Download - La mecánica
La mecánica (Griego Μηχανική y de latín mechanìca o arte de construir una máquina) es la rama de la física que describe el movimiento 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:
Mecánica clásica Mecánica cuántica
Mecánica relativista Teoría cuántica de campos
La mecánica es una ciencia física, ya que estudia fenómenos físicos. Sin embargo, mientras algunos la relacionan con las matemáticas, otros la relacionan con la ingeniería. 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 estas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Subdisciplinas de la mecánica
o 1.1 Mecánica clásica 1.1.1 Otras áreas
o 1.2 Mecánica relativista o 1.3 Mecánica cuántica o 1.4 Teoría cuántica de campos
2 Estudios interdisciplinarios relacionados con la mecánica
Subdisciplinas de la mecánica [editar]
Mecánica clásica [editar]
Artículo principal: Mecánica clásica
Incluye tanto la mecánica del sólido rígido como la mecánica de medios continuos y otros sistemas mecánicos con un número finito de grados de libertad. Existen dos formulaciones diferentes, que difieren en el grado de formalización:
Mecánica newtoniana. Dio origen a las demás disciplinas y se divide en varias disciplinas: la cinemática, estudio del movimiento en sí, sin atender a las causas que lo originan; la estática, que estudia el equilibrio entre fuerzas y la dinámica que es el estudio del movimiento atendiendo a sus orígenes, las fuerzas.
Mecánica analítica, una formulación matemática muy potente de la mecánica newtoniana basada en el principio de Hamilton, que emplea el formalismo de variedades diferenciables, en concreto el espacio de configuración y el espacio fásico.
Aplicados al espacio euclídeo tridimensional y a sistemas de referencia inerciales, las tres formulaciones son básicamente equivalentes.
Otras áreas [editar]
Artículos principales: Mecánica de medios continuos y Mecánica estadística
Existen otras áreas de la mecánica que cubren diversos campos aunque no tienen carácter global. No forman un núcleo fuerte para considerarse como disciplina.
Una de estas áreas es la mecánica de medios continuos que trata de cuerpos materiales extensos deformables y que no pueden ser tratados como sistemas con un número finito de grados de libertad. Esta parte de la mecánica trata a su vez de:
La mecánica de sólidos deformables, que considera los fenómenos de la elasticidad, la plasticidad, la viscoelasticidad, etc.
La mecánica de fluidos, que comprende un conjunto de teorías parciales como la hidráulica, la hidrostática o fluidoestática y la hidrodinámica) o fluidodinámica. Dentro del estudio de los flujos se distingue entre flujo compresible y flujo incompresible. Si se atiende a los fluidos de acuerdo a su ecuación constitutiva, se tienen fluidos perfectos, fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos.
La acústica, la mecánica ondulatoria clásica.
Otra de estas áreas es la mecánica estadística, que trata sistema con un gran número de grados de libertad (o sistemas de muchísimas partículas) y trata de resolver la ingente cantidad de ecuaciones que surgen por métodos estadísticos. Los resultados obtenidos coinciden con los resultados de la termodinámica. Usa tanto formulaciones de la mecánica hamiltoniana como formulaciones de la teoría de probabilidad. Existen estudios de mecánica estadística basados tanto en la mecánica clásica como en la mecánica cuántica.
Mecánica relativista [editar]
Artículo principal: Teoría de la Relatividad
La Mecánica relativista o Teoría de la Relatividad comprende:
La Teoría de la Relatividad Especial, que describe adecuadamente el comportamiento clásico de los cuerpos que se mueven a grandes velocidades en un espacio-tiempo plano (no-curvado).
La Teoría general de la relatividad, que generaliza la anterior describiendo el movimiento en espacios-tiempo curvados, además de englobar una teoría relativista de la gravitación que generaliza la teoría de la gravitación de Newton.
Mecánica cuántica [editar]
Artículo principal: Mecánica cuántica
La Mecánica cuántica trata con:
Teoría cuántica de campos [editar]
Artículo principal: Teoría cuántica de campos
La teoría cuántica de campos aúna principios cuánticos y teoría de la relatividad especial. Dentro de esta teoría, no se consideran ya estados de las partículas sino del espacio-tiempo. De hecho cada uno de los estados cuánticos posibles de un espacio-tiempo viene caracterizado por el número de partículas de cada tipo, representadas por campos cuánticos y la propiedades de dichos campos.
Es decir, un universo donde existan Ni partículas del tipo i en los estados cuánticos E1, ..., ENi representa un estado cuántico diferente de otro estado en el que observamos en mismo universo con un número diferente de partículas. Pero ambos, "estados" o aspectos del universo son dos de los posibles estados cuánticos físicamente realizables del espacio-tiempo. De hecho la noción de partícula cuántica es abandonada en la teoría cuántica de campos, y esta noción se substituye por la de campo cuántico. Un campo cuántico es una aplicación que asigna a una función suave sobre una región del espacio-tiempo un operador autoadjunto. La función suave representa la región donde se mide el campo, y los valores propios del operador número asociado al campo el número de partículas observables a la hora de realizar una medida de dicho campo.
La hemodinámica es aquella parte de la cardiología que se encarga del estudio anatómico y funcional del corazón mediante la introducción de catéteres finos a través de las arterias de la ingle o del brazo. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud el estado de las arterias del corazón.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Participantes de la circulación sanguínea 2 Producción de la circulación sanguínea
o 2.1 Circulación mayor o circulación somática o sistémica o 2.2 Circulación menor o circulación pulmonar o central
3 Fases del ciclo cardiaco
Participantes de la circulación sanguínea [editar]
• Arterias: las arterias están hechas de tres capas de tejido, uno muscular en el medio y una capa interna de tejido epitelial.
• Capilares: los capilares están embebidos en los tejidos, permitiendo además el intercambio de gases dentro del tejido. Los capilares son muy delgados y frágiles, teniendo solo el espesor de una capa epitelial.
• Venas: las venas transportan sangre a más baja presión que las arterias, no siendo tan fuerte como ellas. La sangre es entregada a las venas por los capilares después que el
intercambio entre el oxígeno y el dióxido de carbono ha tenido lugar. Las venas transportan sangre rica en residuos de vuelta al corazón y a los pulmones. Las venas tienen en su interior válvulas que aseguran que la sangre con baja presión se mueva siempre en la dirección correcta, hacia el corazón, sin permitir que retroceda. La sangre rica en residuos retorna al corazón y luego todo el proceso se repite.
• El corazón: el corazón es el órgano principal del aparato circulatorio. Es un músculo estriado hueco que actúa como una bomba aspirante e impelente, que aspira hacia las aurículas la sangre que circula por las venas, y la impulsa desde los ventrículos hacia las arterias. Tiene 4 cavidades, 2 aurículas y 2 ventrículos.
Producción de la circulación sanguínea [editar]
En primer lugar, la circulación sanguínea realiza dos circuitos a partir del corazón:
Circulación mayor o circulación somática o sistémica [editar]
El recorrido de la sangre comienza en el ventrículo izquierdo del corazón, cargada de oxígeno, y se extiende por la arteria aorta y sus ramas arteriales hasta el sistema capilar, donde se forman las venas que contienen sangre pobre en oxígeno. Estas desembocan en las dos venas cavas (superior e inferior) que drenan en la aurícula derecha del corazón.
Circulación menor o circulación pulmonar o central [editar]
La sangre pobre en oxígeno parte desde el ventrículo derecho del corazón por la arteria pulmonar que se bifurca en sendos troncos para cada uno de ambos pulmones. En los capilares alveolares pulmonares la sangre se oxigena a través de un proceso conocido como hematosis y se reconduce por las cuatro venas pulmonares que drenan la sangre rica en oxígeno, en la aurícula izquierda del corazón. La actividad del corazón es cíclica y continua. El ciclo cardiaco es el conjunto de acontecimientos eléctricos, hemodinámicas, mecanismos, acústicos y volumétricos que ocurren en las aurículas, ventrículos y grandes vasos, durante las fases de actividad y de reposo del corazón.
