La física experimental es la categoría de disciplinas y subdisciplinas del campo de la física que se ocupan de la observación de fenómenos y experimentos físicos . Los métodos varían de una disciplina a otra, desde experimentos y observaciones simples, como los experimentos de Galileo , hasta otros más complicados, como el Gran Colisionador de Hadrones .
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La física experimental es una rama de la física que se ocupa de la adquisición de datos, los métodos de adquisición de datos y la conceptualización detallada (más allá de los simples experimentos mentales ) y la realización de experimentos de laboratorio. A menudo se la contrasta con la física teórica , que se preocupa más por predecir y explicar el comportamiento físico de la naturaleza que por la adquisición de datos empíricos.
Aunque la física experimental y la teórica se ocupan de diferentes aspectos de la naturaleza, ambas comparten el mismo objetivo de comprenderla y tienen una relación simbiótica. El primero proporciona datos sobre el universo, que luego pueden analizarse para ser comprendidos, mientras que el segundo proporciona explicaciones para los datos y, por lo tanto, ofrece información sobre cómo adquirir datos mejor y establecer experimentos. La física teórica también puede ofrecer información sobre qué datos se necesitan para obtener una mejor comprensión del universo y qué experimentos idear para obtenerlos.
Como campo distinto, la física experimental fue establecida en la Europa moderna temprana , durante lo que se conoce como la Revolución Científica , por físicos como Galileo Galilei , Christiaan Huygens , Johannes Kepler , Blaise Pascal y Sir Isaac Newton . A principios del siglo XVII, Galileo hizo un uso extensivo de la experimentación para validar teorías físicas, que es la idea clave del método científico moderno. Galileo formuló y probó con éxito varios resultados en dinámica, en particular la ley de inercia , que más tarde se convirtió en la primera ley de las leyes del movimiento de Newton . En Dos nuevas ciencias de Galileo , un diálogo entre los personajes Simplicio y Salviati analiza el movimiento de un barco (como un marco en movimiento) y cómo la carga de ese barco es indiferente a su movimiento. Huygens utilizó el movimiento de un barco a lo largo de un canal holandés para ilustrar una forma temprana de conservación del impulso .
Se considera que la física experimental alcanzó un punto culminante con la publicación de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica en 1687 por Sir Isaac Newton (1643-1727). En 1687, Newton publicó los Principia , que detallaban dos leyes físicas completas y exitosas: las leyes del movimiento de Newton , de las que surge la mecánica clásica ; y la ley de gravitación universal de Newton , que describe la fuerza fundamental de la gravedad . Ambas leyes coincidieron bien con el experimento. Los Principia también incluyeron varias teorías sobre dinámica de fluidos .
Desde finales del siglo XVII en adelante, la termodinámica fue desarrollada por el físico y químico Boyle , Young y muchos otros. En 1733, Bernoulli utilizó argumentos estadísticos con la mecánica clásica para derivar resultados termodinámicos, iniciando el campo de la mecánica estadística . En 1798, Thompson demostró la conversión del trabajo mecánico en calor, y en 1847 Joule estableció la ley de conservación de la energía , tanto en forma de calor como de energía mecánica. Ludwig Boltzmann , en el siglo XIX, es el responsable de la forma moderna de la mecánica estadística .
Además de la mecánica clásica y la termodinámica, otro gran campo de investigación experimental dentro de la física fue la naturaleza de la electricidad . Las observaciones realizadas en los siglos XVII y XVIII por científicos como Robert Boyle , Stephen Gray y Benjamin Franklin crearon una base para trabajos posteriores. Estas observaciones también establecieron nuestra comprensión básica de la carga y la corriente eléctricas . En 1808, John Dalton había descubierto que los átomos de diferentes elementos tienen diferentes pesos y propuso la teoría moderna del átomo .
Fue Hans Christian Ørsted quien propuso por primera vez la conexión entre electricidad y magnetismo después de observar la desviación de la aguja de una brújula por una corriente eléctrica cercana. A principios de la década de 1830, Michael Faraday había demostrado que los campos magnéticos y la electricidad podían generarse entre sí. En 1864 James Clerk Maxwell presentó a la Royal Society un conjunto de ecuaciones que describían esta relación entre electricidad y magnetismo. Las ecuaciones de Maxwell también predijeron correctamente que la luz es una onda electromagnética . Comenzando con la astronomía, los principios de la filosofía natural cristalizaron en leyes fundamentales de la física que fueron enunciadas y mejoradas en los siglos siguientes. En el siglo XIX, las ciencias se habían segmentado en múltiples campos con investigadores especializados y el campo de la física, aunque lógicamente preeminente, ya no podía reclamar la propiedad exclusiva de todo el campo de la investigación científica.
Algunos ejemplos de proyectos destacados de física experimental son:
La física experimental utiliza dos métodos principales de investigación experimental, experimentos controlados y experimentos naturales . Los experimentos controlados se utilizan a menudo en los laboratorios , ya que los laboratorios pueden ofrecer un entorno controlado. Los experimentos naturales se utilizan, por ejemplo, en astrofísica para observar objetos celestes en los que el control de las variables es imposible.
Los experimentos famosos incluyen:
Algunas técnicas experimentales bien conocidas incluyen:
Los físicos experimentales famosos incluyen:
Consulte los cronogramas a continuación para obtener listas de experimentos de física.
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