¿Qué estudia la mecánica?

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A grandes rasgos se puede definir a la física como la ciencia encargada de estudiar todos los aspectos relacionados con la energía y la materia. Del mismo modo, también se centra en observar, describir y analizar las distintas propiedades y características que pueden surgir en la interacción de ambos elementos.

A partir de acá, distintos científicos y autores han optado por resumir el estudio de la física como; la disciplina que se centra en estudiar y describir los fenómenos naturales presentes en el universo. Entre los cuales se pueden mencionar al sonido, la luz o el movimiento.

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No cabe duda que la física es una de las disciplinas más importantes en la actualidad. De hecho, con un concepto tan amplio, a día de hoy podemos categorizarle como una de las primeras disciplinas académicas en la historia de la humanidad.

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Pese a ello se le suele reconocer en mayor medida por pertenecer al grupo de las ciencias básicas, entre las que también se pueden mencionar a la biología, la química y las matemáticas.

Parte de la relevancia de la física en la actualidad se debe en gran medida a su contribución en el desarrollo teórico y práctico de múltiples tecnologías. Siendo usualmente considerada como la disciplina madre de la ingeniería.

Esto se debe principalmente a que el estudio de la ingeniería se encuentra estructurado en base a los fundamentos de las matemáticas y la física. Lo que le permite, entre otras cosas, entender y diseñar múltiples sistemas y/o herramientas que puedan solucionar un problema en concreto a partir de la aplicación de los conocimientos teóricos de estas disciplinas.

Sin embargo, más allá de la ingeniería, el campo de la física ha logrado influir significativamente en otras áreas de estudio. Entre las que se pueden mencionar a la biología, la química, las matemáticas, la filosofía y la astronomía.

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¿Qué es la mecánica?

Guardando cierta similitud con otras disciplinas académicas, el estudio de la física se conforma en base a distintas especializaciones y ramas de estudio que se van a centrar en evaluar y estudiar las propiedades y características de los fenómenos físicos. Entre las más destacadas se pueden mencionar a la física clásica, la física nuclear, la física de partículas y la física molecular.

No obstante, una de las principales características de la física es que la gran mayoría de las ramas de estudio surgen a partir de su respectiva relación con la física clásica.

En otras palabras, dado que la física clásica se centra en describir las características y propiedades de los fenómenos naturales presentes en nuestro universo. El resto de las especializaciones se van a encargar de evaluar los mismos fenómenos pero en base a la perspectiva de su enfoque de estudio.

Esto se debe principalmente a que las otras áreas de la física (usualmente relacionadas con el campo molecular) no se adaptan a las aproximaciones y perspectivas consideradas por la física clásica.

Por ejemplo, las leyes y principios expuestos por la mecánica o la óptica clásica, no pueden aplicarse para satisfacer las necesidades del ámbito cuántico o el área molecular. Es por ello que se suelen adaptar a su respectiva especialización y terminan por formar nuevas ramas de estudio como lo son; la óptica cuántica o la mecánica cuántica.

A raíz de esto se puede comprender con mayor detalle la importancia y el enfoque principal de las distintas áreas de la física. Es por ello que por esta ocasión nos centraremos en abordar el campo de la mecánica.

La mecánica se puede definir como el área de estudio de la física que se encarga de estudiar y analizar los elementos y propiedades que describen los movimientos de los cuerpos. Es decir, se centra en abordar aspectos como; el origen del movimiento, sus respectivas características, el reposo y su correspondiente evolución en un intervalo de tiempo en concreto.

¿Qué estudia la mecánica?

Como mencionamos anteriormente, la mecánica es la rama de la física clásica que se encarga de estudiar y describir todo lo relacionado con el movimiento y el reposo de los cuerpos dentro de un sistema determinado. En otras palabras, es la ciencia que se encarga de evaluar el origen, la evolución y las características que definen el movimiento de un cuerpo en el espacio.

Generalmente al hablar sobre la mecánica, se suele hacer una referencia directa a la denominada mecánica newtoniana, nombrada así debido a su respectivo fundamento teórico en las leyes de Newton.

La mecánica newtoniana, también conocida como mecánica vectorial, es la rama de la mecánica clásica encargada de describir el movimiento de partículas macroscópicas en un espacio tridimensional y a una velocidad inferior a la velocidad de la luz.

De hecho, en la gran mayoría de las instituciones educativas, la mecánica vectorial conforma una parte esencial del contenido programático de la física básica. Principalmente porque permite describir y analizar con exactitud diversos fenómenos y eventos físicos que ocurren en la cotidianidad. Siendo éste uno de los principales motivos por el cual también es considerada como una disciplina base de la ingeniería moderna.

En principio la mecánica newtoniana se suele dividir en tres disciplinas, las cuales son:

  • La dinámica: Es la ciencia que se encarga de estudiar los motivos o fuerzas que dan origen al movimiento de un cuerpo.
  • La estática: Es la disciplina que se encarga de estudiar el equilibrio de las fuerzas en un sistema físico. Es decir, el estado en el cual el cuerpo no presenta ninguna variación en su posición en un tiempo determinado.
  • La cinemática: Es la disciplina que se centra en estudiar y describir el movimiento de los cuerpos, sin tener en consideración las causas o las fuerzas que originaron dicho desplazamiento. Es decir, se encarga de evaluar la evolución de la trayectoria en función al tiempo transcurrido.