El ciclo cardiaco comprende el período entre el final de una contracción, hasta el final de la siguiente contracción. Tiene como finalidad producir una serie de cambios de presión para que la sangre circule.
Fases del ciclo cardiaco [editar]
1. Fase de llenado: tenemos válvulas sigmoideas aórtica y pulmonar (cerradas), y válvulas auriculoventriculares denominadas tricúspide y mitral (abiertas). Durante esta fase la sangre pasa desde la aurícula al ventrículo, es el principio de la diástole (relajación de los ventrículos)
2. Fase de contracción isométrica ventricular: en esta fase comienza la sístole (contracción ventricular) va a cerrar las válvulas auriculoventriculares.
3. Fase de expulsión: es la sístole propiamente dicha, en donde hay una contracción ventricular (cerrados) abriéndose las válvulas sigmoideas, existe una salida de sangre a la aorta y a la pulmonar.
4. Fase de relajación ventricular: los ventrículos se relajan, las válvulas sigmoideas se cierran y las válvulas auriculoventriculares se abren. El ciclo completo dura unos 0,8 s (Reposo)
Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Hemodin%C3%A1mica"
El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Historia 2 Electrostática 3 Magnetostática 4 Electrodinámica clásica
o 4.1 Formulación covariante 5 Electrodinámica cuántica 6 Véase también 7 Referencias
o 7.1 Generales
8 Enlaces externos
Historia [editar]
Artículo principal: Historia del electromagnetismo
Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de éstos fenómenos.1 Durante éstos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.
Michael Faraday.
A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.1
James Clerk Maxwell.
Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraba que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, y su semejanza con la naturaleza de los campos magnéticos y eléctricos, como parte de una onda electromagnética.2 Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla.3 El éxito predicitivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a
formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnétismo tenía que mejorar su fomulación con el objetivo que sea coherente con la nueva teoría. Ésto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cúantica electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.
Electrostática [editar]
Artículo principal: Electrostática
Un electroscopio usado para medir la carga eléctrica de un objeto
Cuando hablamos de electrostática nos referimos a los fenómenos que ocurren debido a una propiedad intrínseca y discreta de la materia, la carga, cuando es estacionaria o no depende del tiempo. La unidad de carga elemental, es decir, la más pequeña observable, es la carga que tiene el electrón.4 Se dice que un cuerpo esta cargado eléctricamente cuando tiene exceso o falta de electrones en sus átomos que lo componen. Por defición la carencia de electrones se la denomina carga positiva y al exceso carga negativa.5 La relación entre los dos tipos de carga es de atracción cuando son diferentes y de repulsión cuando son iguales.
La carga elemental es una unidad muy pequeña para cálculos prácticos, es por eso que en el sistema internacional a la unidad de carga eléctrica, el culombio, se lo define como la cantidad de carga de 6,25 x 1018 electrones.4 El movimiento de electrones por un conductor se denomina corriente eléctrica y la cantidad de carga eléctrica que pasa por unidad de tiempo se la define como intensidad de corriente. Se pueden introducir mas conceptos como el de diferencia de potencial o el de resistencia, que nos conduciría ineludiblemente al área de circuitos eléctricos, y todo eso se puede ver con mas detalle en el artículo principal.
El nombre de la unidad de carga se debe a Coulomb quien en 1785 llegó a una relación matemática entre cargas, que ahora se la conoce como ley de coulomb:
entre dos tipos de cargas y existe una fuerza de atracción o repulsión que varía
de acuerdo al cuadrado de la distancia entre ellas y de dirección radial ; y es una constante conocida como permitividad eléctrica.
Las cargas elementales al no encontrarse solas se las debe tratar como una distribución de ellas. Es por eso que debe implementarse el concepto de campo, definido como una región del espacio donde existe una magnitud escalar o vectorial dependiente o
independiente del tiempo. Así el campo eléctrico está definido como la región del espacio donde actúan las fuerzas eléctricas. Su intensidad se define como el límite al que tiende la fuerza de una distribución de carga sobre una carga positiva que tiende a cero, así:
Campo eléctrico de cargas puntuales.
Y así finalmente llegamos a la expresión matemática que define el campo eléctrico:
Es importante conocer el alcance de este concepto de campo eléctrico, éste nos brinda la oportunidad de conocer cuál es su intensidad y qué ocurre con una carga en cualquier parte de dicho campo sin importar el desconocimiento de qué lo provoca.6
Una forma de obtener qué cantidad de fuerza eléctrica pasa por cierto punto o superficie del campo eléctrico es que se ideó el concepto de flujo eléctrico. Este flujo eléctrico Φ se define como la suma de la cantidad de campo que atraviesa un área determinada, así:
El matemático y físico, Carl Friedrich Gauss, demostró que la cantidad de flujo eléctrico en un campo es igual al cociente de la carga encerrada por la superficie en la que se
calcula el flujo, , y la permitividad eléctrica, . Esta relación se conoce como ley de Gauss:
(1)
Véase también: Carga eléctrica, Ley de Coulomb, Campo eléctrico, Potencial eléctrico, y Ley de Gauss
Magnetostática [editar]
Artículo principal: Magnetostática
Lineas de fuerza de una barra magnética.
No fue si no hasta el año de 1820, cuando Hans Christian Oersted descubrió que el fenómeno magnético estaba ligado al eléctrico, que se obtuvo una teoría científica para el magnetismo.7 La presencia de una corriente eléctrica, o sea, de un flujo de carga debido a una diferencia de potencial, genera una fuerza magnética que no varía en el
tiempo. Si tenemos una carga a una velocidad , ésta generará un campo magnético que es perpendicular a la fuerza magnética inducida por el movimiento en ésta corriente, así:
Para determinar el valor de ese campo magnético, Jean Baptiste Biot en 1820,8 dedujo una relación para corrientes estacionarias, ahora conocida como ley de Biot-Savart:
Donde es un coeficiente de proporcionalidad conocido como permeabilidad
magnética, es la intensidad de corriente, el es el diferencial de longitud de la
corriente y es la dirección de la corriente. De manera más estricta, es la inducción magnética, dicho en otras palabras, es el flujo magnético por unidad de área. Experimentalmente se llegó a la conclusión que las líneas de fuerza de campos magnéticos eran cerradas, eliminando la posibilidad de un monopolo magnético. La relación matemática se la conoce como ley de Gauss para el campo magnético:
(2)
Además en la magnetostática existe una ley comparable a la de Gauss en la electrostática, la ley de Ampère. Ésta ley nos dice que la circulación en un campo magnético es igual a la densidad de corriente que exista en una superficie cerrada:
Cabe indicar que esta ley de Gauss es una generalización de la ley de Biot-Savart. Además que las fórmulas expresadas aquí son para cargas en el vacío, para más información consúltese los artículos principales.
Véase también: Ley de Ampère, Corriente eléctrica, Campo magnético, Ley de Biot-Savart, y Momento magnético dipolar
Electrodinámica clásica [editar]
Artículo principal: Electrodinámica
Hasta el momento se han estudiado los campos eléctricos y magnéticos que no varían con el tiempo. Pero los físicos a finales del siglo XIX descubrieron que ambos campos estaban ligados y así un campo eléctrico en movimiento, una corriente eléctrica que varíe, genera un campo magnético y un campo magnético de por si implica la presencia de un campo eléctrico. Entonces, lo primero que debemos definir es la fuerza que tendría una partícula cargada que se mueva en un campo magnético y así llegamos a la unión de las dos fuerzas anteriores, lo que hoy conocemos como la fuerza de Lorentz:
(3)
Entre 1890 y 1900 Liénard y Wiechert calcularon el campo electromagnético asociado a cargas en movimiento arbitrario, resultado que se conoce hoy como potenciales de Liénard-Wiechert.
