No soy físico, demonios, ni siquiera soy legalmente un adulto, pero tengo un conocimiento práctico de física. No soy tan competente como un físico real, o incluso un estudiante universitario que estudia física, sin embargo, hago lo que puedo para aprender más cada día. Actualmente estoy leyendo tres libros diferentes sobre física, uno de los cuales es bastante técnico y el otro apenas. También voy a Quora y leo todo lo que puedo porque algunas de las preguntas que se hacen aquí te abrirán la mente a cosas que nunca antes habías pensado. Además, trato de responder tantas preguntas como puedo, para poner a prueba mis propios conocimientos. Honestamente, lo más gratificante que he hecho es resolver un problema. Algunos problemas se pueden encontrar en los libros, otros se pueden encontrar en línea, y aún más pueden ser solo cosas que inventas. Esa última parte puede sonar ridícula, así que ofreceré un ejemplo:
Hace un tiempo, estaba leyendo un libro (bastante primitivo) que era más un libro de texto que cubría una amplia gama de temas, pero muy brevemente. Al principio de este libro había una parte que hablaba sobre el método científico y cómo sabemos lo que sabemos y cómo probar cosas y todo eso. Luego, el libro ofreció un experimento que uno podría realizar para probar algo tan increíblemente básico: la aceleración de la gravedad aquí en la Tierra. El experimento tuvo que ver con dejar caer una canica y trazar su camino mientras registraba su tiempo. Al mapear los intervalos de 1 segundo de la trayectoria de la canica, puede determinar cuánto aumenta su velocidad cada segundo. Esto me recordó un experimento similar que hicimos en la escuela, en el que también tuvimos que encontrar g (aceleración de la gravedad) usando el mismo método. El mayor problema con este experimento es que los humanos no son demasiado buenos para medir con precisión el tiempo, especialmente cuando es muy poco tiempo. Esto a menudo condujo a resultados inexactos (el verdadero valor es 9.81, a menudo obtuvimos hasta 12 y tan poco como 5). Entonces pensé en un problema (aparentemente) simple que podría intentar resolver:
¿Cómo podemos medir la aceleración de la gravedad sin medir el tiempo?
- Si se lanzara una pelota hacia abajo en una habitación que es una aspiradora, ¿rebotaría indefinidamente en el suelo y el techo?
- Física: ¿Cuáles son las implicaciones de una colisión frontal y una colisión con un objetivo fijo en términos de conservación del momento y la conservación de la energía de masa?
- ¿Puede un piloto privado calificado de un solo motor ser de ayuda para el capitán de un avión durante una emergencia?
- ¿Puedes botar una pelota en el espacio?
- ¿Es posible tener un imán de nevera en ambos lados?
Cuando se me ocurrió este problema, estaba de vacaciones de verano y lejos de casa. Esto significaba que cualquier experimento que ideé sería muy limitado, tecnológicamente hablando (no hay fotogatetes para medir la velocidad). Verás por qué esto es un gran problema. La forma más obvia de abordar este problema es usar esta ecuación cinemática:
[matemáticas] V_f ^ 2 = V_i ^ 2 + 2ad [/ matemáticas]
(donde [math] V_f [/ math] es la velocidad final, [math] V_i [/ math] es la velocidad inicial, [math] a [/ math] es la aceleración y [math] d [/ math] es la distancia / desplazamiento )
que se puede manipular para resolver [matemáticas] a [/ matemáticas]:
[matemáticas] a = \ frac {V_f ^ 2 – V_i ^ 2} {2d} [/ matemáticas]
Si podemos encontrar la velocidad del objeto después de una distancia dada, entonces, suponiendo que comience en reposo, podemos encontrar la aceleración. Sin embargo, como dije anteriormente, no pude encontrar la velocidad porque no tenía herramientas para hacerlo. Tenía que encontrar una manera de encontrar la velocidad sin ninguna tecnología u otras herramientas que lo midieran (photogate) o incluso el tiempo. Realmente, la única herramienta que tenía era una regla. (Recuerde que no quería medir el tiempo porque dará resultados inexactos)
Y así comenzó la diversión. Pensé en este problema a medianoche y seguí trabajando hasta las 4 de la mañana tratando de llegar a una ecuación donde todas las variables necesarias se satisfarían con solo una regla (así que, básicamente, solo distancias). A las 4 de la mañana, pensé que finalmente lo descubrí y me fui a dormir y dije que organizaría el experimento al día siguiente para ver si esta ecuación se verifica. A la mañana siguiente, incluso antes de configurar el experimento, me di cuenta de que la ecuación era una mierda de caballo completa. Fue solo este gran conjunto de variables aplastadas después de una serie de errores algebraicos inducidos por la cafeína. Entonces volví al trabajo.
