martes, 24 de octubre de 2017

Fundamentos de Fisica: unidad 2

En este espacio se presenta una serie de resúmenes sobre temas de la Unidad II: Fundamentos Física. Cada uno de los siguientes subtemas es abordado de manera breve, buscando una breve ilustración de cada tema. En su mayoría abordaremos medidas en los diferentes sistemas así como los distintos sistemas de medición y unidades.

¿Que es la Aritmetica?

La Aritmética es una rama de las matemáticas que se encarga de estudiar las estructuras numéricas elementales, así como las propiedades de las operaciones y los números en si mismos en su concepto mas profundo, construyendo lo que se conoce como teoría de números.
Para ti es mas sencillo encontrar la aritmética dentro de tu vida cuando:

  • vas a la tienda a comprar algo, y te ves en la necesidad de calcular por medio de una resta, el cambio que dara el tendero.
  • cuando estas a punto de a abordar el servicio publico y cuantas rapidamente la cantidad de dinero necesaria para pagar el valor del pasaje.
  • tambien cuando haces la cuenta o inventario de tus cosas.

Se piensa que la Aritmética nace con la necesidad de contar los objetos y animales que el ser humano primitiva poseía

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Despejes de fórmulas

Según el celebre libro "Álgebra Elemental" de Baldor, una fórmula es la expresión de una ley o de un principio general por medio de símbolos o letras.Citando las ventajas del uso de las fórmulas que nos muestra Baldor, tenemos:
  1. Expresan de forma breve una ley o un principio general, esto es sin tantas palabras que tengamos que interpretar. Es más fácil decir F=m.a que: la fuerza aplicada es directamente proporcional a la masa de cuerpo multiplicada por la aceleración que este adquiere por motivo de la fuerza aplicada.
  2. Son fáciles de recordar. Creo que no es necesario decir ningún ejemplo.
  3. Su aplicación es muy fácil, pues para resolver un problema por medio de la fórmula adecuada, basta sustituir las letras por lo valores en el caso dado.
Despeje de variables en una fórmula 


Reglas Para despejar::
1.- Lo que está sumando pasa restando.

2.- Lo que está restando pasa sumando

3.- Lo que está multiplicando pasa dividiendo
4.- Lo que está dividiendo pasa multiplicando
5.- Si está con exponente pasa con raíz.
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La notación científica, también denominada patrón o notación en forma exponencial, es una forma de escribir los números que acomoda valores demasiado grandes (100000000000) o pequeños (0.00000000001)1​ para ser escrito de manera convencional.  El uso de esta notación se basa en potencias​ (los casos ejemplificados anteriormente en notación científica, quedarían 1 × 1011 y 1 × 10−11, respectivamente). El módulo del exponente es la cantidad de ceros que lleva el número delante, en caso de ser negativo (nótese que el cero delante de la coma también cuenta), o detrás, en caso de tratarse de un exponente positivo. Como ejemplo, en la quimica, al referirse a la cantidad de entidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.), hay una cantidad llamada cantidad de materia (mol).
 Chem. Math Skills review (en inglés). Consultado el 31 de mayo de 2009.
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Unidad de medida:


Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física, definida y adoptada por convención o por ley. Cualquier valor de una cantidad física puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida.

Una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas.

Un conjunto de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada es denominado sistema de unidades.

Todas las unidades denotan cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada uno de los componentes está expresado en la unidad indicada
JCGM (2008), «Unit of measurement (unité de mesure)», p. 6.



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LONGITUD

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La longitud es una de las magnitudes físicas fundamentales, en tanto que no puede ser definida en términos de otras magnitudes que se pueden medir. En muchos sistemas de medida, la longitud es una unidad fundamental, de la cual derivan otras.

La longitud es una medida de una dimensión (lineal; por ejemplo m), mientras que el área es una medida de dos dimensiones (al cuadrado; por ejemplo m2), y el volumen es una medida de tres dimensiones (cúbica; por ejemplo m3).
Sin embargo, según la teoría especial de la relatividad (Albert Einstein, 1905), la longitud no es una propiedad intrínseca de ningún objeto dado que dos observadores podrían medir el mismo objeto y obtener resultados diferentes (contracción de Lorentz).