Por otro lado, para generar una corriente eléctrica en un circuito cerrado debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, a ésta diferencia de potencial se la conoce como fuerza electromotriz o fem. Ésta fuerza electromotriz es proporcional a la rapidez con que el flujo magnético varía en el tiempo, esta ley fue encontrada por Michael Faraday y es la interpretación de la inducción electromagnética, así un campo magnético que varía en el tiempo induce a un campo eléctrico, a una fuerza electromotriz. Matemáticamente se representada como:
(4)
En un trabajo del físico James Clerk Maxwell de 1861 reunió las tres ecuaciones anteriormente citadas (1), (2) y (4) e introdujo el concepto de una corriente de desplazamiento como una densidad de corriente efectiva y llego a la última de las ecuaciones, la ley de Ampère generalizada (5), ahora conocidas como ecuaciones de Maxwell:
(5)
Las cuatro ecuaciones, tanto en su forma diferencial como en la integral aquí descritas, fueron las revisiones hechas por Oliver Heaviside. Pero el verdadero poder de éstas ecuaciones, más la fuerza de Lorentz (3), se centra en que juntas son capaces de describir cualquier fenómeno electromagnético, ademas de las consecuencias físicas que posteriormente se describirán.9
Esquema de una onda electromagnética.
La genialidad del trabajo de Maxwell es que sus ecuaciones describen un campo eléctrico que va ligado inequívocamente a un campo magnético perpendicular a éste y a la dirección de su propagación, éste campo es ahora llamado campo electromagnético.10 Además la solución de éstas ecuaciones permitía la existencia de una onda que se propagaba a la velocidad de la luz, con lo que además de unificar los fenómenos eléctricos y magnéticos la teoría formulada por Maxwell predecía con absoluta certeza los fenómenos ópticos.
Así la teoría predecía a una onda que, contraria a las ideas de la época, no necesitaba un medio de propagación; la onda electromagnética se podía propagar en el vacío debido a la generación mutua de los campos magnéticos y eléctricos. Esta onda a pesar de tener una velocidad constante, la velocidad de la luz c, puede tener diferente longitud de onda y consecuentemente dicha onda transporta energía. La radiación electromagnética recibe
diferentes nombres al variar su longitud de onda, como rayos gamma, rayos X, espectro visible, etc.; pero en su conjunto recibe el nombre de espectro electromagnético.
Espectro electromagnético.Véase también: Fuerza de Lorentz, Fuerza electromotriz, Ley de Ampère, Ecuaciones de Maxwell, Campo electromagnético, Radiación electromagnética, y Espectro electromagnético
Formulación covariante [editar]
Artículo principal: Tensor de campo electromagnético
Clásicamente, al fijar un sistema de referencia, se puede descomponer los campos eléctricos y magnéticos del campo electromagnético. Pero al tener a un observador con movimiento relativo respecto al sistema de referencia, éste medirá efectos eléctricos y magnéticos diferentes de un mismo fenómeno electromagnético. El campo eléctrico y la inducción magnética a pesar de ser elementos vectoriales no se comportan como magnitudes físicas vectoriales, por el contrario la unión de ambos constituye otro ente físico llamado tensor y en este caso el tensor de campo electromagnético.11
Así, la expresión para el campo electromagnético es:
Y las expresiones covariantes para las ecuaciones de Maxwell (7) y la fuerza de Lorentz (6) se reducen a:
(6)
(7)
Electrodinámica cuántica [editar]
Diagrama de Feynman mostrando la fuerza electromagnética entre dos electrones por medio del intercambio de un fotón virtual.Artículo principal: Electrodinámica cuántica
Posteriormente a la revolución cuántica de inicios del siglo XX, los físicos se vieron forzados a buscar una teoría cuántica de la interacción electromagnética. El trabajo de Einstein con el efecto fotoeléctrico y la posterior formulación de la mecánica cuántica sugerían que la interacción electromagnética se producía mediante el intercambio de partículas elementales llamadas fotones. La nueva formulación cuántica lograda en la década de los años 40 del siglo XX describía la interacción de este fotón portador de fuerza y las otras partículas portadoras de materia.12
La electrodinámica cuántica es principalmente una teoría cuántica de campos renormalizada. Su desarrollo fue obra de Sinitiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman y Freeman Dyson alrededor de los años 1947 a 1949.13 En la electrodinámica cuántica, la interacción entre partículas viene descrita por un lagrangiano que posee simetría local, concretamente simetría de gauge. Para la electrodinámica cuántica, el campo de gauge donde las partículas interactúan es el campo electromagnético y esas partículas son los fotones.13
Matemáticamente, el lagrangiano para la interacción entre fermiones mediante intercambio de fotones viene dado por:
Donde el significado de los términos es:
son las matrices de Dirac;
y son los campos o espinores de Dirac que representan las partículas cargadas eléctricamente;
es la derivada covariante asociada a la simetría gauge;
el operador asociado al potencial vector covariante del campo electromagnético y
el operador de campo asociado tensor de campo electromagnético.
Véase también: Teoría cuántica de campos, Ecuación de Dirac, y Modelo estándar
Véase también [editar]
Interacción electromagnética Electrodinámica Electrostática Ecuaciones de Maxwell
Referencias [editar]
1. ↑ a b Rafael Lopez Valverde. Historia del Electromagnetismo. Consultado el 13/02/2008.
2. ↑ Clerk Maxwell, James (1873). A Treatise on Electricity and Magnetism (en inglés). Consultado el 20 de noviembre de 2007.
3. ↑ Tesla, Nikola (1856–1943). Obras de Nikola Tesla en Wikisource en inglés (en inglés). Consultado el 20 de noviembre de 2007.
4. ↑ a b J Villaruso Gato. Cuestiones:La carga elemental. Consultado el 13/02/2008. 5. ↑ Ministerio de Educación y Ciencia de España. Introducción a la Electricidad.
Consultado el 13/02/2008. 6. ↑ Agustín Borrego Colomer. Campo eléctrico. Consultado el 14/02/2008. 7. ↑ Introducción al electromagnetismo. Consultado el 15/02/2008. 8. ↑ Ley de Biot-Savart. Consultado el 15/02/2008. 9. ↑ David Stern (2004). Ondas electromagnéticas. Consultado el 17/02/2008. 10. ↑ Carlos Fenandez. La naturaleza de la luz. Consultado el 17/02/2008. 11. ↑ Landau & Lifshitz, Teoría clásica de los campos, Ed. Reverté. ISBN 84-291-4082-4. 12. ↑ Enciclopedia Encarta (2007). Electrodinámica cuántica. Consultado el 19/02/2008. 13. ↑ a b José Antonio Montiel Tosso (Universidad de Córdoba). Introducción a la Física
cuántica. Electrodinámica cuántica. Consultado el 19/02/2008.
Generales [editar]
La Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Desarrollo histórico
o 1.1 Reflexión y refracción o 1.2 Interferencia y difracción o 1.3 Primeras teorías y otros fenómenos o 1.4 Aportes de Fresnel o 1.5 La teoría del éter o 1.6 Las ondas luminosas como ondas electromagnéticas o 1.7 La teoría cuántica
2 Teorías científicas 3 Espectro electromagnético 4 Véase también 5 Referencias
6 Enlaces externos
Desarrollo histórico [editar]
Reflexión y refracción [editar]
Reflexión de la luz en el agua.
En la Edad Antigua se conocía la propagación rectilínea de la luz y la reflexión y refracción. Dos filósofos y matemáticos griegos escribieron tratados sobre óptica, Empédocles y Euclides.
