Como alguien que se ha autodidacta con éxito la mecánica clásica, primero me gustaría felicitarle por haber dado sus primeros pasos en el mundo de la física. Solo se vuelve más emocionante (y más difícil) a partir de aquí.
Si bien esta lista puede no ser perfecta de ninguna manera, la progresión escolar estándar de EE. UU. Para aprender mecánica básica (que excluye la termodinámica en este caso) es:
- Comprensión de unidades y análisis dimensional
- Vectores en 1D, 2D y 3D
- Comprender el desplazamiento, la velocidad y la aceleración
- Movimiento de un proyectil en 1D, 2D y 3D.
- Las leyes del movimiento de Newton
- Movimiento centrípeto
- Trabajo y energía
- Gravitación Newtoniana
- Momento lineal y colisiones
- Centro de masa y centro de gravedad
- Dinámica rotacional y momento angular
- Equilibrio y Elasticidad
- Dinámica de fluidos
- Ondas y movimiento armónico simple
- Ondas sonoras
Una lista de algunos proyectos básicos puede incluir:
- ¿Debo tratar la dirección del campo eléctrico literalmente o como una dirección promedio?
- Relatividad general: cuando comprimes aire, ¿también estás comprimiendo el tiempo?
- ¿Por qué no hay enredos en este estado?
- ¿Es repulsivo y atractivo el quark Up and Down en elementos grandes importante para la descomposición de elementos grandes y de qué manera se descomponen?
- ¿Qué sería combinar física cuántica con neurociencia?
- Construyendo una catapulta simple.
- Desarrollo de un sistema de poleas eficiente.
- Creando tu propio palo Pogo a partir de resortes.
- Intentando equilibrar varias tablas de madera una encima de la otra a través de un espacio para ganar la máxima distancia de extensión.
- Hacer un agujero en un recipiente lleno de agua y analizar cómo sale el agua.
Parece bastante, ¿no? Eso es porque lo es .
Como el campo de conocimiento que se desarrolla más rápidamente, aprender siglos de material puede parecer desalentador, pero sorprendentemente todo ese conocimiento puede comprimirse en leyes que permiten a los físicos adaptarse a problemas y situaciones nuevas en lugar de simplemente memorizar una sola ecuación estática para cada posible situación.
Además, puede haber una pequeña mejora en la lista que podría simplificar enormemente el aprendizaje de la mecánica clásica. Mientras que la Mecánica Newtoniana enfatiza el uso de fuerzas para resolver muchos problemas, los nuevos desarrollos en física como la Mecánica Cuántica han debilitado el concepto de fuerzas. Esta teoría se basa en distribuciones de probabilidad, no en valores bien definidos como la Mecánica Newtoniana. En cambio, la energía y el impulso juegan un papel mucho más importante y, como tales, están más “en sintonía” con la naturaleza. Por lo tanto, aprender energía, trabajo e impulso justo después del movimiento de proyectil es más consistente con la comprensión del mundo físico. Aunque las fuerzas siguen siendo muy útiles para resolver una variedad de problemas y, por supuesto, deben recogerse directamente después de la energía, el estudio de la energía y el impulso primero dará una intuición más profunda para resolver problemas y fundamentos más fuertes. Después de todo, hay una razón por la cual hay una Conservación de la Energía de Masa, Momento Lineal y Momento Angular, pero no hay Conservación de la Fuerza.
Por último, la lista está diseñada específicamente para una progresión de Mecánica Newtoniana, el tipo que generalmente se enseña en la escuela secundaria y en los cursos introductorios a la universidad. Sin embargo, esta no es la única forma de aprender mecánica clásica . Con los años, la mecánica clásica ha tenido muchas otras formulaciones. Una breve lista incluiría:
- Lagrangiano
- Hamiltoniano
- Gibbs-Appell
Sin entrar en demasiados detalles, una variación particularmente fuerte, Lagrangian Mechanics, hace un excelente trabajo explicando algunas cosas misteriosas en Newtonian Mechanics, como por qué exactamente el potencial fluye de mayor a menor. Además, esta formulación junto con la de Hamilton tiene bastantes similitudes con la forma en que se formaliza la mecánica cuántica. Por lo tanto, aprender una de estas formas alternativas de mecánica clásica generalmente hace que el estudio de la teoría cuántica sea menos irritante (aunque solo sea un poco).
De forma similar a cómo un programador de computadoras utiliza varios lenguajes diferentes para resolver una amplia gama de problemas, los físicos también confían en ese modo de pensar. Ninguna formulación única de mecánica clásica es perfecta; Todos tienen sus defectos. Sin embargo, cada uno posee especialidades que hacen que resolver ciertos problemas sea mucho, mucho más fácil (es decir, usar Hamiltonian para sistemas de nubes de polvo). Uno nunca debe limitarse a una sola forma de pensar; la física se trata de adaptabilidad y siempre busca nuevas formas de resolver problemas.
