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Campo (física)

En física, un campo representa la distribución espacio-temporal de una magnitud física; es decir, es una propiedad que puede medirse en el entorno de cada punto de una región del espacio para cada instante del tiempo.

Matemáticamente, los campos se representan mediante una función definida sobre una cierta región. Gráficamente, se suelen representar mediante líneas o superficies de igual magnitud.

Históricamente fue introducido para explicar la acción a distancia de las fuerzas de gravedad, eléctrica y magnética, aunque con el tiempo su significado se ha extendido substancialmente, para describir variaciones de temperatura, tensiones mecánicas en un cuerpo, propagación de ondas, etc. El concepto de campo surge cuando en la física clásica, formalizada por Newton, se plantea una noción "campal" de espacio y tiempo. Esta nueva propuesta se deslindaría formalmente de la física aristotélica. En Aristóteles el espacio (y parecidamente el tiempo) tendía a convertirse en "espacio-de-cada-cosa", es decir, en lugar (ocupado por la cosa). Sin embargo, para Newton, que es decir: a partir de la física clásica, el espacio toma estado de absoluto, o ab-solutum, es decir, desligado (ab) y suelto (solutum) de causas finales y eficientes, y expuesto a fuerzas.[1]​ Con el advenimiento de la física moderna la noción de campo es entendida como una categoría coordinada con espacio-tiempo, es decir, espacio-tiempo-campo.[2]

Representación gráfica de un campo magnético mediante líneas de fuerza equipotenciales

Concepto de campo físico

Se dice que existe un campo asociado a una magnitud física, en una región del espacio, si se puede asignar un valor a dicha magnitud para todos los puntos de dicha región en cada instante.

Los sistemas físicos formados por un conjunto de partículas interactuantes de la mecánica clásica y los sistemas físicos de partículas relativistas sin interacción, son sistemas con un número finito de grados de libertad, cuyas ecuaciones de movimiento vienen dadas por ecuaciones diferenciales ordinarias como todos los ejemplos anteriores.

Los campos físicos, además de la variación de magnitud en el espacio, muestran la variación en el tiempo. Esa característica hace que los campos físicos se consideren informalmente como sistemas con un número infinito de grados de libertad. Las peculiaridades de los campos hacen que sus ecuaciones de "movimiento" o evolución temporal vengan dadas por ecuaciones en derivadas parciales en lugar de ecuaciones diferenciales ordinarias.

La noción de campo permite que una cosa pase de un estado potencial a un estado individual. En contraste con la física aristotélica, la noción de campo nos permite reconocer a la potencia como algo real. A propósito Juan David García Bacca nos dice: "El paso, pues, de estado "potencial" al actual no es el paso de "esta" realidad que estaba en potencia a "esta" realidad misma en estado de acto —que tal es la correlación entre estar-en-potencia y estar-en-acto en Aristóteles—, sino paso de "estado cósmico" supraindividual, a "estado individual", poseyendo ambos estados, cósmico e individual, o cósmico individualizado, propiedades reales, cuando el estado de potencia, en el sentido filosófico-aristotélico de esta palabra, era "incognosible" y no poseía propiedades reales".[3]​ García Bacca interpreta de la teoría de la relatividad de Einstein que junto a las categorías espacio y tiempo, que se coordinan objetivamente como una sola, es decir: espacio-tiempo, se agrega una tercera categoría que es campo gravitatorio. Con lo cual el bloque completo es espacio-tiempo-gravedad.[2]

Concepto de campo biofísico

A partir de la noción de campo en física, Rupert Sheldrake, no sin recibir fuertes críticas, propone la noción de campo mórfico.[4]

Clasificación de los campos

Un campo es uniforme si la magnitud que define al campo permanece constante.

Un campo se denomina estacionario si no depende del tiempo.

Campos escalares, vectoriales y tensoriales

Una clasificación posible atendiendo a la forma matemática de los campos es:

Propiedades de campos escalares y vectoriales

Dado un campo físico es común definir, según el tipo de campo algunas de las siguientes características de dicho campo:

  • Intensidad, que puede definirse localmente dada una región arbitrariamente pequeña, puede definirse la intensidad del campo, como un escalar formado a partir de las componentes tensoriales del campo. Cuanto mayor es dicha intensidad mayor el efecto físico o la perturbación que el campo ocasiona en una determinada región.
  • Flujo, que sólo puede definirse sobre una superficie, por lo que el flujo de un campo a través de una superficie depende tanto del campo como de la superficie escogida y por tanto no es una propiedad intrínseca del campo a diferencia de la intensidad.

