Tema 1: Fuerzas fundamentales

Fuerzas fundamentales

Una fuerza es un fenómeno que puede mover o deformar un cuerpo, aunque su concepto es subjetivo, ya que, la fuerza es imprecisa. 

Las fuerzas fundamentales de la naturaleza son cuatro, las cuales se clasifican en:

Fuerza gravitacional: Es la interacción que se produce entre los cuerpos que poseen masa y son atraídos entre sí. Su partícula fundamental es el gravitón (hipotético), fuerza siempre atractiva, tiene alcance infinito, fuerza más débil de la naturaleza. Este tipo de fuerza se puede observar en los deportes como el baloncesto, donde la pelota cae gracias a la gravedad (caída libre). 

Fuerza electromagnética: Interacción que existe entre dos partículas con carga eléctrica, las cuales se encuentra en movimiento, creando un campo eléctrico y a su vez un campo magnético. Su partícula fundamental es el fotón, fuerza de atracción y repulsión, tiene alcance infinito, fuerza central y de largo alcance.

Fuerza nuclear débil: Se encarga de varios tipos de desintegración radiactiva (desintegración beta o desintegración del neutrón). Sus partículas fundamentales son los bosones W y Z, fuerza de poco alcance, ayuda a encontrar un equilibrio mediante dicha desintegración, fuerza central.

Fuerza nuclear fuerte: Esta interacción es la que se encarga de conservar unidos a los neutrones y protones en el átomo de la materia para lograr así la formación de partículas más complejas. Su partícula fundamental son los gluones, fuerza de poco alcance y central, la más fuerte de todas las fuerzas, independiente de carga eléctrica.

Tema 2: Modelo estándar

Modelo estándar

El modelo estándar es una teoría científica la cual se encarga de la descripción del comportamiento de las partículas y sus interacciones. Este modelo abarca tres de las cuatro fuerzas (se excluye la gravitacional porque su partícula fundamental, el gravitón, se considera hipotético). Dicho modelo se encuentra formado por dos grandes familias: los Fermiones y los Bosones.

Fermiones: Partículas subatómicas que componen a un átomo, no pueden coexistir en un mismo estado cuántico, es decir, fermión con fermión. Este grupo se divide en:

Hadrones: Se encuentran presentes en la fuerza nuclear fuerte (se basan en la unión de quarks. Se puede subdividir en:

Mesones: Se encuentra formado por un quark y un antiquark (equilibrio), como los piones

Bariones: Son formados por tres quarks como los protones (dos up y un down) o los neutrones (dos down y un up).

Tetraquarks: Se forma por cuatro quarks y se dice que es hipotético

Pentaquarks: Se forma por cuatro quarks y un antiquark, también es hipotético

Los quarks son la partícula más pequeña del universo, son indivisibles, tienen un espin de 1/2 y se dividen en y las cuales tienen una carga de color de: quark up (2/3), quark down (-1/3), quark charm (2/3), quark strange (-1/3), quark top (2/3) y quark bottom (-1/3)

Leptones: Partícula fundamental fermiónica que posee el medio espín, no es capaz de agruparse, son acompañantes de la fuerza nuclear fuerte. Se puede subdividir en:

Electrón: Partícula que compone al átomo.

Neutrino electrónico: Posee una masa muy pequeña, se mueve casi a la velocidad de la luz.

Muón: Partícula elemental que no se descompone en otras, se encuentra en los rayos cósmicos.

Neutrino muónico: Tiene una masa muy pequeña y si espín es de 1/2.

Tauón: Se encuentra en la tercera generación de leptones y tiene una vida relativamente corta.

Neutrino tauónico: No tiene carga eléctrica y posee una masa menor a la del electrón.

Bosones: Partículas fundamentales que transmiten las fuerzas de la naturaleza y permiten las interacciones, tienen un espín entero. Estas se dividen en:

Fotones: Partícula fundamental de la fuerza electromagnética, no presenta masa ni carga eléctrica.

Gluones: Partícula fundamental de la fuerza nuclear fuerte, no presenta masa ni carga eléctrica.

Bosones W y Z: Partícula fundamental de la fuerza nuclear débil, son masivos, el bosón W tiene carga positiva y el bosón Z tiene carga neutra.

Tema 3: Energía y materia oscura

 Energía y materia oscura

Supersimetría: La supersimetría se conoce como la teoría la cual menciona que existe la posibilidad de que los fermiones y los bosones puedan interactuar entre sí, por lo que, por cada bosón existe una partícula fermiónica.

Teoría de cuerdas: Dicha teoría menciona que las partículas pueden ser vistas como cuerdas (se consideran unidimensionales) y dichas se encuentran en un estado de vibración, lo cual ocasiona que estas posean energía vibratoria. Se relaciona casi de forma directa con la supersimetría, ya que los fermiones y los bosones interactúan y es estudiada en 11 dimensiones por diferentes físicos, por lo que, gracias a dicha interacción sobra un excedente de energía (indica la existencia del gravitón).