Ya en la Edad Moderna René Descartes consideraba la luz como una onda de presión transmitida a través de un medio elástico perfecto (el éter) que llenaba el espacio. Atribuyó los diferentes colores a movimientos rotatorios de diferentes velocidades de las partículas en el medio.
La ley de la refracción fue descubierta experimentalmente en 1621 por Willebrord Snell. En 1657 Pierre de Fermat enunció el principio del tiempo mínimo y a partir de él dedujo la ley de la refracción.
Véase también: Ley de Snell
Interferencia y difracción [editar]
Interferencia (esquema simulado).
Robert Boyle y Robert Hooke descubrieron de forma independiente el fenómeno de la interferencia conocido como anillos de Newton. Hooke también observó la presencia de luz en la sombra geométrica, debido a la difracción, fenómeno que ya había sido descubierto por Francesco Maria Grimaldi. Hooke pensaba que la luz consistía en vibraciones propagadas instantáneamente a gran velocidad y creía que en un medio homogéneo cada vibración generaba una esfera que crece de forma regular. Con estas ideas, Hooke intentó explicar el fenómeno de la refracción e interpretar los colores. Sin embargo, los estudios que aclararon las propiedades de los colores fueron desarrollados por Newton que descubrió en 1666 que la luz blanca puede dividirse en sus colores componentes mediante un prisma y encontró que cada color puro se caracteriza por una refractabilidad específica. Las dificultades que la teoría ondulatoria se encontraba para explicar la propagación rectilínea de la luz y la polarización (descubierta por Huygens) llevaron a Newton a inclinarse por la teoría corpuscular, que supone que la luz se propaga desde los cuerpos luminosos en forma de partículas.
Dispersión de la luz en dos prismas de distinto material.
En la época en que Newton publicó su teoría del color, no se conocía si la luz se propagaba instantáneamente o no. El descubrimiento de la velocidad finita de la luz lo realizó en 1675 Olaf Römer a partir de observaciones de los eclipses de Júpiter.
Primeras teorías y otros fenómenos [editar]
Por su parte, Hooke fue de los primeros defensores de la teoría ondulatoria que fue extendida y mejorada por Christian Huygens que enunció el principio que lleva su nombre, según el cual cada punto perturbado por una onda puede considerarse como el centro de una nueva onda secundaria, la envolvente de estas ondas secundarias define el frente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda de este principio, consiguió deducir las leyes de la reflexión y refracción. También pudo interpretar la doble refracción del espato de Islandia, fenómeno descubierto en 1669 por Erasmus Bartholinus, gracias a la suposición de la transmisión de una onda secundaria elipsoidal, además de la principal de forma esférica. Durante esta investigación Huygens descubrió la polarización. Cada uno de los dos rayos emergentes de la refracción del espato de Islandia puede extinguirse haciéndolo pasar por un segundo cristal del mismo material, rotado alrededor de un eje con la misma dirección que el rayo luminoso. Fue sin embargo Newton el que consiguió interpretar este fenómeno, suponiendo que los rayos tenían “lados”, propiedad que le pareció una objeción insuperable para la teoría ondulatoria de la luz, ya que en aquella época los científicos sólo estaban familiarizados con las ondas longitudinales.
El prestigio de Newton, indujo el rechazo por parte de la comunidad científica de la teoría ondulatoria, durante casi un siglo, con algunas excepciones, como la de Leonhard Euler. No fue hasta el comienzo del Siglo XIX en que nuevos progresos llevaron a la aceptación generalizada de la teoría ondulatoria. El primero de ellos fue la enunciación por Thomas Young en 1801, del principio de interferencia y la explicación de los colores de películas delgadas. Sin embargo, como fueron expresadas en términos cualitativos no consiguieron reconocimiento generalizado. En esta misma época Étienne-Louis Malus describió la polarización por reflexión, en 1808 observó la reflexión del Sol desde una ventana a través de un cristal de espato de Islandia y encontró que las dos imágenes birrefringentes variaban sus intensidades relativas al rotar el cristal, aunque Malus no intentó interpretar el fenómeno.
Aportes de Fresnel [editar]
Augustin-Jean Fresnel ganó un premio instituido en 1818 por la academia de París por la explicación de la difracción, basándose en la teoría ondulatoria, que fue la primera de una serie de investigaciones que, en el curso de algunos años, terminaron por desacreditar completamente la teoría corpuscular. Los principios básicos utilizados fueron: el principio de Huygens y el de interferencia de Young, los cuales, según demostró Fresnel, son suficientes para explicar, no sólo la propagación rectilínea, sino las desviaciones de dicho comportamiento (como la difracción). Fresnel calculó la difracción causada por rendijas, pequeñas aperturas y pantallas. Una confirmación experimental de su teoría de la difracción fue la verificación realizada por François Jean Dominique Arago de una predicción de Poisson a partir de las teorías de Fresnel, que es
la existencia de una mancha brillante en el centro de la sombra de un disco circular pequeño.
En el mismo año (1818) Fresnel también investigó el problema de la influencia del movimiento terrestre en la propagación de la luz. Básicamente el problema consistía en determinar si existe alguna diferencia entre la luz de las estrellas y la de fuentes terrestres. Arago encontró experimentalmente que (aparte de la aberración) no había diferencia. Sobre la base de este descubrimiento Fresnel desarrolló su teoría de la convección parcial del éter por interacción con la materia, sus resultados fueron confirmados experimentalmente en 1851 por Armand Hypolite Louis Fizeau. Junto con Arago, Fresnel investigó la interferencia de rayos polarizados y encontró en 1816 que dos rayos polarizados perpendicularmente uno al otro, nunca interferían. Este hecho no pudo ser reconciliado con la hipótesis de ondas longitudinales, que hasta entonces se había dado por segura. Young explicó en 1817 el fenómeno con la suposición de ondas transversales.
Fresnel intentó explicar la propagación de la luz como ondas en un material (éter) y dado que en un fluido sólo son posibles las oscilaciones elásticas longitudinales, concluyó que el éter debía comportarse como un sólido, pero como en aquella época la teoría de ondas elásticas en sólidos no estaba desarrollada, Fresnel intentó deducir las propiedades del éter de la observación experimental. Su punto de partida fueron las leyes de propagación en cristales. En 1832, William Rowan Hamilton predijo a partir de las teorías de Fresnel la denominada refracción cónica, confirmada posteriormente de forma experimental por Humprey Lloyd.
Fue también Fresnel el que en 1821 dio la primera indicación de las causas de la dispersión al considerar la estructura molecular de la materia, idea desarrollada posteriormente por Cauchy.
Los modelos dinámicos de los mecanismos de las vibraciones del éter, llevaron a Fresnel a deducir las leyes que ahora llevan su nombre y que gobiernan la intensidad y polarización de los rayos luminosos producidos por la reflexión y refracción.
La teoría del éter [editar]
En 1850 Foucault, Fizeau y Breguet realizaron un experimento crucial para decidir entre las teorías ondulatoria y corpuscular. El experimento fue propuesto inicialmente por Arago y consiste en medir la velocidad de la luz en aire y agua. La teoría corpuscular explica la refracción en términos de la atracción de los corpúsculos luminosos hacia el medio más denso, lo que implica una velocidad mayor en el medio más denso. Por otra parte, la teoría ondulatoria implica, de acuerdo con el principio de Huygens que en el medio más denso la velocidad es menor.
En las décadas que siguieron, se desarrolló la teoría del éter. El primer paso fue la formulación de una teoría de la elasticidad de los cuerpos sólidos desarrollada por Claude Louis Marie Henri Navier que consideró que la materia consiste de un conjunto de partículas ejerciendo entre ellas fuerzas a lo largo de las líneas que los unen. Diferentes desarrollos aplicables a la Óptica fueron realizados por Siméon Denis Poisson, George Green, James MacCullagh y Franz Neuman. Todas ellas encontraban dificultades por intentar explicar el fenómeno óptico en términos mecánicos. Por
ejemplo, al incidir sobre un medio una onda transversal, se deberían producir ondas, tanto longitudinales como transversales, pero, según los experimentos de Arago y Fresnel, solo se producen del segundo tipo. Otra objeción a la hipótesis del éter es la ausencia de resistencia al movimiento de los planetas.