Según el tipo de campo físico pueden definirse otros campos derivados como operadores diferenciales sobre las componentes del campo original, los tipos operaciones usadas para definir estos otros campos derivados son:

  • Potencial escalar, definible para campos vectoriales irrotacionales, es decir, cuyo rotacional es nulo en una región simplemente conexa.
  • Potencial vectorial, definible para campos vectoriales solenoidales.
  • Gradiente, definible para un campo escalar cualquiera.
  • Rotacional, definible para cualquier campo vectorial, es otro campo vectorial derivado del primero.
  • Divergencia, definible para cualquier campo vectorial, es un campo escalar derivado del campo vectorial.

Ejemplos de campos físicos

Campos de fuerzas en física clásica

En física el concepto surge ante la necesidad de explicar la forma de interacción entre cuerpos en ausencia de contacto físico y sin medios de sustentación para las posibles interacciones. La acción a distancia se explica, entonces, mediante efectos provocados por la entidad causante de la interacción, sobre el espacio mismo que la rodea, permitiendo asignar a dicho espacio propiedades medibles. Así, será posible hacer corresponder a cada punto del espacio valores que dependerán de la magnitud del cuerpo que provoca la interacción y de la ubicación del punto que se considera. Los campos más conocidos en física clásica son:

Campos de fuerzas en física cuántica

En teoría cuántica los campos se tratan como distribuciones que permiten asignar operadores que describen el campo. La existencia de un campo medible en una región del espacio se trata como un estado del espacio-tiempo consistente en que la medición de los operadores de campo sobre determinada región del espacio toma cierta distribución.

En teoría cuántica de campos, las partículas son tratadas como estados posibles de un campo cuántico, por lo que en esta teoría todas las entidades son campos distribuidos en el espacio-tiempo que interactúan mutuamente.

Campo de tensiones

La mecánica de medios continuos estudia la deformación de un sólido continuo o el movimiento de un fluido, mediante la asignación a cada punto del medio continuo de un campo tensorial llamado tensor tensión y dos campos vectoriales: un campo de velocidades y un campo de desplazamientos. Todos esos campos se relacionan mediante un sistema complejo de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, generalmente no lineales. Debido a la complejidad de las ecuaciones de movimiento que describe la evolución temporal de ese tipo de sistemas muchas veces esos problemas sólo pueden ser abordados de manera práctica mediante técnicas numéricas como el método de los elementos finitos.

Propagación de ondas

El estudio de propagación de ondas analiza cómo cierto tipo de perturbación puede afectar a las regiones vecinas en un medio material o en el vacío. Aunque existen diversos tipos de fenómenos ondulatorios, muchos fenómenos de propagación de ondas pueden ser modelizados por la ecuación de onda que es una ecuación diferencial lineal en derivadas parciales de tipo parabólico, para la que existen multitud de técnicas de resolución, tanto analíticas como numéricas.

Véase también

  •   Datos: Q185674

Referencias

  1. García Bacca, Juan David (1963). Historia fiolosófica de la ciencia. Universidad Nacional Autónoma de México. p. 73-107. 
  2. García Bacca, Juan David (1963). Historia fiolosófica de la ciencia. Universidad Nacional Autónoma de México. p. 102-107. 
  3. García Bacca, Juan David (1963). Historia fiolosófica de la ciencia. Universidad Nacional Autónoma de México. p. 99. 
  4. Aldana, Elis; Otálora-Luna, Fernando (2019). «Artistic Notion of Mimicry, a Case Study: Does Triatoma maculata (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae) Plagiarize Bees, Tigers or Traffic Signals?». Biosemiotics (Springer). doi:10.1007/s12304-019-09351-1. 

