Resolver problemas en física

En algún punto de sus estudios, casi todos los estudiantes de física sienten que, aunque entienden los conceptos, simplemente no pueden resolver los problemas. Sin embargo, en física, entender verdaderamente un concepto o principio es lo mismo que saber aplicarlo a diversos problemas prácticos. Aprender a resolver problemas es absolutamente indispensable, es imposible saber física sin poder hacer física.

Cualquiera que fuese el tipo de problema, hay ciertos pasos básicos que se deben seguir
siempre. (Esos mismos pasos son igualmente útiles en problemas de matemáticas,
ingeniería, química y muchos otros campos.). Aquí los hemos organizado en 4 etapas:

  • Identificar
  • Plantear
  • Ejecutar
  • Evaluar

Identificar

El primer paso consiste en identificar los conceptos pertinentes. Decidir que ideas de la física son relevantes para el problema. Aunque este primer paso no implica hacer cálculos, a veces ocurre que es la parte más difícil, ya que, si desde el principio se elige un enfoque erróneo, el problema se dificultará innecesariamente, pudiendo llevar a una respuesta errónea.

A estas alturas ya se debe identificar la incógnita del problema, es decir, la cantidad cuyo valor se desea encontrar (en ocasiones valdrá con hallar una expresión matemática para la incógnita, no un valor numérico). Habrá ocasiones en que habrá más de una incógnita. Esta variable es la meta del proceso de la resolución de problemas.

Plantear

El segundo paso es plantear el problema. Con base a los conceptos que se hayan elegido en el paso identificar, seleccionamos las ecuaciones que utilizaremos para resolver el problema, y decidir como las utilizaremos. Si fuera necesario, podemos dibujar un esquema del ejercicio.

Ejecutar

El tercer paso sería ejecutar la solución. En este paso es donde se hacen las cuentas. Antes de comenzar a calcular, haremos una lista de las cantidades conocidas y desconocidas, e indicaremos que incógnitas o variables tenemos, para después despejarlas.

Evaluar

El cuarto y último puesto consistiría en evaluar la respuesta. La meta de la resolución de problemas en física, no es sólo obtener un número o una fórmula, es entender mejor, ésto implica examinar la respuesta para ver que nos dice, muy importante preguntarse si es lógica la respuesta que hemos obtenido.

Modelos idealizados

En física, un modelo es una versión simplificada de un sistema físico demasiado complejo como para analizarse con todos sus pormenores.

Para crear un modelo idealizado del sistema, debemos pasar por alto algunos efectos menores, y concentrarnos en las características más importantes del sistema. Tampoco se trata de omitir demasiadas cuestiones. Necesitaremos valernos del criterio y la creatividad para lograr un modelo que simplifique lo suficiente el sistema, sin omitir sus características esenciales.

Al usar un modelo para predecir el comportamiento de un sistema, la validez de la predicción está limitada a la validez del modelo, por ejm, la predicción de Galileo con respecto a la caída de los cuerpos corresponde a un modelo idealizado que no incluye los efectos de la resistencia del aire, el modelo, por ejm, no funcionaría para una pluma.

En física y en todas las tecnologías, cuando aplicamos principios físicos a sistemas complejos, siempre utilizamos modelos idealizados, y debemos tener presentes los supuestos en que se basan, de hecho, los mismos principios de la física se expresan en términos de modelos idealizados, se habla de masas puntuales, cuerpos rígidos, aislantes ideales…

Estándares y unidades

La física es una ciencia experimental, en la cual, los experimentos requieren mediciones, cuyos resultados suelen describirse con números. Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física. 2 cantidades físicas, por ejm, que describen a cualquier persona, son nuestro peso y altura. Algunas cantidades físicas son tan básicas, que sólo podemos definirlas describiendo la forma de medirlas, es decir, con una definición operativa, ejms de ello son la longitud o el tiempo. En cambio, otras cantidades físicas se calculan a partir de utilizar cantidades físicas básicas, así podríamos definir la rapidez promedio de un objeto en movimiento, como la distancia recorrida entre el tiempo utilizado para recorrer dicha distancia.

Al medir una cantidad, siempre la comparamos con un estándar de referencia, si decimos que algo mide 5 m, queremos decir que es 5 veces más largo que una vara de 1 m, que por definición tiene 1 m de largo. Dicho estándar define una unidad de la cantidad. El metro es una unidad de distancia, y el segundo de tiempo. Al describir una cantidad física con un número, siempre debemos especificar la unidad empleada, describir una distancia simplemente diciendo 5 no tendría significado.

Las mediciones exactas y confiables requieren unidades inmutables que los observadores puedan volver a utilizar en distintos lugares. El sistema de unidades empleado por los científicos e ingenieros en todo el mundo se denomina comúnmente sistema métrico, aunque desde 1960 su nombre oficial es Sistema Internacional o SI.

Con el paso de los años, las definiciones de las unidades básicas del sistema métrico han evolucionado. Cuando la Academia Francesa de Ciencias estableció el sistema en 1791, el metro se definió como la diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador.

 

 

 

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