Un primer paso para abandonar el concepto de éter elástico lo realizó MacCullagh, que postuló un medio con propiedades diferentes a la de los cuerpos ordinarios. Las leyes de propagación de ondas en este tipo de éter son similares a las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell.
A pesar de las dificultades, la teoría del éter elástico persistió y recibió aportaciones de físicos del siglo XIX, entre ellos William Thomson (Lord Kelvin), Carl Neumann, John William Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav Kirchhoff.
Las ondas luminosas como ondas electromagnéticas [editar]
Mientras tanto, las investigaciones en electricidad y magnetismo se desarrollaban culminando en los descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento previo en este campo en un sistema de ecuaciones que establecían la posibilidad de ondas electromagnéticas con una velocidad que podía calcularse a partir de los resultados de medidas eléctricas y magnéticas. Cuando Rudolph Kohlrausch y Wilhelm Weber realizaron estas medidas, la velocidad obtenida resultó coincidir con la velocidad de la luz. Esto llevó a Maxwell a especular que las ondas luminosas eran electromagnéticas, lo que se verificó experimentalmente en 1888 por Heinrich Hertz.
La teoría cuántica [editar]
Pero, incluso la teoría electromagnética de la luz es incapaz de explicar el proceso de emisión y absorción. Las leyes que rigen estos últimos procesos comenzaron a dilucidarse con Joseph von Fraunhofer que descubrió entre 1814-1817 líneas oscuras en el espectro solar. La interpretación como líneas de absorción de las mismas se dio por primera vez en 1861 sobre la base de los experimentos de Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Kirchhoff. La luz de espectro continuo del Sol, al pasar por los gases de la atmósfera solar, pierde por absorción, justamente aquellas frecuencias que los gases que la componen emiten. Este descubrimiento marca el inicio del análisis espectral que se base en que cada elemento químico tiene un espectro de líneas característico. El estudio de estos espectros no pertenece exclusivamente al campo de la Óptica ya que involucra la mecánica de los propios átomos y las leyes de las líneas espectrales revelan información, no tanto sobre la naturaleza de la luz como la estructura de las partículas emisoras.
Finalmente la comunidad científica acabó aceptando que la mecánica clásica es inadecuada para una descripción correcta de los sucesos que ocurren en el interior de los átomos y debe ser reemplazada por la teoría cuántica. La aplicación de la misma permitió a Niels Bohr explicar las leyes de las líneas espectrales de los gases. Así pues, la mecánica cuántica ha influido decisivamente sobre el concepto científico de la naturaleza de la luz. Fue Albert Einstein el que, basándose en los cuantos de Planck retomó la teoría corpuscular de la luz en una nueva forma, asignándole realidad física de dichos cuantos (fotones). De este modo pudo explicar algunos fenómenos que se habían
descubierto, relativos a la transformación de la luz en energía corpuscular que eran inexplicables con la teoría ondulatoria. Así, en el efecto fotoeléctrico la energía impartida a las partículas secundarias es independiente de la intensidad y es proporcional a la frecuencia de la luz.
La teoría detallada de la interacción entre campo y materia requiere de los métodos de la mecánica cuántica (cuantización del campo). En el caso de la radiación electromagnética, Dirac fue el primero en realizarlo, fundando las bases de la óptica cuántica.
La óptica a su vez ha influido decisivamente en otros frentes de la física, en particular la rama de la óptica de cuerpos en movimiento participó en el desarrollo de la teoría de la relatividad. El primer fenómeno observado en este campo fue la aberración de las estrellas fijas, estudiado por James Bradley en 1728. El fenómeno aparece con la observación de las estrellas en diferentes posiciones angulares, dependiendo del movimiento de la Tierra respecto a la dirección del haz de luz. Bradley interpretó el fenómeno como causado por la velocidad finita de la luz y pudo determinar su velocidad de este modo. Otro fenómeno de la óptica de cuerpos en movimiento es la convección de la luz por los cuerpos en movimiento, que Fresnel mostró se podía entenderse como la participación de éter en el movimiento con sólo una fracción de la velocidad del cuerpo en movimiento.
Fizeau demostró después esta convección experimentalmente con la ayuda de flujos de agua. El efecto del movimiento de la fuente luminosa fue estudiado por Christian Doppler, que formuló el principio de su mismo nombre. Hertz fue el primero en intentar generalizar las leyes de Maxwell a objetos en movimiento. Su formulación, sin embargo, entraba en conflicto con algunos experimentos. Otro investigador en este campo fue Hendrik Antoon Lorentz que supuso el éter en estado de reposo absoluto como portador del campo electromagnético y dedujo las propiedades de los cuerpos materiales a partir de la interacción de partículas eléctricas elementales (los electrones). Pudo deducir el coeficiente de convección de Fresnel a partir de su teoría, así como el resto de fenómenos conocidos en 1895. Sin embargo con la mejora de la precisión en la determinación de caminos ópticos, obtenida gracias al interferómetro de Albert Abraham Michelson con el que se descubrió una anomalía: resultó imposible demostrar la existencia de un corrimiento del éter requerida por la teoría del éter estacionario. Esta anomalía fue resuelta por Albert Einstein en 1905 con su teoría especial de la relatividad.
Teorías científicas [editar]
Desde el punto de vista físico, la luz es una onda electromagnética. Según el modelo utilizado para la luz, se distingue entre las siguientes ramas, por orden creciente de precisión (cada rama utiliza un modelo simplificado del empleado por la siguiente):
La óptica geométrica: Trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.
La óptica ondulatoria: Considera a la luz como una onda plana, teniendo en cuenta su frecuencia y longitud de onda. Se utiliza para el estudio de difracción e interferencia.
La óptica electromagnética: Considera a la luz como una onda electromagnética, explicando así la reflectancia y transmitancia, y los fenómenos de polarización y anisotropía.
La óptica cuántica u óptica física: Estudio cuántico de la interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia, en el que la dualidad onda-corpúsculo desempeña un papel crucial.
Espectro electromagnético [editar]
Si bien la Óptica se inició como una rama de la física distinta del electromagnetismo en la actualizada se sabe que la luz visible parte del espectro electromagnético, que no es más que el conjunto de todas las frecuencias de vibración de la las ondas electromagnéticas. Los colores visibles al ojo humano se agrupan en la parte del espectro denominado visible.
La física atómica es un campo de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos (electrones y núcleos atómicos). Está claro que el estudio de la física atómica incluye a los iones así como a los átomos neutrales y a cualquier otra partícula que sea considerada parte de los átomos.
El término física atómica se asocia a menudo con el de energía nuclear y bombas nucleares, debido en parte a la popularidad que tuvieron en los años 60 durante la guerra fría, siendo además sinónimos las palabras atómico y nuclear en el inglés estándar. Sin embargo, los físicos distinguen entre fisica atómica y la física nuclear, la primera trata
con todas las partes del átomo, mientras que la segunda lo hace sólo con el núcleo del átomo.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Historia 2 Bibliografía 3 Véase también
4 Referencias externas
Historia [editar]
Artículo principal: Teoría atómica
En los inicios su estudió se dedicó a las capas electrónicas exteriores de los átomos y a los procesos que se deducián en cambios de esa capa. John Dalton (1766-1844), generalmente reconocido como el fundador de la teoría atómica de la materia, pese a que el atomismo tuvo continuados exponentes desde el tiempo de Demócrito. Dalton dio a la teoría contenido científico sólido y la transformó así en la base de la física y de la química. Los átomos de un elemento, dijo, son iguales pero el átomo de un elemento difiere del átomo de otro. Creyó que los átomos eran indivisibles.