Ese día, aproximadamente a las 10 de la noche, después de mucho trabajo y muchos experimentos que dieron resultados horribles, finalmente lo resolví. Fue hermoso:
[matemáticas] a_g = \ frac {2hd_y} {d_x ^ 2 sin0} [/ matemáticas]
Déjame explicarte qué es todo, pero primero déjame explicarte el experimento. El experimento consiste simplemente en hacer rodar un objeto como una canica por una rampa, directamente desde el borde de la mesa. h es la altura de la rampa en su punto más alto (donde sueltas la canica). [math] d_y [/ math] es la altura entre la mesa y el piso (la distancia que cae la pelota después de la rampa). [math] d_x [/ math] es la distancia horizontal que recorre la pelota después de salir de la rampa (donde cae). [matemática] sen0 [/ matemática] donde [matemática] 0 [/ matemática] (theta) es el ángulo de la rampa, que se puede encontrar midiendo las dimensiones de la rampa y un poco de trigonometría. Entonces, básicamente, puedes encontrar la aceleración de la gravedad midiendo esencialmente 5 dimensiones (las mencionadas anteriormente + otras dimensiones de la rampa para encontrar [matemáticas] 0 [/ matemáticas]). Pensé que esto era simplemente alucinante, y no hace falta decir que estaba extasiado de encontrar una solución a este problema (también, pensé que el experimento que creé fue ingenioso).
Tomó mucho tiempo resolver este problema, aproximadamente 9 horas en total, pero completarlo fue muy gratificante. Sé que esto es física muy básica, solo utilicé cinemática y la ley de conservación de la energía, pero, de nuevo, solo he tomado una clase de física. Al resolver el problema, fue mucho más desafiante de lo que parece, simplemente porque solo hay una variable (o conjunto de variables) que puedes medir: las distancias. Hubo dos ocasiones en que pensé que había llegado a un callejón sin salida, que el problema no tenía solución, pero esos momentos fueron seguidos por avances que me mantuvieron en pie. Pronto comienza a descubrir la majestuosidad de la física con cada ecuación que conecta, sustituye, simplifica y manipula para poder trabajar. También comienzas a ver cómo todo está interconectado y de dónde provienen las ecuaciones que tenemos hoy (en un momento, después de usar una ecuación completamente diferente, la moldeé y manipulé tanto que se convirtió en la ecuación cinemática mencionada anteriormente). No puedo expresar lo maravilloso que fue esto.
Así que sí. La mejor manera para que un no físico tenga una buena comprensión de la física es simplemente pretender que eres un físico trabajando en un problema que te llevará a la aclamación internacional. La física en realidad solo usa las matemáticas para explicar las cosas que ves, así que eso es exactamente lo que debes hacer. Haga modelos, pruébelos, luego modifíquelos hasta que funcionen sin importar qué. Eso es física.
PD: Los resultados que obtuve de esta ecuación tienen un error porcentual de aproximadamente el 25%, por lo que mis experimentos no fueron tan precisos. Sin embargo, estoy seguro (más como espero) de que si algún físico ve esta publicación y prueba mi experimento en un laboratorio con dispositivos de medición súper precisos, obtendrá la respuesta correcta de 9.81 [matemáticas] ms ^ -2 [/ matemáticas].
