No soy un especialista en física, pero tuve que tomar clases introductorias de mecánica de cálculo, electromagnetismo, termodinámica y física moderna (que consisten en mecánica cuántica, relatividad y física nuclear). Me encantaría duplicar mi carrera en EE y física, pero no creo que sea muy productivo, ya que están estrechamente relacionados. Así que hago EE académicamente y en pocos años, profesionalmente, y hago física en mi tiempo libre.
La clase de física más dura en mi carrera fue la mecánica. Aunque ahora es el más fácil debido a lo sencillos que son los fenómenos mecánicos diarios, una vez fue un desafío porque nunca había aplicado el cálculo a la física y lo había estudiado tan a fondo. Tomé dos semestres de física moderada basada en el álgebra en la escuela secundaria y me encantó, pero fue más una filosofía de la física y la historia de la ciencia lo que me fascinó en ese momento, en lugar del cálculo.
Sin más preámbulos, este es mi consejo y un resumen de lo que aprenderá, basado en la experiencia. Tenga en cuenta que esto variará de una universidad a otra, pero el núcleo es el mismo:
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Mecánica – Comenzarás estudiando cinemática simple. Estudiarás las ecuaciones de movimiento bajo la constante aceleración de la tierra. Resolverás problemas de movimiento de proyectiles. Puede, por primera vez, ver cómo se derivan realmente las ecuaciones de movimiento, utilizando el cálculo. Ahí es donde las cosas se ponen interesantes y se ve la belleza de las matemáticas y su eficacia en su aplicación a la física y otras ciencias naturales.
Luego estudiarás en profundidad las leyes del movimiento de Newton. No se limiten a memorizarlos. Entenderlos y sus implicaciones. Cuando vea F = m * a, no solo resuelva para F o a, cualquiera puede hacer los cálculos. Piensa en cómo puedes medir esas cantidades. Un buen físico es aquel que puede realizar experimentos y cuestiona constantemente los supuestos, los desafía y los pone a prueba.
Luego estudiará la energía y el trabajo, y cómo puede simplificar su vida para resolver problemas como las montañas rusas y las caídas de altura utilizando la conservación de la energía en lugar de calcular la fuerza y la aceleración en cada giro. Aprenderás sobre el impulso, que es un concepto importante.
Luego estudiará movimiento circular uniforme, movimiento armónico simple como péndulos simples (donde toda la masa está en un punto, conectado a un cable o cuerda), posiblemente péndulos físicos (donde la masa se distribuye a lo largo de la longitud del péndulo) , movimiento rotacional y torque. La parte buena sobre el movimiento de rotación es que todo lo que aprendió sobre el movimiento lineal se traducirá en un movimiento de rotación, pero con símbolos diferentes. Desde la velocidad lineal, irás a la velocidad angular, desde la aceleración lineal hasta la aceleración angular. Aprenderás acerca de los momentos de inercia y conservación del momento angular y podrás explicar por qué una patinadora sobre hielo puede aumentar y disminuir su velocidad simplemente moviendo los brazos hacia afuera y hacia adentro. Podrás explicar por qué las galaxias siguen girando , por qué los planetas tienen órbitas elípticas (requiere las leyes de Kepler y la ley de la gravitación universal).
La siguiente parte será sistemas de partículas, colisiones elásticas e inelásticas, matemáticas de onda (que trabajan con funciones sinusoidales y cómo configurar parámetros como la amplitud, la frecuencia, el número de onda, etc.).
Electromagnetismo: esta clase es, con mucho, la clase más interesante y disciplinaria que he tomado. Sus implicaciones son realmente reveladoras y me hicieron ver el mundo de manera completamente diferente. No lo estropearé por ti y te dejaré que lo experimentes por tu cuenta. Te diré esto sin embargo. Los primeros tres capítulos son muy difíciles porque son abstractos y difíciles de visualizar. Trate de imaginar las situaciones, predice comportamientos y aplique leyes conocidas para encontrar la respuesta. Comprender la diferencia entre el campo eléctrico y la fuerza eléctrica. Explique las similitudes y diferencias de la fuerza gravitacional frente a la fuerza eléctrica, y quiero decir, ¡realmente piense y entiéndalo!
Así que domine las siguientes leyes y técnicas para los primeros capítulos: la ley de Coulomb, que relaciona la magnitud de las cargas, su distancia y la fuerza que ejercen entre sí (buenas noticias, las leyes de Newton también se aplican aquí), la ley de Gauss, que relaciona la presencia de una carga dentro de una superficie cerrada con el campo eléctrico que produce. Comprenda por qué la siguiente declaración no tiene sentido: “Encuentre el voltaje en el punto A” cuando no se proporciona una conexión a tierra de referencia. Explique la relación entre el campo eléctrico y el voltaje, entiéndalo muy bien, matemática y físicamente (puede usar el operador del, que requiere conocimiento de cálculo multivariable, así que repáselo)
Después del material introductorio del curso (el corazón del mismo), entrarás en la corriente eléctrica y los circuitos. Aprenderá las leyes de corriente y voltaje de Kirchhoff (otra aplicación de la conservación de la energía ). También aprenderá más adelante sobre los circuitos de CA y los fasores.