La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad en su papel en la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y física de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas.
Tabla de contenidos
[ocultar] 1 Primeros experimentos 2 Reacciones nucleares
o 2.1 Colisión inelástica o 2.2 Colisión elástica o 2.3 Desintegración nuclear
o 2.4 Fisión o 2.5 Fusión
3 Detección o 3.1 Análisis radioquímico como apoyo a la detección o 3.2 Análisis mediante activación neutrónica
4 Científicos relevantes en la física nuclear
5 Véase también
[editar] Primeros experimentos
La radiactividad fue descubierta en las sales de uranio por el físico francés Henri Becquerel en 1896.
En 1898, los científicos franceses Marie y Pierre Curie descubrieron dos elementos radiactivos existentes en la naturaleza, el polonio (84Po) y el radio (88Ra).
En 1913 Niels Bohr publica su modelo de átomo, consistente en un núcleo central compuesto por partículas que concentran la práctica mayoría de la masa del átomo (neutrones y protones), rodeado por varias capas de partículas cargadas casi sin masa (electrones). Mientras que el tamaño del átomo resulta ser del orden del angstrom (10-10 m), el núcleo puede medirse en fermis (10-15 m), o sea, el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo.
Ernest Rutherford en el año 1918 definió la existencia de los núcleos de hidrógeno. Rutherford sugirió que el núcleo de hidrógeno, cuyo número atómico se sabía que era 1, debía ser una partícula fundamental. Se adoptó para esta nueva partícula el nombre de protón sugerido en 1886 por Goldstein para definir ciertas partículas que aparecían en los tubos catódicos.
Durante la década de 1930, Irène y Jean Frédéric Joliot-Curie obtuvieron los primeros nucleidos radiactivos artificiales bombardeando boro (5B) y aluminio (13Al) con partículas α para formar isótopos radiactivos de nitrógeno (7N) y fósforo (15P). Algunos isótopos de estos elementos presentes en la naturaleza son estables. Los isótopos inestables se encuentran en proporciones muy bajas.
En 1932 James Chadwick realizó una serie de experimentos con una radiactividad especial que definió en términos de corpúsculos, o partículas que formaban esa radiación. Esta nueva radiación no tenía carga eléctrica y poseía una masa casi idéntica a la del protón. Inicialmente se postuló que fuera resultado de la unión de un protón y un electrón formando una especie de dipolo eléctrico. Posteriores experimentos descartaron esta idea llegando a la conclusión de que era una nueva partícula procedente del núcleo a la que se llamó neutrones.
Los científicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann descubrieron la fisión nuclear en 1938. Cuando se irradia uranio con neutrones, algunos núcleos se dividen en dos núcleos con números atómicos. La fisión libera una cantidad enorme de energía y se utiliza en armas y reactores de fisión nuclear.
[editar] Reacciones nucleares
Véase también: Procesos nucleares
[editar] Colisión inelástica
La física nuclear incluye también el estudio de las reacciones nucleares: el uso de proyectiles nucleares para convertir un tipo de núcleo en otro. Si, por ejemplo, se bombardea el sodio con neutrones, parte de los núcleos estables Na capturan estos neutrones para formar núcleos radiactivos ²Na:
Estas reacciones se estudian colocando muestras dentro de los reactores nucleares para producir un flujo alto de neutrones (número elevado de neutrones por unidad de área).
Los núcleos también pueden reaccionar entre ellos pero, si están cargados positivamente, se repelen entre sí con gran fuerza. Los núcleos proyectiles deben tener una energía lo bastante alta como para superar la repulsión y reaccionar con los núcleos blanco. Los núcleos de alta energía se obtienen en los ciclotrones, en los generadores de Van de Graaff y en otros aceleradores de partículas.
Una reacción nuclear típica es la que se utilizó para producir artificialmente el elemento siguiente al uranio (238U), que es el elemento más pesado existente en la naturaleza. El neptunio (Np) se obtuvo bombardeando uranio con deuterones (núcleos del isótopo hidrógeno pesado, 2H) según la reacción:
[editar] Colisión elástica
[editar] Desintegración nuclear
Véase también: Desintegración alfa, Desintegración beta, rayos gamma, y Partículas elementales
Los núcleos atómicos consisten en protones, cargados positivamente y neutrones sin carga. El número de protones de un núcleo es su número atómico, que define al elemento químico. Todos los núcleos con 11 protones, por ejemplo, son núcleos de átomos de sodio (Na). Un elemento puede tener varios isótopos, cuyos núcleos tienen un número distinto de neutrones. Por ejemplo, el núcleo de sodio estable contiene 12 neutrones, mientras que los que contienen 13 neutrones son radiactivos. Esos isótopos
se anotan como y , donde el subíndice indica el número atómico, y el
superíndice representa el número total de nucleones, es decir, de neutrones y protones. A cualquier especie de núcleo designada por un cierto número atómico y de neutrones se le llama nucleido.
Los nucleidos radiactivos son inestables y sufren una transformación espontánea en nucleidos de otros elementos, liberando energía en el proceso (véase Radiactividad).
Esas transformaciones incluyen la desintegración alfa, que supone la emisión de un
núcleo de helio ( ), y la desintegración beta (que puede ser β- o β+). En la desintegración β- un neutrón se transforma en un protón con la emisión simultánea de un electrón de alta energía y un antineutrino electrónico. En la desintegración β+ un protón se convierte en un neutrón emitiendo un positrón.
Por ejemplo, el 24Na sufre una desintegración β- formando el elemento superior, el magnesio:
La radiación gamma es radiación electromagnética de alta frecuencia (y por tanto energía). Cuando se produce la desintegración α o β, el núcleo resultante permanece a menudo en un estado excitado (de mayor energía), por lo que posteriormente se produce la desexcitación emitiendo rayos gamma.
Al representar la desintegración de un nucleido radiactivo se debe determinar también el periodo de semidesintegración del nucleido. El periodo de semidesintegración del
, es de 15 horas. Es importante determinar el tipo y energía de la radiación emitida por el nucleido.
[editar] Fisión
Véase también: Fisión nuclear
Los conceptos de fisión y fusión nuclear difieren en las características de formación de cada uno. De esta forma se encuentra que la fisión (utilizada en las bombas nucleares de uranio, como las de la Segunda Guerra Mundial contra Japón) consiste en el "bombardeo" de partículas subatómicas al uranio (o a cualquier elemento transuránico, siempre y cuando sus características lo permitan), trayendo como consecuencia la fisión (de allí su nombre) del átomo y con esto la de los demás átomos adyacentes al bombardeado en reacción en cadena. Mientras que, la fusión es la unión bajo ciertas condiciones (altas presiones, altas temperaturas, altas cargas, etc.) de dos o más átomos, esta crea mucha más energía y se observa en la conocida bomba H (bomba de hidrógeno).
[editar] Fusión
Véase también: Fusión nuclear
La fusión representa diversos problemas, ya que a nivel atómico las cargas de los átomos se repelen entre sí impidiendo la unión de estos, por esto se recurre generalmente a la utilización de isotópos ligeros, con menor carga eléctrica (como el hidrógeno y sus isótopos deuterio y tritio). En ciertas condiciones, definidas por los criterios de Lawson, se lograría la fusión de dichos átomos. Para ello primero se les debe convertir al estado de plasma, ionizándolos, favoreciendo a la unión. Esto se consigue mediante dos métodos básicos: el confinamiento magnéticoy el confinamiento inercial. Existen varias posibilidades para producir la fusión a partir de los isótopos del hidrógeno.