A fin de aclarar un poco más lo comentado anteriormente, a continuación anexamos un vídeo perteneciente al canal Julioprofe, en donde se explica una breve introducción al campo de estudio de la cinemática y su respectiva aplicación en la vida diaria.

Ramas de estudio

Dado su extenso campo de aplicación, el estudio de la mecánica se encuentra dividido en distintas áreas de estudio. Algunas de las más importantes son:

Mecánica clásica

Además de la mecánica newtoniana, la mecánica clásica presenta múltiples ramas de estudio que se centran, entre otras cosas, en abordar las leyes de newton en base a distintos medios o cuerpos de estudio. Generalmente se destacan dos grupos principales:

Mecánica de medios continuos: Se encarga de abordar el estudio del movimiento para todos los estados de la materia, considerando sus respectivas características y propiedades. A su vez, esta disciplina se puede dividir en:

  • La mecánica de sólidos rígidos: Es el área que se encarga de estudiar el movimiento y el estado de equilibrio de los cuerpos sólidos, sin tomar en cuenta sus deformaciones o variaciones respecto a la materia.
  • La mecánica de sólidos deformables: Se encarga de estudiar los eventos relacionados con la deformación de los cuerpos. Es decir, se centra en aspectos como la elasticidad o la plasticidad de los objetos.
  • La mecánica de fluidos: Es el área que se encarga de estudiar el movimiento y el equilibrio de los fluidos, así como también la causa o fuerzas que dan origen a dicho movimiento. Algunas de las disciplinas pertenecientes a esta rama son; la hidrostática, la hidrodinámica, la hidráulica y la hidromecánica.
  • La mecánica de ondulatoria: A grandes rasgos se puede definir como el área encargada de estudiar el movimiento de las ondas mecánicas. Dentro de esta área de estudio se puede destacar a la acústica.

Mecánica estadística: Es el campo de la mecánica que se encarga de estudiar el comportamiento de los sistemas físicos a partir de la interpretación de múltiples elementos o cuerpos de magnitud equivalente.

Tal como su propio nombre lo puede indicar, se basa en la aplicación de las probabilidades para poder inducir el comportamiento de un fenómeno en particular. Un ejemplo sencillo de la aplicación de esta disciplina se puede encontrar dentro del estudio de la termodinámica (ya que ésta se centra en evaluar las propiedades y comportamientos de los gases).

Por último existen algunas disciplinas que se encuentran parcialmente relacionadas con el área de la mecánica, sin ser necesariamente consideradas como disciplinas o ramas de la misma. Entre ellas se pueden mencionar a; la electrodinámica y la electrostática.

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica se puede definir como el área de la mecánica que se encarga de estudiar y evaluar tanto el movimiento como las interacciones que presentan los sistemas más pequeños. Es decir, los átomos, los núcleos y las partículas elementales. Debido a que estos cuerpos no responden con exactitud a los principios establecidos dentro de la mecánica clásica.

Es importante mencionar que esta disciplina mantiene las bases teóricas de lo que a día de hoy conocemos como la física cuántica.

Ingeniería mecánica

Pese a no ser considerada como una rama de la física, no cabe la menor duda de que la ingeniería ha logrado influir notablemente en la investigación científica. Es por ello que en este caso en particular hablaremos de la ingeniería mecánica.

Esta rama de la ingeniería se puede definir como el área que se centra en estudiar los fundamentos matemáticos y físicos que se encuentren relacionados con la descripción y evaluación de los sistemas físicos. Considerando tanto su estructura, como su respectivo dinamismo y diseño.

Dicho de otra forma, la ingeniería mecánica es la disciplina que se encarga de manipular y/o utilizar los fenómenos físicos para el diseño o la construcción de máquinas que permitan solucionar un problema en concreto.

En la actualidad es uno de los campos de estudio más completos respecto al ámbito de la física, ya que se centra en comprender aspectos que van desde la mecánica clásica, la termodinámica y la mecánica de fluidos, hasta la mecánica cuántica y todo lo relacionado con ella.

Algunas de sus respectivas aplicaciones se pueden encontrar en; la industria automovilística, las centrales eléctricas, la industria naval y aeroespacial, la construcción y la fabricación de materiales.

¿Cómo se estudia?

Similar a otras especializaciones de la física, el ámbito académico de la mecánica se encuentra abordado por los correspondientes cinco años de estudio de la licenciatura en física.

No obstante tal como mencionamos anteriormente, tanto la mecánica como sus respectivas especializaciones conforman parte de los fundamentos teóricos de la física básica. Por consiguiente, esta disciplina suele ser tratada como una asignatura obligatoria en todas aquellas licenciaturas centradas al ámbito de la ciencia, como lo pueden ser la biología, la química e incluso las matemáticas.

En conjunto a ello, existen algunas disciplinas cuyos campos de estudio se encuentran estructurados en base a la teoría y aplicación de la mecánica clásica. Entre las más destacables se pueden encontrar a la ingeniería y a la arquitectura.

Si quieres expandir, complementar o estudiar con mayor detalle todos los aspectos de esta rama de la física, te recomendamos leer el libro Física para la ciencia y la tecnología Volumen 1. (Tipler, Mosca). 6° edición(2010). Pues es ampliamente usado como bibliografía introductoria a la física en varias instituciones universitarias.