campo, física, física, campo, representa, distribución, espacio, temporal, magnitud, física, decir, propiedad, puede, medirse, entorno, cada, punto, región, espacio, para, cada, instante, tiempo, matemáticamente, campos, representan, mediante, función, definid. En fisica un campo representa la distribucion espacio temporal de una magnitud fisica es decir es una propiedad que puede medirse en el entorno de cada punto de una region del espacio para cada instante del tiempo Matematicamente los campos se representan mediante una funcion definida sobre una cierta region Graficamente se suelen representar mediante lineas o superficies de igual magnitud Historicamente fue introducido para explicar la accion a distancia de las fuerzas de gravedad electrica y magnetica aunque con el tiempo su significado se ha extendido substancialmente para describir variaciones de temperatura tensiones mecanicas en un cuerpo propagacion de ondas etc El concepto de campo surge cuando en la fisica clasica formalizada por Newton se plantea una nocion campal de espacio y tiempo Esta nueva propuesta se deslindaria formalmente de la fisica aristotelica En Aristoteles el espacio y parecidamente el tiempo tendia a convertirse en espacio de cada cosa es decir en lugar ocupado por la cosa Sin embargo para Newton que es decir a partir de la fisica clasica el espacio toma estado de absoluto o ab solutum es decir desligado ab y suelto solutum de causas finales y eficientes y expuesto a fuerzas 1 Con el advenimiento de la fisica moderna la nocion de campo es entendida como una categoria coordinada con espacio tiempo es decir espacio tiempo campo 2 Representacion grafica de un campo magnetico mediante lineas de fuerza equipotenciales Indice 1 Concepto de campo fisico 2 Concepto de campo biofisico 3 Clasificacion de los campos 3 1 Campos escalares vectoriales y tensoriales 3 2 Propiedades de campos escalares y vectoriales 4 Ejemplos de campos fisicos 4 1 Campos de fuerzas en fisica clasica 4 2 Campos de fuerzas en fisica cuantica 4 3 Campo de tensiones 4 4 Propagacion de ondas 5 Vease tambien 6 ReferenciasConcepto de campo fisico EditarSe dice que existe un campo asociado a una magnitud fisica en una region del espacio si se puede asignar un valor a dicha magnitud para todos los puntos de dicha region en cada instante Los sistemas fisicos formados por un conjunto de particulas interactuantes de la mecanica clasica y los sistemas fisicos de particulas relativistas sin interaccion son sistemas con un numero finito de grados de libertad cuyas ecuaciones de movimiento vienen dadas por ecuaciones diferenciales ordinarias como todos los ejemplos anteriores Los campos fisicos ademas de la variacion de magnitud en el espacio muestran la variacion en el tiempo Esa caracteristica hace que los campos fisicos se consideren informalmente como sistemas con un numero infinito de grados de libertad Las peculiaridades de los campos hacen que sus ecuaciones de movimiento o evolucion temporal vengan dadas por ecuaciones en derivadas parciales en lugar de ecuaciones diferenciales ordinarias La nocion de campo permite que una cosa pase de un estado potencial a un estado individual En contraste con la fisica aristotelica la nocion de campo nos permite reconocer a la potencia como algo real A proposito Juan David Garcia Bacca nos dice El paso pues de estado potencial al actual no es el paso de esta realidad que estaba en potencia a esta realidad misma en estado de acto que tal es la correlacion entre estar en potencia y estar en acto en Aristoteles sino paso de estado cosmico supraindividual a estado individual poseyendo ambos estados cosmico e individual o cosmico individualizado propiedades reales cuando el estado de potencia en el sentido filosofico aristotelico de esta palabra era incognosible y no poseia propiedades reales 3 Garcia Bacca interpreta de la teoria de la relatividad de Einstein que junto a las categorias espacio y tiempo que se coordinan objetivamente como una sola es decir espacio tiempo se agrega una tercera categoria que es campo gravitatorio Con lo cual el bloque completo es espacio tiempo gravedad 2 Concepto de campo biofisico EditarA partir de la nocion de campo en fisica Rupert Sheldrake no sin recibir fuertes criticas propone la nocion de campo morfico 4 Clasificacion de los campos EditarUn campo es uniforme si la magnitud que define al campo permanece constante Un campo se denomina estacionario si no depende del tiempo Campos escalares vectoriales y tensoriales Editar Una clasificacion posible atendiendo a la forma matematica de los campos es Campo escalar aquel en el que cada punto del espacio lleva asociada una magnitud escalar campo de temperaturas de un solido campo de presiones atmosfericas Campo vectorial aquel en que cada punto del espacio lleva asociado una magnitud vectorial campos de fuerzas Campo tensorial aquel en que cada punto del espacio lleva asociado un tensor campo electromagnetico en electrodinamica clasica campo gravitatorio en teoria de la relatividad general campo de tensiones de un solido etc Campo espinorial un campo que generaliza al tipo anterior y que aparece solo en mecanica cuantica y teoria cuantica de campos Propiedades de campos escalares y vectoriales Editar Dado un campo fisico es comun definir segun el tipo de campo algunas de las siguientes caracteristicas de dicho