aparecerá un término extra con los valores unidad mencionados anteriormente.
Orden de magnitud
En Física, expresiones como “este valor es muy grande (o pequeño)” o “esto es despreciable” no corresponden con el rigor del lenguaje científico y una de sus características: la concreción. Pero, ¿cuánto de insignificante es una magnitud física? Dimensionar el valor de cierta magnitud siempre debe hacerse en términos relativos. Siguiendo toda relación de orden, el valor de una magnitud física siempre debe compararse con uno de referencia. Y precisamente esto es lo que se hace al utilizar la correspondiente unidad, que se refiere a una situación estándar y calibrada donde la magnitud física es conocida. Se sabe que 1 kg equivale aproximadamente a la masa de un litro de agua, que 1 m a la longitud de la pierna de un adulto humano y que 1 s es el semiperiodo de un péndulo de 1 m de longitud. Además, una fuerza de 5 N equivale a la acción de una masa de 5 kg sometida al efecto de la atracción gravitatoria. Existen otras muchas magnitudes físicas que son difícilmente “visualizables” en nuestro ámbito, incluso el valor de la unidad para algunas magnitudes resulta poco práctico (ej. 1 F, 1 A). De ahí que el estudiante de Física deba ejercitar el sentido de escala y el concepto de orden de magnitud para cada nueva magnitud física, que le permita utilizar la equivalencia práctica de cualquier unidad para aceptar como razonable el valor numérico obtenido en los cálculos. El estudiante de Física debe ser capaz de manejar e interpretar razonadamente cifras en un contexto científico‐técnico. De hecho, en la gestión de proyectos existe la estimación aproximada de orden de magnitud (del inglés Rough Order of Magnitude), y que se refiere a una evaluación inexacta de algún parámetro pero que está lo suficientemente cerca como para ser útil. Varias titulaciones científico‐técnicas comparten implícitamente la competencia específica del grado en Física: “Estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos” a través de la genérica de formación básica “…aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería”.