La Naturaleza de la Física

1.1 La Naturaleza de la Física.                    (Traducido del libro "University Physics", Sears & Zemansky, 14 edicion 2015).

La física es una ciencia experimental. Los físicos observan los fenómenos de la naturaleza y tratar de encontrar patrones que relacionen estos fenómenos. Estos patrones se llaman teorías físicas o, cuando están muy bien establecidas y ampliamente utilizadas, leyes físicas o principios.

Una teoría no  es solo un pensamiento aleatorio o un concepto no probado. Más bien, una teoría es una explicación de los fenómenos naturales basada en la observación y principios fundamentales aceptados. Un ejemplo es la bien establecida teoría de la evolución biológica, que es el resultado de una extensa investigación y observación por generaciones de biólogos.

Para desarrollar una teoría física, un físico tiene que aprender a hacer preguntas apropiadas, diseñar experimentos para tratar de responder a las preguntas y deducir conclusiones de los resultados. 

La Figura 1.1 muestra una instalación importante utilizada para experimentos de física. La leyenda dice que Galileo Galilei (1564-1642) dejó caer objetos ligeros y pesados desde lo alto de la Torre Inclinada de Pisa para saber si sus tasas de caída eran diferentes. Del examen de los resultados de sus experimentos (que en realidad fueron mucho más sofisticados que en la leyenda), hizo el salto inductivo al principio, o teoría, de que la aceleración de un objeto que cae es independiente de su peso.

El desarrollo de teorías físicas como la de Galileo a menudo toma un camino indirecto, con callejones sin salida, conjeturas erróneas y el descarte de teorías infructuosas a favor de otras más prometedoras.
La física no es simplemente una colección de hechos y principios; es también el proceso por el cual llegamos a principios generales que describen cómo se comporta el universo físico.

Ninguna teoría es considerada como la verdad final o última. La posibilidad siempre existe que las nuevas observaciones requerirán que una teoría sea revisada o descartada.

Es en la naturaleza de la teoría física que podemos refutar una teoría por encontrar un comportamiento que sea inconsistente con él, pero nunca podemos probar que una teoría siempre sea correcta.

Volviendo a Galileo, supongamos que dejamos caer una pluma y una bala de cañón. Ciertamente no caen al mismo ritmo. Esto no significa que Galileo se haya equivocado; significa que su teoría estaba incompleta. Si dejamos caer la pluma y la bala de cañón en el vacío para eliminar los efectos del aire, entonces caen con la misma tasa. La teoría de Galileo tiene un rango de validez: se aplica sólo a los objetos para los que la fuerza ejercida por el aire (debido a la resistencia de este  aire y a la flotabilidad -Principio de Arquímedes-) es mucho menor que el peso. Objetos como plumas o paracaídas están claramente fuera de este rango.