Teoría del todo: Fue expuesta y estudiada la mayor parte de la vida de Albert Einstein el cual buscaba demostrar cómo fue la formación de TODO, por lo que inició con la unión de las 4 fuerzas fundamentales.

Materia oscura: Esta materia interacciona gravitatoriamente, no interactúa con la luz, no tiene carga eléctrica, no se la puede ver, se cree que se encuentra dispersa alrededor de toda la galaxia, es hipotética y es la responsable del freno de la expansión del universo. 

Energía oscura: Tipo de energía que se encuentra en el espacio, solo puede interactuar gracias a la gravedad, se considera que es el causante de la expansión del universo, gracias a su producción de presión negativa lo cual le ayuda a rechazar partículas masivas. Es llamada también la quinta esencia y es infinita, además de considerarse hipotética.

Hay que tomar en cuenta que la materia y la energía oscura no se relacionan entre sí, ni tampoco con la antimateria.

Tema 4: Energía y mecatrónica

 Energía

La energía se conoce como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo (se origina gracias a la aplicación de una fuerza sobre un objeto lo cual genera un desplazamiento), se mantiene constante, su unidad son los Juls (J).

Dicha energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

La energía puede ser transmitida gracias a la conducción, la cual se da gracias al contacto directo entre los objetos involucrados y también mediante la convección, en donde no existe un contacto directo entre los objetos
 

Tipos de energía: 

Energía potencial: Se conoce como la energía que posee un cuerpo por su posición en un campo de fuerzas lo cual le da la capacidad de transformarse en otros tipos de fuerza, se encuentra en objetos inmóviles

Energía cinética: Este tipo de energía se observa en los cuerpo que se encuentran en movimiento, por lo que, es la capacidad que tiene un objeto de encontrarse en reposo a iniciar un movimiento. El bailar se considera energía cinética.

Energía mecánica: Se conoce como la unión de la energía potencial y la energía cinética. Se observa en la montaña rusa, ya que, en tramos para y baja de golpe.

Energía nuclear: Es aquella que se encuentra almacenada en un núcleo atómico y para ser obtenida se deben realizar los procesos de fusión y fisión nuclear. 

 

Energía solar: Este tipo de energía puede ser obtenida gracias a la radiación electromagnética que proviene del Sol. Se puede ver aplicada en los famosos paneles solares.

Energía eólica: Energía renovable que se obtiene del viento. Se observa en las grandes ciudades que poseen grandes con el movimiento de las palas de un aerogenerador.

Mecatrónica

La mecatrónica se conoce como la unión de diferentes ramas como: mecánica, electrónica, informática e ingeniería. Gracias a esta unión se han observado diseños fuera de lo común, ya que abre paso a que el producto final tenga diferentes puntos de vista, pero sobretodo que sean innovadores.

Aplicaciones de la mecatrónica: 

• Algunas empresas se han beneficiado de la mecatrónica al utilizar diferentes sistemas computarizados para que ayuden a controlar a sus máquinas.

• Los diferentes tipos de robots han sido creados con la finalidad de satisfacer las necesidades que tiene el ser humano, por lo que este puede llegar a realizar labores que una persona no, como mover cosas de gran peso.

• Existen diferentes aparatos que se pueden encontrar en nuestro diario vivir y que son considerados como inteligentes, tales como: celulares, lavadoras, televisiones, entre otros, los cuales funcionan gracias a la mecatrónica.

• En la medicina se puede evidenciar en las prótesis ortopédicas que poseen una alta tecnología. 

Tema 5: Electromagnetismo, mecánica cuántica, nanotecnología y tecnología en la edad contemporánea

 Electromagnetismo

El electromagnetismo se conoce como una rama de la física la cual se encarga del estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticas como un solo campo.

Incidencias:

Positivas:

• Existen diferentes aparatos creados por el ser humano los cuales facilitan y satisfacen las necesidades que posee como sociedad. Uno de estos aparatos es el microondas el cual funciona gracias a la radiación electromagnética y produce que los alimentos se calienten de forma rápida.

• En la comunicación los diferentes aparatos como las emisoras de radiodifusión (AM-FM), el internet, las redes celulares y la comunicación satelital-local, funcionan gracias a las radiofrecuencias.

• En la medicina se puede observar en las resonancias magnéticas, las cuales hacen posible observar la estructura de un individuo sin la necesidad de realizar una operación.

• En la aeronáutica se evidencia principalmente en la comunicación y el envío de radio ayudas a las estaciones que se encuentran en tierra.

Negativas:

• El uso excesivo de este tipo de aparatos que facilitan la vida de muchas personas puede causar enfermedades que se relacionan con el sedentarismo, como el sobrepeso.

• Existen personas que poseen una condición llamada hipersensibilidad electromagnética, lo cual causa síntomas como dolor de cabeza, trastornos del sueño, fatiga, entre otros.

• La radiación electromagnética a largo plazo ocasiona que los seres humanos padezcan de afecciones como: estrés, depresión, dolor de cabeza, bajas defensas, infertilidad, entre otros.

