Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Interacciones fundamentales


En el vasto campo de la física, entender las fuerzas que gobiernan las interacciones de la materia forma la base de nuestro conocimiento del universo. Estas interacciones, llamadas fuerzas fundamentales, son la base de la física de partículas, que intenta explicar la naturaleza de todo, desde las partículas más pequeñas hasta las estructuras cósmicas más grandes. Veamos estas interacciones fundamentales, a menudo llamadas fuerzas fundamentales, de manera simple y detallada.

Cuatro fuerzas fundamentales

Hay cuatro fuerzas fundamentales conocidas en la naturaleza:

  1. Fuerza gravitacional
  2. Fuerza electromagnética
  3. Fuerza nuclear fuerte
  4. Fuerza nuclear débil

Fuerza gravitacional

La gravedad es quizás la fuerza más familiar para nosotros. Es la fuerza de atracción entre objetos con masa. Nos mantiene ligados a la Tierra y gobierna el movimiento de los cuerpos celestes.

La fuerza gravitacional entre dos masas m 1 y m 2 separadas por una distancia r está dada por la ley de gravitación de Newton:

F = G * (m 1 * m 2) / r 2

Donde F es la fuerza gravitacional, y G es la constante gravitacional. Aunque la experimentamos todos los días, la gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales, pero actúa a grandes distancias.

m 1 m 2

Este diagrama simple muestra dos masas siendo atraídas entre sí por la fuerza de la gravedad.

Fuerza electromagnética

La fuerza electromagnética actúa entre partículas cargadas. Es responsable de la electricidad, el magnetismo y la luz. La fuerza puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo de las cargas involucradas.

La fuerza electromagnética se describe por la ley de Coulomb:

F = k * |q 1 * q 2| / r 2

donde q 1 y q 2 son cargas, r es la distancia entre las cargas, y k es la constante de Coulomb.

Q1 Q2

Este diagrama muestra dos cargas ejerciendo una fuerza entre sí, demostrando la interacción electromagnética.

Fuerza nuclear fuerte

La fuerza nuclear fuerte es lo que une los protones y neutrones dentro del núcleo atómico. A pesar de la fuerza electromagnética repulsiva entre los protones cargados positivamente, la fuerza fuerte supera esto para mantener el núcleo intacto. Es la fuerza más fuerte pero actúa en una distancia muy corta, aproximadamente el tamaño de un núcleo atómico.

Protón Neutrón

Las interacciones entre protones y neutrones dentro del núcleo están gobernadas por la fuerza fuerte.

Fuerza nuclear débil

La fuerza nuclear débil es responsable del proceso de desintegración beta en los átomos radiactivos. Juega un papel clave en los procesos nucleares que alimentan el Sol y en la creación de elementos en las estrellas. A diferencia de las otras fuerzas, la fuerza débil puede cambiar el tipo o "sabor" de las partículas.

Un ejemplo de interacción es la conversión de un neutrón en un protón:

n → p + e + ν̅ e

donde n es un neutrón, p es un protón, e⁻ es un electrón, y ν̅ e es un antineutrino electrónico.

N P

Este diagrama muestra el proceso de transformación causado por la interacción débil, donde un neutrón se transforma en un protón.

Interacción de fuerzas

Entender cómo estas fuerzas interactúan entre sí proporciona una visión de los fundamentos del funcionamiento del universo. Aunque cada una de estas fuerzas opera a diferentes escalas y fortalezas, son cruciales para mantener la estructura de la materia tal como la conocemos.

Poderes unificados

Una de las búsquedas continuas en la física es unificar estas fuerzas en un marco teórico único. Las fuerzas electromagnética y débil han sido unificadas en la fuerza electrodébil, y los investigadores continúan desarrollando teorías que puedan unificar la fuerza fuerte con la fuerza electrodébil, llevando a una Teoría de Gran Unificación (GUT).

El objetivo final es unificar las cuatro interacciones fundamentales, incluida la gravedad, bajo un único marco, a menudo referido como la Teoría del Todo (TOE).

Importancia en el universo

Las fuerzas fundamentales moldean cada aspecto del universo físico. Entender estas interacciones ayuda a los científicos a predecir cómo se comportará la materia bajo diferentes condiciones, informando desde el estudio de las estructuras atómicas hasta la dinámica de las galaxias.

Tierra Luna

La fuerza de la gravedad es claramente visible en la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, una danza celestial impulsada por la atracción infinita de la gravedad.

Conclusión

Las cuatro fuerzas fundamentales—gravedad, electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil—son los medios principales por los cuales las partículas interactúan y forman la columna vertebral de la estructura y comportamiento del universo. Al continuar estudiando estas fuerzas, los físicos buscan descubrir más verdades sobre el universo, desde el nivel cuántico microscópico hasta las vastas extensiones de las galaxias. A medida que avanza la investigación, también lo hace nuestra comprensión de los principios más profundos que gobiernan la existencia.


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