El electromagnetismo, una rama de la física clásica, tiene como principios fundamentales a las ecuaciones de Maxwell, básicamente.
La física clásica es una rama de la ciencia que agrupa a las teorías físicas que se desarrollaron antes del descubrimiento de la mecánica cuántica y de la relatividad. Es una disciplina que no necesita valerse de conceptos relativistas ni cuánticos para predecir con exactitud movimientos o interacciones de la materia y la energía en la vida cotidiana.
Es determinista porque el estado de un sistema y sus condiciones en el presente sirven para precisar, de forma inequívoca, su comportamiento futuro. Hay en estas leyes matemáticas un fuerte principio de causalidad que indica que el azar fundamental no existe, siendo el futuro determinado por el pasado. Sí se admite el caos determinista, responsable de la esencia impredecible de sistemas no lineales como lo es, por ejemplo, el clima atmosférico.
La física clásica incluye a la mecánica de fluidos y a la mecánica clásica, a la termodinámica, el electromagnetismo, la mecánica estadística clásica, la acústica y la óptica geométrica y ondulatoria.
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ResumenHistoria y evolución de la física clásica
La física clásica encuentra sus cimientos en la mecánica newtoniana y el electromagnetismo de Maxwell. También la termodinámica ha sido clave en la historia y evolución de esta disciplina.
Repasar los inicios y el desarrollo que ha ido teniendo esta especialidad sirve para comprender cómo el ser humano encontró formas de explicar fenómenos de energía, fuerza y movimiento. Es una fuente de conocimiento que estimula el pensamiento crítico, genera un acercamiento real entre las personas y la ciencia y ayuda a entender las bases de la tecnología contemporánea.
La física clásica posee profundas raíces en la Antigüedad pero se gestó principalmente en los siglos XVI y XVII, en tiempos de Revolución Científica. Fueron decisivos los aportes de Galileo Galilei, Johannes Kepler e Isaac Newton.
Con el correr de los años, al perfeccionarse las herramientas matemáticas surgió la mecánica analítica por impulso de Joseph-Louis Lagrange y William Rowan Hamilton. Los estudios e inventos de Sadi Carnot, Rudolf Clausius, Lord Kelvin y Ludwig Boltzmann resultaron esenciales para establecer las leyes de la termodinámica y posibilitaron una interpretación estadística de la entropía.
Las ecuaciones de Maxwell también lograron protagonismo en la historia de la física clásica. El matemático y físico escocés James Clerk Maxwell unificó en ellas el legado de sus colegas Carl Friedrich Gauss (campo eléctrico y magnetismo), Michael Faraday (inducción electromagnética) y André-Marie Ampère (creador de una de las ecuaciones primordiales del electromagnetismo clásico).
Han surgido, asimismo, la ciencia del sonido (acústica), la óptica ondulatoria (con Thomas Young y Augustin-Jean Fresnel como exponentes principales) y la mecánica de fluidos (hidrostática e hidrodinámica).
Con la física clásica se consiguieron explicar los campos electromagnéticos, el movimiento de los planetas y muchos fenómenos macroscópicos de la vida cotidiana (el funcionamiento de una olla a presión mediante los principios de la termodinámica, por ejemplo). Sin embargo, empezaron a surgir dificultades cuando la física clásica no fue suficiente para abordar, dentro de un marco clásico, cuestiones como la radiación del cuerpo negro o el efecto fotoeléctrico. Así se le dio paso a la hipótesis cuántica de Max Planck y a la teoría de la relatividad especial publicada por Albert Einstein, dos pilares de la física moderna que complementan a la física clásica.
Albert Einstein, promotor de la teoría de la relatividad, enriqueció a la física clásica explicando el movimiento browniano y aportando fundamentos de la mecánica estadística y la termodinámica, por ejemplo.
Principios fundamentales
Los principios fundamentales de la física clásica permiten comprender el funcionamiento de objetos y máquinas que utilizamos tanto en la vida cotidiana como en el ámbito profesional. También son esenciales para el diseño de estructuras seguras y para analizar cómo se mueven los cuerpos.
Las leyes de Newton del movimiento (o leyes del movimiento de Newton) son una de las bases de la física clásica. La primera ley se conoce como ley de la inercia y la segunda, como ley fundamental de la dinámica. El principio de acción y reacción es la tercera ley. En conjunto marcan cómo una fuerza genera cambios en el movimiento de un elemento y son el corazón de la mecánica clásica (la física del movimiento).
La física clásica también se sustenta en el principio de relatividad de Galileo. Este postulado se caracteriza por la invariancia galileana (al pasar de un sistema de referencia a otro, las ecuaciones de la mecánica clásica no modifican su estructura matemática) y por considerar absolutos al espacio y al tiempo (independientemente de la velocidad, el tiempo transcurre de igual modo para cualquier observador).
Los principios de conservación (conservación de la energía mecánica, del momento lineal y del momento angular) que derivan de las leyes de Newton y de simetrías son otros pilares de la física clásica.
Son claves, además, la ley de gravitación universal de Newton, las leyes de la termodinámica y las ecuaciones de Maxwell. Hay que reconocer, asimismo, que el principio de superposición y el principio de Hamilton (o de mínima acción) también sustentan a la física clásica.
El péndulo de Newton sirve para demostrar la conservación del momento lineal y la energía cinética en una colisión elástica.
Principales científicos de la física clásica
En párrafos anteriores aludimos brevemente a los principales científicos de la física clásica. Esas figuras importantes de la ciencia no se limitaron a elaborar leyes, teorías y principios históricamente trascendentes, sino que aportaron métodos y enfoques que definieron los lineamientos de la física clásica y moderna.
Galileo Galilei investigó el movimiento y experimentó con planos inclinados para demostrar desde la ciencia la ley de la caída de los cuerpos. Otras de sus contribuciones han sido el principio de inercia, la introducción del método científico experimental, la ley matemática del movimiento uniformemente acelerado y la creación de herramientas para medir magnitudes físicas.
Johannes Kepler fue autor de las leyes del movimiento planetario (ley de las órbitas, ley de las áreas y ley de los periodos) y revolucionó la óptica al explicar el principio de refracción en el ojo humano y estudiar las propiedades de la luz y las lentes. Christiaan Huygens, en tanto, sobresalió por hallazgos vinculados a la óptica y a la mecánica. Es autor de la primera teoría ondulatoria de la luz y del principio de Huygens, además de dar el marco introductorio para la teoría del centro de oscilación y estableció las reglas para el choque elástico.
Otro gran referente de la física clásica es Isaac Newton por sus leyes del movimiento y la gravitación universal y sus aportes a la óptica. Daniel Bernoulli, fundador de la hidrodinámica moderna, presentó las leyes fundamentales del flujo de fluidos y parte de sus demostraciones quedaron inmortalizadas en el principio identificado con su apellido.
El listado de nombres destacados dentro de la historia de la física clásica se completa con las menciones a Leonhard Euler, Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace, Sadi Carnot, Michael Faraday, James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann.
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