campo Intensidad que puede definirse localmente dada una region arbitrariamente pequena puede definirse la intensidad del campo como un escalar formado a partir de las componentes tensoriales del campo Cuanto mayor es dicha intensidad mayor el efecto fisico o la perturbacion que el campo ocasiona en una determinada region Flujo que solo puede definirse sobre una superficie por lo que el flujo de un campo a traves de una superficie depende tanto del campo como de la superficie escogida y por tanto no es una propiedad intrinseca del campo a diferencia de la intensidad Segun el tipo de campo fisico pueden definirse otros campos derivados como operadores diferenciales sobre las componentes del campo original los tipos operaciones usadas para definir estos otros campos derivados son Potencial escalar definible para campos vectoriales irrotacionales es decir cuyo rotacional es nulo en una region simplemente conexa Potencial vectorial definible para campos vectoriales solenoidales Gradiente definible para un campo escalar cualquiera Rotacional definible para cualquier campo vectorial es otro campo vectorial derivado del primero Divergencia definible para cualquier campo vectorial es un campo escalar derivado del campo vectorial Ejemplos de campos fisicos EditarCampos de fuerzas en fisica clasica Editar En fisica el concepto surge ante la necesidad de explicar la forma de interaccion entre cuerpos en ausencia de contacto fisico y sin medios de sustentacion para las posibles interacciones La accion a distancia se explica entonces mediante efectos provocados por la entidad causante de la interaccion sobre el espacio mismo que la rodea permitiendo asignar a dicho espacio propiedades medibles Asi sera posible hacer corresponder a cada punto del espacio valores que dependeran de la magnitud del cuerpo que provoca la interaccion y de la ubicacion del punto que se considera Los campos mas conocidos en fisica clasica son Campo electromagnetico Descomponible para cada observador en dos campos campo electrostatico y campo magnetico En fisica newtoniana el campo electromagnetico puede ser tratado como dos campos vectoriales aunque en fisica relativista el campo electromagnetico relativista se trata como un campo tensorial derivable de un unico campo vectorial cuatridimensional Campo gravitatorio En mecanica newtoniana el campo gravitatorio puede ser tratado como un campo vectorial irrotacional y por tanto derivable de un campo escalar En cambio la descripcion de la gravedad en la Teoria general de la relatividad es mas compleja y requiere definir un tensor de segundo rango llamado tensor metrico sobre un espacio tiempo curvo Campos de fuerzas en fisica cuantica Editar Articulo principal Teoria cuantica de campos En teoria cuantica los campos se tratan como distribuciones que permiten asignar operadores que describen el campo La existencia de un campo medible en una region del espacio se trata como un estado del espacio tiempo consistente en que la medicion de los operadores de campo sobre determinada region del espacio toma cierta distribucion En teoria cuantica de campos las particulas son tratadas como estados posibles de un campo cuantico por lo que en esta teoria todas las entidades son campos distribuidos en el espacio tiempo que interactuan mutuamente Campo de tensiones Editar La mecanica de medios continuos estudia la deformacion de un solido continuo o el movimiento de un fluido mediante la asignacion a cada punto del medio continuo de un campo tensorial llamado tensor tension y dos campos vectoriales un campo de velocidades y un campo de desplazamientos Todos esos campos se relacionan mediante un sistema complejo de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales generalmente no lineales Debido a la complejidad de las ecuaciones de movimiento que describe la evolucion temporal de ese tipo de sistemas muchas veces esos problemas solo pueden ser abordados de manera practica mediante tecnicas numericas como el metodo de los elementos finitos Propagacion de ondas Editar El estudio de propagacion de ondas analiza como cierto tipo de perturbacion puede afectar a las regiones vecinas en un medio material o en el vacio Aunque existen diversos tipos de fenomenos ondulatorios muchos fenomenos de propagacion de ondas pueden ser modelizados por la ecuacion de onda que es una ecuacion diferencial lineal en derivadas parciales de tipo parabolico para la que existen multitud de tecnicas de resolucion tanto analiticas como numericas Vease tambien Editarcampo conservativo energia potencial teorema de Gauss Datos Q185674Referencias Editar Garcia Bacca Juan David 1963 Historia fiolosofica de la ciencia Universidad Nacional Autonoma de Mexico p 73 107 a b Garcia Bacca Juan David 1963 Historia fiolosofica de la ciencia Universidad Nacional Autonoma de Mexico p 102 107 Garcia Bacca Juan David 1963 Historia fiolosofica de la ciencia Universidad Nacional Autonoma de Mexico p 99 Aldana Elis Otalora Luna Fernando 2019 Artistic Notion of Mimicry a Case Study Does Triatoma maculata Hemiptera Reduviidae Triatominae Plagiarize Bees Tigers or Traffic Signals Biosemiotics Springer doi 10 1007 s12304 019 09351 1 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Campo fisica amp oldid 135473248, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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