Física clásica

La física clásica es un grupo de teorías físicas anteriores a las teorías modernas, más completas o de aplicación más amplia. Si una teoría actualmente aceptada se considera moderna y su introducción representó un cambio de paradigma importante , las teorías anteriores o las nuevas teorías basadas en el paradigma más antiguo se considerarán pertenecientes al área de la "física clásica".

Por lo tanto, la definición de una teoría clásica depende del contexto. Los conceptos físicos clásicos se utilizan a menudo cuando las teorías modernas son innecesariamente complejas para una situación particular. La mayoría de las veces, la física clásica se refiere a la física anterior a 1900, mientras que la física moderna se refiere a la física posterior a 1900, que incorpora elementos de la mecánica cuántica y la relatividad . ^[1]

Parte de una serie sobre
Mecánica clásica
${\displaystyle {\textbf {F}}={\frac {d\mathbf {p} }{dt}}}$ Segunda ley del movimiento
Historia Cronología Libros de texto
Sucursales Aplicado Celestial Continuo Dinámica Cinemática Cinética Estática Mecánica estadística
Fundamentos Aceleración Momento angular Pareja Principio de D'Alembert Energía cinético potencial Fuerza Marco de referencia Marco de referencia inercial Impulso Inercia  / Momento de inercia Masa Potencia mecánica Trabajo mecánico Momento Impulso Espacio Velocidad Tiempo Esfuerzo de torsión Velocidad Trabajo virtual
Formulaciones Leyes del movimiento de Newton Mecánica analítica Mecánica lagrangiana Mecánica hamiltoniana Mecánica de Routh Ecuación de Hamilton-Jacobi Ecuación de movimiento de Appell Mecánica de Koopman-von Neumann
Temas centrales Mojadura Desplazamiento Ecuaciones de movimiento Leyes del movimiento de Euler Fuerza ficticia Fricción Oscilador armónico Marco de referencia inercial  / no inercial Mecánica del movimiento de partículas planas Movimiento  ( lineal ) Newton's law of universal gravitation Newton's laws of motion Relative velocity Rigid body dynamics Euler's equations Simple harmonic motion Vibration
Rotation Circular motion Rotating reference frame Centripetal force Centrifugal force reactive Coriolis force Pendulum Tangential speed Rotational frequency Angular acceleration / displacement / frequency / velocity
Scientists Kepler Galileo Huygens Newton Horrocks Halley Maupertuis Daniel Bernoulli Johann Bernoulli Euler d'Alembert Clairaut Lagrange Laplace Poisson Hamilton Jacobi Cauchy Routh Liouville Appell Gibbs Koopman von Neumann
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La teoría clásica tiene al menos dos significados distintos en física. En el contexto de la mecánica cuántica , la teoría clásica se refiere a las teorías de la física que no utilizan el paradigma de cuantización , que incluye la mecánica clásica y la relatividad . ^[2] Asimismo, las teorías clásicas de campo , como la relatividad general y el electromagnetismo clásico , son aquellas que no utilizan la mecánica cuántica. ^[3] En el contexto de la relatividad general y especial, las teorías clásicas son aquellas que obedecen a la relatividad galileana . ^[4]

Dependiendo del punto de vista, entre las ramas de la teoría que a veces se incluyen en la física clásica se encuentran:

• Mecánica clásica
  • Leyes del movimiento de Newton
  • Formalismos clásicos lagrangianos y hamiltonianos
• Electrodinámica clásica ( ecuaciones de Maxwell )
• Termodinámica clásica
• Teoría del caos clásico y dinámica no lineal

A diferencia de la física clásica, la " física moderna " es un término un poco más amplio que puede referirse únicamente a la física cuántica o a la física de los siglos XX y XXI en general. La física moderna incluye la teoría cuántica y la relatividad, cuando corresponde.

Un sistema físico puede ser descrito por la física clásica cuando satisface condiciones tales que las leyes de la física clásica son aproximadamente válidas.