Luego, una de mis partes favoritas del curso (realmente no puedo decir eso porque me encantaron todos los capítulos). Magnetismo ! Comprenda y explique cómo las cargas estáticas se relacionan con el campo eléctrico y cómo las cargas en movimiento se relacionan con los campos magnéticos. Comprenda que la fuerza magnética en una partícula cargada depende de su magnitud de carga, su velocidad y su orientación con respecto al campo magnético (práctica de la regla de la mano derecha, la misma regla utilizada en el cálculo de múltiples variables para productos cruzados ). Luego aprenderá acerca de la inducción, lo que hace funcionar nuestras economías eléctricas. Entiende esto muy bien. Ver la ley de inducción de Faraday-Lenz.
La última parte del curso conectará todo y unificará la electricidad con el magnetismo a través de las ecuaciones de Maxwell . Utilizará cuatro ecuaciones para describir el comportamiento físico de las ondas electromagnéticas y comprender que la luz es una onda electromagnética. En este punto, puede comenzar a aprender sobre la óptica geométrica, donde la longitud de onda de la luz discutida es mucho más pequeña que cualquier distancia con la que tratará, por lo que no aparecerá ningún fenómeno mecánico cuántico (interferencia, difracción, para más adelante).
Termodinámica: Puedes comenzar con la gravitación universal o sumergirte directamente en la termodinámica, dependiendo de dónde asistas a la universidad. Aprenderás sobre la diferencia entre calor y temperatura, podrás explicar cuál es la causa y cuál es el efecto, y cuáles son sus aplicaciones prácticas. Los problemas típicos son los problemas de equilibrio termodinámico, en los que se combinan dos objetos de temperatura y masa variables, y después de un período de tiempo alcanzan una temperatura particular entre las temperaturas de los objetos originales. Debe hacer suficientes problemas en este tema y comprenderlo lo suficientemente bien como para poder hacer estimaciones rápidas de dónde estará la temperatura de equilibrio, dadas las masas y las temperaturas originales de los objetos (muy intuitivo, si toma café o alguna vez ha disfrutado de un plato de sopa)
Luego comenzará a hablar de presión, fluidos, fuerza de flotación y equilibrio hidrostático. El principio de Arquímedes te ayudará a interpretar los problemas sobre si un objeto flotará en el agua o se hundirá. El principio de Bernoulli te ayudará a entender cómo los aviones pueden volar a través de las fuerzas de elevación.
Luego, estudiará cómo la materia diferente responde al calentamiento, además de que su temperatura aumenta. Algunos cambios en la materia cambian de fase, presión, volumen, etc. Aprenderá sobre la ley del gas ideal que relaciona la temperatura, el volumen y la presión del gas en condiciones ideales (el comportamiento de un gas como el helio está muy bien aproximado por esta ecuación). Aprenderá sobre el calor de la transformación, que es la cantidad de energía que necesita para cambiar la fase de alguna materia. Puedes aprender sobre diagramas de fase y puntos triples de la materia.
También aprenderá acerca de la expansión lineal y de volumen y comenzará a comprender las consideraciones que los ingenieros civiles deben hacer cuando construyen puentes, sabiendo que se expandirán y contraerán en diferentes estaciones. Calculará la cantidad de expansión y posiblemente experimentará con ella en el laboratorio.
Una parte importante de este curso serán los diagramas pV (diagramas de presión-volumen) que se basan en la ley del gas ideal y explican el comportamiento pV de un gas dado en diferentes escenarios, donde la temperatura se mantiene constante (isotérmica), donde la presión es mantenido constante (isobárico), donde el calor en el gas es cero (adiabático), donde el volumen es constante. Un problema común en esta situación es obtener los signos positivos y negativos correctos cuando se trabaja con el trabajo ingresado en un sistema y el calor generado.
Luego aprenderá la carne del curso, que es la segunda ley de la termodinámica, y explica por qué no podemos tener motores 100% eficientes. Aprenderá sobre la entropía y por qué algunos procesos son reversibles y otros no.
Física moderna: el curso puede estar motivado por la primera evidencia de mecánica cuántica y por donde las explicaciones newtonianas salen por la ventana. Entonces es cuando empiezas a estudiar la interferencia y el experimento de la doble rendija. Verá que aunque la luz está hecha de ondas, también está hecha de partículas (fotones) mostradas por Einstein en su experimento de efecto fotoeléctrico, por el cual recibió un premio Nobel.
