Contenido (esconder)
1. Introducción
Para la mayoría de las ingenierías y los ingenieros la física clásica es la base de de todos los cálculos respectivos de su disciplina.
La físcia clásica describe con suficiente precisión todos los fenómenos que cumplen lo siguiente:
- Las dimensiones son macroscopicas, objetos y distancias son magnitudes mas grandes que los átomos y sus componentes subatomares. El tamaño de un átomo esta en el orden de 10-10 m.
- Las velocidades son magnitudos menores que la velocidad de lúz, que es aproximadamente 3·108 m/s
- Por conveniencia incluimos que la temperatura se encuentre entre -100 ºC y 10 mil ºC.
Solo hay tres dominios dentro de la fisica clásica:
- El Electromagentísmo
- La Mecánica (fuerzas y movimientos)
- La Gravitación
Toda la fisica clásica se puede resumir en ocho fórmulas sencillas. (vea por ejemplo la presentación propuesta por Feynmann ).
Seis fórmulas se relacionan con el electromagnetismo, tres con la mecánica y una con la gravitación
Hay una fórmula, que relacón la mecánica con el electromagnetísmo y otra que la relaciona con la gravitación.
2. Descripción Matemática
- La divergencia de la corriente eléctrica es proporcional al cambio de la distrubión de la carga
- ∇·j=-∂ρ/∂t
- La divergencia del campo eléctrico es proporcional a la distribución de la carga
- ∇·E = ρ/εrε0
- No hay cargas (monopolos) magnéticos
- μrμ0∇·H=0
- La rotación del campo eléctrico es proporcional al cambio del campo magnético
- ∇×E = -μrμ0∂H/∂t
- La rotación del campo magnético es proporcional a la corriente de cargas mas el cambio del campo eléctrico
- ∇×H = I+εrε0∂E/∂t
- La fuerza mecánica sobre una carga es la suma del campo eléctrico mas el producto vectorial de la \ velocidad y el campo magnético, multiplicado por la carga
- F = q(E+μrμ0·v×H)
- El cambio del impulso es proporcional a la fuerza
- ∂p/∂t = F
- La fuerza entre dos masas es propocional al producto de la masa entre el cuadrado de su distancia
- F = -G·m1m2/r^2
3. Símbolos
3.1 Operaciones en el campo vectorial
Las fórmulas mostradas utilizan operadores sobre campos vectoriales:
- divergencia del campo
- ∇·: El cambio de la magnitudo relativo a su expansión en el espacio.
- rotación del campo
- ∇×: El cambio de la magnitud alrededor de una línea cerrada.
- producto vectorial de dos vectores
- ×: Produce un vector en ángulo récto a ambos con la mágnitud del área entre los dos.
3.2 Campos vectoriales en la naturaleza
Los siguientes simbolos representan campos vectoriales:
- j
- Flujo eléctrico.
- E
- Campo eléctrico.
- H
- Campo magnético.
- F
- Fuerza mecánica.
- p
- El impulso de la materia.
3.3 Magnitudes de propiedades de la materia
Los siguientes simbolos representan magnitudes distribuidas en el espacio:
- ρ
- densidad de cargas eléctricas.
- εr
- Constante dieléctrica de la materia.
- μr
- Permeabilidad_magnética de la materia.
Nota: p = m·v, aqui m es la distribución de la masa en el espacio y v el campo vectorial de la velocidad.
3.4 Constantes naturales en el sistema SI
Los siguientes símbolos representan constantes naturales.
- Constante dieléctrica del vacío
- ε0 = 8,854·10-12(As)2/Nm2
- Constante magnética del vacío
- μ0 = 4π10-7N/A2
- Constante de gravitación
- G = 6.674·10-11Nm2/kg2