En la práctica, los objetos físicos, desde los más grandes que los átomos y las moléculas hasta los objetos del ámbito macroscópico y astronómico, pueden describirse (entenderse) bien con la mecánica clásica. A partir del nivel atómico y más abajo, las leyes de la física clásica se descomponen y, por lo general, no proporcionan una descripción correcta de la naturaleza. Los campos y fuerzas electromagnéticos pueden describirse bien mediante la electrodinámica clásica en escalas de longitud e intensidades de campo lo suficientemente grandes como para que los efectos de la mecánica cuántica sean insignificantes. A diferencia de la física cuántica, la física clásica se caracteriza generalmente por el principio del determinismo completo , aunque existen interpretaciones deterministas de la mecánica cuántica.

Desde el punto de vista de la física clásica, que no es una física relativista, las predicciones de la relatividad general y especial son significativamente diferentes de las de las teorías clásicas, en particular en lo que respecta al paso del tiempo, la geometría del espacio, el movimiento de los cuerpos en caída libre y la propagación de la luz. Tradicionalmente, la luz se reconciliaba con la mecánica clásica suponiendo la existencia de un medio estacionario a través del cual se propagaba, el éter luminífero , cuya existencia se demostró posteriormente.

Matemáticamente, las ecuaciones de la física clásica son aquellas en las que no aparece la constante de Planck . Según el principio de correspondencia y el teorema de Ehrenfest , a medida que un sistema se hace más grande o más masivo, la dinámica clásica tiende a surgir, con algunas excepciones, como la superfluidez . Es por esto que generalmente podemos ignorar la mecánica cuántica cuando tratamos con objetos cotidianos y la descripción clásica será suficiente. Sin embargo, uno de los campos de investigación en curso más vigorosos en física es la correspondencia clásica-cuántica . Este campo de investigación se ocupa del descubrimiento de cómo las leyes de la física cuántica dan lugar a la física clásica que se encuentra en el límite de las grandes escalas del nivel clásico.

Hoy en día, una computadora realiza millones de operaciones aritméticas en segundos para resolver una ecuación diferencial clásica , mientras que Newton (uno de los padres del cálculo diferencial) tardaría horas en resolver la misma ecuación mediante cálculo manual, incluso si fuera el descubridor de esa ecuación en particular.

El modelado por ordenador es esencial para la física cuántica y relativista. La física clásica se considera el límite de la mecánica cuántica para un gran número de partículas. Por otro lado, la mecánica clásica se deriva de la mecánica relativista . Por ejemplo, en muchas formulaciones de ^la relatividad especial, aparece un factor de corrección ( v / c ) ² , donde v es la velocidad del objeto y c es la velocidad de la luz. Para velocidades mucho menores que la de la luz, se pueden despreciar los términos con c2 y mayores que aparecen. Estas fórmulas se reducen entonces a las definiciones estándar de energía cinética y momento newtonianos. Así es como debe ser, ya que la relatividad especial debe coincidir con la mecánica newtoniana a bajas velocidades. El modelado por ordenador tiene que ser lo más real posible. La física clásica introduciría un error como en el caso de la superfluidez . Para producir modelos fiables del mundo, no se puede utilizar la física clásica. Es cierto que las teorías cuánticas consumen tiempo y recursos informáticos, y se podría recurrir a las ecuaciones de la física clásica para encontrar una solución rápida, pero dicha solución carecería de fiabilidad.

El modelado por computadora utilizaría únicamente los criterios de energía para determinar qué teoría utilizar: la relatividad o la teoría cuántica, al intentar describir el comportamiento de un objeto. Un físico utilizaría un modelo clásico para proporcionar una aproximación antes de aplicar modelos más precisos y proceder a dichos cálculos.

En un modelo informático, no es necesario utilizar la velocidad del objeto si se excluye la física clásica. Los objetos de baja energía se manejarían mediante la teoría cuántica y los de alta energía mediante la teoría de la relatividad. ^{[5] [6] [7]}

• Glosario de física clásica
• Física semiclásica