• En la naturaleza, las abejas se ven afectadas gravemente en consecuencia de la emisión de ondas que producen los teléfonos celulares, lo que causa que detengan sus actividades de polinización e incluso que abandonen sus colmenas.

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica se conoce como la rama de la física que estudiar la materia a nivel diminutos (características, comportamiento y movimiento de partículas cuánticas). 

Incidencias:

Positivas:

• Las computadoras cuánticas buscan aprovechar al máximo el mundo cuántico, por lo que estas son capaces de registrar, ordenar y analizar cantidades inmensas de datos en pocos segundos, lo que no se puede realizar con una computadora normal. Se considera potente gracias a la superposición cuántica (capacidad de las partículas de trabajar simultáneamente en diferentes estados).

• Este tipo de computadoras se usa para el estudio del genoma humano y la obtención de nuevos medicamentos y mecanismos de seguridad que resguarden los datos personales de los pacientes.

• 1 Qbit, Accenture y Biogen se han unido para el desarrollo de medicinas mediante la comparación molecular para contra restar enfermedades como la esclerosis múltiple, Parkinson y Alzheimer. 

• Gracias a la óptica cuántica se puede llegar a interactuar con las células cancerígenas y destruirlas sin tener que afectar a ninguna célula sana, evitando así el cáncer. 

Negativas:

• La computadora cuántica se puede percibir como una amenaza para los altos gobiernos, puesto que si cae en manos equivocadas puede ser configuradas de forma errónea, lo cual puede llegar a pasar todo tipo de criptografía o filtrar datos clasificados.

• Estos computadores necesitan trabajar en temperaturas extremas, además de ser excesivamente caras, por lo que no serían rentables en el hogar o en una empresa pequeña.

• Por otro lado, hay que tomar en cuenta que la mecánica cuántica no se ha explorado a profundidad por lo que existen misterios que no han sido resueltos hasta la actualidad. 

Nanotecnología

La nanotecnología es la ciencia que estudia, diseña y modifica la materia a niveles diminutos (trabaja con nanopartículas las cuales tienen un dimensión menor a la de 100 nanómetros), sus tamaños van de uno hasta 100 nanómetros.

Incidencias:

Positivas:

• En la medicina se ha implementado la nanotecnología en la creación de órganos que son capaces de detectar enfermedades, además de la ayuda de las nanopartículas para las terapias contra el cáncer.
• El conjunto de las nanofibras y el grafeno ha hecho posible la creación de varios objetos como bates, palos de golf y bicicletas las cuales se caracterizan por ser livianas y resistentes.
• En la industria textil se han creado prendas las cuales destacan por ser antimanchas, antibalas, impermeables, antifuego y que evitan la proliferación de bacterias.
• En la alimentación se han creado alimentos nutraceúticos los cuales poseen medicinas que poseen cualidades medicinales y repelen patógenos.

Negativas: 

• Como se conoce la nanotecnología se caracteriza por ser diminuta por lo que al caer en manos equivocadas podría ser capaz de infiltrarse como espías para los grandes gobiernos.

• Por otro lado, la creación de armas biológicas con este tipo de tecnología es inminente ya que se puede inyectar en el torrente sanguíneo y causar diferentes estragos en el cuerpo de una persona.
• También tenemos a la descontinuación de la producción de ciertos materiales lo cual afectaría a los productores, llevándolos a la quiebra.
• El desarrollo de estas tecnologías podría generar una competencia entre diferentes países lo cual podría desencadenar en un conflicto bélico.

Tecnología en la edad contemporánea

Se considera que la tecnología puede ser un arma de doble filo puesto que sil bien beneficia a los seres humanos, existen aspectos que pueden perjudicar al diario vivir de los seres humanos. Por lo que, la contaminación es uno de los principales aspectos que perjudican a la naturaleza y los seres humanos, puesto que, la producción excesiva de desechos amenaza la permanencia de la raza humana en el planeta Tierra y no solo eso, si no también a los animales y las plantas las cuales se van quedando poco a poco sin un lugar donde vivir, como las ranas que viven en el Amazonas y han sido desterradas gracias a la tala de árboles. Por otro lado, también tenemos al desecho excesivo de baterías las cuales en su mayor parte no son reciclables y son almacenadas para enviarlas a el espacio y crea un basurero espacial, el cual contamina el espacio y puede descender con el tiempo a la atmósfera.

En relación a el aspecto socioemocional y psicológico, se han observado máquinas que realizan las actividades que los seres humanos deberían estar realizando, lo que trae consecuencias como despidos masivos o la eliminación de diferentes carreras profesionales las cuales desencadenarían en grandes tasas de desempleo, lo que puede recaer en depresión e incluso al suicidio.

En cuanto a razones más específicas tenemos al aumento del sedentarismo el cual afecta a niños de forma gradual, especialmente cuando se les entrega un aparato electrónico con el cual buscan distraerse pero descuidan las cosas que deberían estar realizando como infantes, fomentando así el sobrepeso, la disociación de la realidad, enfermedades visuales como la miopía y astigmatismo, entre otros.