La energía de la fusión aun no se ha podido aprovechar con fines prácticos.
Representa algunas ventajas en relación a la fisión nuclear:
1. Produce menos residuos nucleares. 2. En los diseños actuales se necesita un aporte exterior de energía para que la
reacción en cadena se mantenga. 3. Produce más energía por reacción.
También posee desventajas:
1. La reacción más energética es deuterio+tritio, y el tritio es un elemento muy escaso en la Tierra.
2. Las condiciones necesarias son tan extremas que solo se dan en el centro de las estrellas, por lo que son muy difíciles de alcanzar y controlar.
Las técnicas conocidas de alcanzar las condiciones impuestas por los criterios de Lawson son dos:
El confinamiento magnético, principalmente en tokamaks como el ITER. El confinamiento inercial, mediante el uso de láseres o aceleradores de
partículas, como por ejemplo en el National Ignition Facility.
[editar] Detección
Véase también: Detector de partículas
[editar] Análisis radioquímico como apoyo a la detección
Las partículas alfa, que son emitidas normalmente por elementos con números atómicos superiores a 83, tienen la energía discreta característica de los nucleidos emisores. Así, los emisores α pueden ser identificados midiendo la energía de las partículas α. Las muestras a medir deben ser muy delgadas porque estas partículas pierden rápidamente energía al atravesar el material. Los rayos gamma también tienen la energía discreta característica del nucleido que se desintegra, por lo que la energía de estos rayos también puede usarse para identificar nucleidos. Puesto que los rayos gamma pueden atravesar una cantidad considerable de material sin perder energía, la muestra no tiene que ser delgada. Los espectros de energía de las partículas beta (y los positrones) no son
útiles para identificar nucleidos porque se extienden sobre todas las energías hasta un máximo para cada emisor β.
[editar] Análisis mediante activación neutrónica
Con frecuencia, las técnicas de física nuclear se emplean para analizar materiales rastreando elementos presentes en cantidades muy pequeñas. La técnica utilizada se llama análisis de activación. Se irradia una muestra con proyectiles nucleares (normalmente neutrones) para convertir nucleidos estables en nucleidos radiactivos, que luego se miden con detectores de radiación nuclear. Por ejemplo, el sodio de una muestra puede ser detectado irradiando la muestra con neutrones, y convirtiendo así parte de los núcleos estables ®Na en núcleos radiactivos ²Na; a continuación se mide la cantidad de estos últimos contando las partículas β y los rayos g emitidos.
El análisis de activación puede medir (sin separación química) cantidades tan pequeñas como 1 nanogramo (10-9 g) de unos 35 elementos en materiales como el suelo, las rocas, los meteoritos y las muestras lunares. También puede utilizarse para analizar muestras biológicas, como la sangre y el tejido humano; sin embargo, en los materiales biológicos se pueden observar pocos elementos sin separaciones químicas.
Otras aplicaciones importantes de la física nuclear son el desarrollo de métodos para producir especies radiactivas utilizadas para la diagnosis y los tratamientos médicos. También ha desarrollado los isótopos trazadores que se usan para estudiar el comportamiento químico de los elementos, para medir el desgaste de los motores de automóviles y en otros estudios que emplean cantidades mínimas de material.
Tiene una gran importancia política como salida marítima para los países de la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas a través del Bósforo, el mar de Mármara, los Dardanelos y el mar Negro, y para el acceso de Europa y América al petróleo de Libia, Argelia y de la región del golfo Pérsico a través del canal de Suez y los oleoductos terrestres.
Tiene una gran importancia política como salida marítima para los países de la antigua Unión de Repúblicas Socialistas SoviéticasEl MAR MEDITERRÁNEO tiene una gran importancia política como salida marítima para los países de la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas a través del Bósforo, el mar de Mármara, los Dardanelos y el mar Negro, y para el acceso de Europa
y América al petróleo de Libia, Argelia y de la región del golfo Pérsico a través del canal de Suez y los oleoductos terrestres.
Al mar Mediterráneo, del latín medius- en medio y terra –tierra, se abren tres continentes:Europa, Asia, y Africa. Este mar intercontinental ha desempeñado un papel trascendental
en el curso de la historia. No obstante, los países que son bañados
por este mar, tanto por su cultura como por su alimentación, son
distintos y es difícil encontrar un punto en común o de hermandad
entre todos estos pueblos. La religión, junto a los aspectos
climáticos y geológicos de cada país, van a determinar los hábitos
alimenticios de cada uno de ellos.
Tan sólo algunos aspectos alimentarios son comunes a toda la cuenca mediterránea: el cultivo del trigo, y a partir del mismo la elaboración del pan, el aceite de oliva, algunas legumbres, la variedad de verduras y hortalizas, la uva, y el vino, el pescado y cierto tipo de ganadería básicamente ovina por la influencia del mundo árabe.
Es por todos conocida la importancia de la temática referida a los recursos naturales y al problema ambiental. Esta toma de conciencia se debe a que el deterioro del Medio Ambiente es un hecho irrefutable.
La humanidad necesita preservar sus recursos naturales, de forma tal que las necesidades de las presentes generaciones sean satisfechas pero sin poner en riesgo su existencia para satisfacer las necesidades de las futuras. Es decir, aprovechar los recursos de la Tierra de manera sostenible y prudente. El desarrollo sostenible armoniza el concepto de protección del medio ambiente, con el de progreso económico, a través de la idea de eficiencia en el uso de los recursos. El objeto es no comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus necesidades y gozar de niveles de confort y calidad de vida similares o mayores a los de la generación presente.
Campaña de limpieza en el Cerro Aconcagua
Debemos adoptar estilos de vida y pautas de desarrollo que respeten y se desenvuelvan dentro de los límites "tolerables" por el Medio Ambiente.
En 1991, Organizaciones Internacionales (The World Conservation Union, Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y World Wildlife Fundation), dieron a conocer una nueva declaración sobre la emergencia ambiental mundial, mediante un documento titulado "Cuidar la Tierra". Este informe no sólo es un análisis, sino también un plan de acción de carácter práctico sobre las políticas que se deben adoptar y las acciones que se deben emprender para el cuidado y conservación de la naturaleza. Los nueve principios centrales para guiar la acción humana hacia un futuro en el cual la comunidad viva en equilibrio continuo con la tierra son:
1. Respetar y cuidar la comunidad de la vida. 2. Elevar la calidad de la vida humana.3. Conservar la vitalidad y la diversidad de la Tierra.4. Minimizar la tasa de agotamiento de los recursos no renovables. 5. Mantenerse dentro de la capacidad de carga de la Tierra.6. Modificar las actitudes y prácticas personales. 7. Permitir que las comunidades se encarguen del cuidado de su propio medio ambiente. 8. Proporcionar un marco adecuado para la integración del desarrollo y la conservación. 9. Forjar una alianza mundial.
Pese al incremento del número de leyes nacionales e internacionales sobre el ambiente y de las conferencias locales e internacionales que analizan todo tipo de aspectos sobre la situación ambiental y el futuro de la humanidad, la contaminación de la Tierra ha aumentado.
En concordancia con la toma de conciencia de la humanidad sobre la necesidad de preservar los recursos naturales y su hábitat, el Ejército Argentino tiene asignada como una de las misiones subsidiarias, la de "Contribuir a la Preservación del Medio Ambiente", con la finalidad de mejorar la calidad de vida de sus integrantes y de apoyar a la comunidad mediante acciones concretas de educación, prevención y ejecución de tareas que tiendan a alcanzar este objetivo. La Fuerza no solamente cuida el medio ambiente en el desarrollo de sus actividades, sino que también educa y difunde al resto de los actores sociales, la importancia de su preservación.