Lo que necesita entender en ese punto es una interferencia constructiva y destructiva, y conocer la diferencia entre la interferencia y la difracción. Las aplicaciones prácticas incluyen redes de difracción e interferómetros (que recientemente nos ayudaron a descubrir las ondas gravitacionales y demostrar que Einstein tenía razón, los agujeros negros y las fusiones pierden energía orbital al emitir ondas gravitacionales). Comprenda el límite de difracción y el criterio de Rayleigh, que explica por qué al observar objetos microscópicos, hay algunos límites en lo que podemos observar, y cuál debe ser la separación angular mínima de dos fuentes de luz en una longitud de onda particular, para que podamos estar incluso para distinguir las dos fuentes como separadas.
Entonces comenzarás a hablar sobre la teoría especial de la relatividad de Einstein. Olvida el sentido común, date cuenta de las implicaciones de la teoría de Einstein. Haga preguntas, mire la evidencia probada de sus afirmaciones (decaimiento de muones, ralentización de los relojes a distintas alturas de la tierra, etc.). Comprenda que en la relatividad, se trata de lo que puede observar, no de cómo algo es realmente independiente de su observación, porque ¿cómo podría saber cómo es realmente algo sin observarlo? Aprenderás sobre la contracción de la longitud de los objetos a medida que alguien se mueve a velocidades cada vez más altas, aprenderás que cuanto más rápido te muevas, más lento es el tictac para ti en comparación con los relojes de otras personas cuando TÚ los ves. Viaja a la mitad de la velocidad de la luz durante un año, vuelve a la Tierra y serás mucho más joven que todos los demás (aprenderás cómo calcular esos números).
Ahora hablará sobre la mecánica cuántica y la naturaleza discreta de las partículas. Hablará sobre el efecto fotoeléctrico de Einstein, la longitud de onda de Broglie y las ondas de materia, la radiación del cuerpo negro y la catástrofe ultravioleta, la constante de Planck, el principio de incertidumbre de Heisenberg, el efecto Compton, la dispersión de Rayleigh y el espectro atómico.
Luego hablará sobre las funciones de onda, que cambian su perspectiva del determinismo al pensamiento probabilístico. Aprenderá que ya no puede hablar sobre la posición y el impulso de un electrón al mismo tiempo (principio de incertidumbre de Heisenberg) y que necesitará cuadrar la función de onda para encontrar la probabilidad de encontrar el electrón en un lugar en particular. Hablará sobre la tunelización cuántica de los electrones, los pozos cuadrados infinitos y finitos, el oscilador armónico y la normalización de la función de onda. Obtendrá más en profundidad con todo eso y comenzará a hablar sobre la cuantización del giro y el espacio.
Luego puede hablar de física y moléculas de estado sólido y aplicaciones a transistores y dispositivos semiconductores, superconductores de tipo I y II, efecto Meissner, brecha de banda, etc.
En este punto hablarás de física nuclear. Comprenderás la aplicación de E = m * c ^ 2 de Einstein y lo que esto implica con respecto a las partículas fundamentales cuando están separadas en comparación con cuando se combinan a través de la fuerza nuclear y cómo la energía y la masa son realmente lo mismo. Puede comenzar a comprender por qué las estrellas se colapsan tan pronto como producen hierro en sus núcleos. Hablarás de las desintegraciones alfa, beta y gamma.
En este punto, hablará sobre la fuerza electro-débil, el universo temprano, los quarks, la materia oscura, la energía oscura, la física de partículas y los problemas físicos más relevantes del día, aunque no profundizará demasiado porque las matemáticas Usted sabe que no son suficientes para hablar de las teorías actuales, como la teoría cuántica de campos, la teoría de cuerdas, etc.
Cómo tener éxito en la física:
- Hacer problemas
- Hacer problemas
- Hacer problemas
- Resuelve problemas de múltiples maneras y véelos en diferentes ángulos.
- Experimenta, experimenta, experimenta
- No solo aplique reglas ciegas en el papel, piense cómo medirá cada cantidad de interés y cuáles serán sus incertidumbres.
- Ser capaz de distinguir lo que vale la pena reflexionar. No pierdas el tiempo pensando en el éter como lo hice yo. A menos que pueda realizar un experimento para probar o refutar su hipótesis falsificable, no se moleste en perder el tiempo en alguna idea.
- No trates de ser el genio solitario. Trabaja con otros, discute problemas, observa sus puntos de vista, trabaja en tus habilidades de comunicación. No importa lo inteligente que seas, si no puedes comunicar tus bellas ideas de manera eficiente y simple, nadie sabrá lo que está pasando por tu cabeza, y cuando mueras, el mundo perderá verdades del universo que nunca pudiste compartir porque ¡Te centraste en ser un genio más que tus habilidades de comunicación!
- Hazlo bien en los exámenes, pero si obtienes malas notas, no te castigues por ello. Mientras ames la física y trabajes duro, no debería haber ningún problema. Sin embargo, si constantemente obtiene malas calificaciones, hable con alguien, intente diagnosticar el problema exactamente. Se analítico
- Hay muchas más cosas, pero terminaré esto ahora, demasiado tiempo ya.
¡Buena suerte en su viaje!