Lucha contra incendios forestales
El Derecho Internacional de los Conflictos Armados (DICA) señala la limitación del derecho que tienen las partes en conflicto para elegir los medios o métodos de combate. Entre los tratados que protegen al Medio Ambiente durante un conflicto armado, se puede mencionar la Convención sobre la prohibición de utilizar técnicas de modificación ambiental con fines militares u otros fines hostiles (Convención ENMOD de ONU de Diciembre de 1976) y el Protocolo I de 1977, adicional a los Convenios de Ginebra de 1949 que prohibe emplear métodos o medios de hacer la guerra que hayan sido concebidos para causar o que se prevea que puedan causar daños extensos, duraderos y graves al Medio Ambiente Natural.
Trabajos de descontaminación
En 1992, en la 47° Sesión de la Asamblea General de las Naciones Unidas se ratifica la competencia de la Cruz Roja Internacional y la Media Luna Roja en el ámbito de la protección del Medio Ambiente, y en especial, durante períodos de conflicto armado (Delito de Guerra). Además se resuelve que las Fuerzas Armadas incluyan en sus manuales medidas específicas para la protección del Medio Ambiente.
En tal sentido, el Ejército Argentino preocupado por esta problemática posee un cuerpo normativo específico, integrado por:
- Directiva del Jefe del Estado Mayor General del Ejército (JEMGE) Nro 795/94 (Para la preservación del Medio Ambiente en propiedades de la Fuerza).- Directiva Técnica del JEMGE. Nro 803/95 (Para la preservación del Medio Ambiente en propiedades de la Fuerza). Entre otros aspectos establece el tratamiento de residuos peligrosos, basura, líquidos cloacales, flora, fauna, fuentes alternativas de energía, etc.- Directiva del JEMGE Nro 805/95 (Para la educación operacional de cuadros y tropa - Cursillo de preservación del Medio Ambiente).
Esta directiva será reemplazada en noviembre de 2000, incluyéndose en la misma un capítulo referido a la temática ambiental.- Directiva del JEMGE Nro 820/97 (Para la designación del Oficial de Medio Ambiente, OMA, en todos los comandos, unidades y organismos de la Fuerza).- Directiva del SUBJEMGE Nro 674/98 (Bases para el planeamiento y ejecución de apoyo a la comunidad en oportunidad de producirse desastres naturales y otros tipos de siniestros). Esta directiva , entre otros aspectos contempla: el plan nacional de manejo del fuego, inundaciones, etc- Directiva del JEMGE Nro 836/00 (Administración integrada de los campos de instrucción). Esta directiva, revalorizando el concepto que "Sin acceso a limpios recursos de tierra, aire o agua, no podemos entrenar a nuestras tropas, y sin entrenamiento no podemos defender a nuestra Nación", establece la administración operacional y ambientalmente responsable de los campos de instrucción.
Es necesario resaltar el cargo que el Ejército Argentino ha incorporado en sus elementos componente, el del Oficial de Medio Ambiente, que bajo la supervisión del Oficial de Operaciones, tiene la responsabilidad de entender en todos los aspectos relativos al medio ambiente de la Unidad a la que pertenece y asistir a los integrantes dependientes en la ejecución de aquellas actividades relacionadas al mismo, tendientes a:
Reconstrucción de puente destruido por inundaciones
- Contribuir a preservar el Medio Ambiente en el ámbito donde el elemento desarrolla las actividades guarnicionales y operacionales, a fin de mejorar la calidad de vida del personal militar, sus familias y la comunidad.- Desarrollar las actividades guarnicionales con el mínimo impacto negativo medioambiental y un máximo impacto positivo, contribuyentes a los planes regionales gubernamentales o los que establezca la Fuerza.- Inculcar y difundir en el personal del elemento, el respeto a las leyes, disposiciones y reglamentaciones establecidas por la Fuerza, el Municipio, la Provincia o la Nación, que al respecto se encuentren vigentes.- Confeccionar la Carta de Preservación del Medio Ambiente del Elemento, que consiste en una evaluación de la incidencia de los factores contaminantes de la atmósfera, el suelo y el agua; cuáles son los efectos de la degradación ambiental y cuáles son las
actividades a desarrollar dentro de la Unidad para evitarlos.
Desde 1993, año en que el Ejército Argentino estableció los objetivos que la Institución debía alcanzar y las políticas conducentes a los mismos para dar cumplimiento a la misión de "contribuir a la preservación del Medio Ambiente", se han ejecutado y se desarrollan una gran cantidad de acciones concretas dentro de la Fuerza y en apoyo de la comunidad, en conjunto con Organismos Gubernamentales y No Gubernamentales, entre otras:
- Campañas anuales de limpieza de parques provinciales y nacionales, como la del Cerro Aconcagua.- Limpieza de las áreas afectadas por incendios forestales y su posterior reforestación, como en San Carlos de Bariloche.- Implementación de planes de forestación de especies autóctonas en diferentes puntos del país.- Apoyo en la ejecución de las obras de saneamiento del Río Reconquista.- Actividades de difusión de la temática ambiental, mediante la organización de seminarios, simposios y jornadas con la participación de diversas instituciones y público en general, etc.
Por todo lo hecho hasta el presente, por el sistema de gestión ambiental que se implementó, que es perfectible, por la actitud permanente de aprendizaje que tienen los integrantes de la Institución para incrementar su eficiencia en la ejecución de las acciones correspondientes, por el accionar junto a la comunidad y en su apoyo, y por la actitud de todo el personal para enfrentar los desafíos que noEl subsecretario de Estados Unidos para el Medio Ambiente, Daniel A. Reifsnyder, aseguró en Guatemala que presentará a las autoridades centroamericanas una agenda de cinco puntos para impulsar el apartado ambiental del tratado comercial entre su país y la región: leyes ambientales y fortalecimiento institucional; biodiversidad y conservación; el mercado como método de preservación; mayor cuidado por parte del sector privado; y obligaciones específicas del CAFTA-RD.
Reifsnyder estaba rodeado de instituciones de la sociedad civil guatemalteca, que llegaron a informarse y discutir acerca del capítulo del Cafta-RD que se ocupa de la protección del medio ambiente y la necesidad de cooperación ambiental existente entre los países centroamericanos y EE.UU.
Saúl Oliva, de comunicación del Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales (Marn), admitió que, pese a que hace ya un año que se firmó el Tratado de Libre Comercio, en este tiempo nada ha cambiado con respecto a la protección de la naturaleza. “En general, ni siquiera se sabe que el Cafta obliga a defender los recursos naturales: en Guatemala apenas se ha divulgado el capítulo 17”.
Oliva añadió que EE.UU. mandará ayuda y canjeará parte de la deuda de Guatemala por motivos relacionados con la naturaleza, aunque no pudo precisar las cantidades.
Marta Pilón de Pacheco, directora de la Asociación de Organizaciones No Guberna-mentales de los Recursos Natu-rales y del Medio Ambiente de Guatemala (Asorema), que agrupa 24 ONG, calificó este apartado como muy beneficioso para los intereses de Guatemala. “El TLC incluye el delito ambiental la posibilidad de demandar a quien está causando daños al medio ambiente”.
La sociedad civil puede escudriñar siempre sobre las actividades productivas y frustrar determinados negocios si son perjudiciales para el entorno.
“Hay empresas que están violando la Ley. El capítulo 17 pondrá fin a eso, porque EE.UU. no va a importar productos obtenidos en estas condiciones. Esperamos que favorezca, por ejemplo, la construcción de plantas de tratamiento”, agregó.
Evelyn Saldaña, especialista en información de la Embajada de EE.UU., señaló que actos públicos, como
el de ayer o el que tendrá lugar mañana en Petén, buscan generar discusión sobre las necesidades s impondrá el futuro relacionados con la problemática ambiental, se puede afirmar que el Ejército Argentino cumple con la misión de "contribuir a la preservación del medio ambiente".