 

Unidades de longitud

Existen diferentes unidades de medida que son utilizadas para medir la longitud, y otras que lo fueron en el pasado. Las unidades de medida se pueden basar en la longitud de diferentes partes del cuerpo humano, en la distancia recorrida en número de pasos, en la distancia entre puntos de referencia o puntos conocidos de la Tierra, o arbitrariamente en la longitud de un determinado objeto.
En el Sistema Internacional (SI), la unidad básica de longitud es el metro, y hoy en día se significa en términos de la velocidad de la luz. El centímetro y el kilómetro derivan del metro, y son unidades utilizadas habitualmente.
Las unidades que se utilizan para expresar distancias en la inmensidad del espacio (astronomía) son mucho más grandes que las que se utilizan habitualmente en la Tierra, y son (entre otras): la unidad astronómica, el año luz y el pársec.
Por otra parte, las unidades que se utilizan para medir distancias muy pequeñas, como en el campo de la química o el átomo, incluyen el micrómetro, el ångström, el radio de Bohr y la longitud de Planck.

Sin embargo, recientes debates entre expertos de diversos países defienden la utilidad del soto para trabajar con longitudes del orden de los radios atómicos. Un soto se define como la mitad de la distancia entre dos núcleos de carbono diamante a 25 °C y 1 atm, el equivalente a 1,54 pm (1,54x10−12 m). La utilidad del soto radica en que al igual que la unidad de masa atómica (uma) toma como modelo el átomo de carbono, buscando la unificación de criterios y ofreciendo a los químicos la posibilidad de hacerse una idea de las longitudes de radios y enlaces al poder compararlas con las del diamante.

 

MASA.


La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza.

La masa es la magnitud física que permite expresar la cantidad de materia que contiene un cuerpo. En el Sistema Internacional, su unidad es el kilogramo (kg.). El concepto, que deriva del término latino massa, también permite referirse a la mezcla que proviene de la incorporación de un líquido a una materia pulverizada, de la cual resulta un todo espeso, blando y consistente.

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TIEMPO


El tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste aparentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida). El tiempo ha sido frecuentemente concebido como un flujo sucesivo de microsucesos.

El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado.

En mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente") son relativos. No existe una noción de simultaneidad indepediente del observador.

Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es s (debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior).

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FUENTES:
1. es.wikipedia.org/wiki/Longitud
2. es.wikipedia.org/wiki/Masa
3. http://definicion.de/masa/

 

conversión de unidades.


La conversión de unidades es la transformación de una cantidad, expresada en una cierta unidad de medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no.
Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión.
Frecuentemente basta multiplicar por una fracción (factor de conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades. Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos, por ejemplo, si queremos pasar 8 metros a yardas, lo único que tenemos que hacer es multiplicar 8 x (0.914) =7.312 yardas.
Sistema internacional de medidas.
El Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI, también denominado sistema internacional de medidas, es el sistema de unidades más extensamente usado. Junto con el antiguo sistema métrico decimal, que es su antecedente y que ha mejorado, el SI también es conocido como sistema métrico, especialmente en las naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales. En 1971 fue añadida la séptima unidad básica, el mol.

El Sistema Internacional de Unidades está formado hoy por dos clases de unidades: unidades básicas o fundamentales y unidades derivadas.

Unidades básicas

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas, también denominadas unidades fundamentales. De la combinación de las siete unidades fundamentales se obtienen todas las unidades derivadas.

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Sistema inglés


Antigua Weights and Measures office en Middlesex (Inglaterra).El sistema inglés, o sistema imperial de unidades es el conjunto de las unidades no métricas que se utilizan actualmente en muchos territorios de habla inglesa (como en Estados Unidos de América). Pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra, e incluso sobre la diferencia de valores entre otros tiempos y ahora.

Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio.

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UNIDADES DE LONGITUD


El sistema para medir longitudes en los Estados Unidos se basa en la pulgada, el pie, la yarda y la milla. Cada una de estas unidades tiene dos definiciones ligeramente distintas, lo que ocasiona que existan dos diferentes sistemas de medición.
Publicado por Alejandro en 16:48 http://sistemademedidas2009.blogspot.mx

Definiciones Fundamentales de Física

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Una magnitud física fundamental es aquella que aparece en la caracterización de un sistema físico con independencia de la teoría física general elegida. Los sistemas físicos presentan cambios a lo largo del tiempo y tienen localización en el espacio. Debido a que los sistemas físicos presentan esas características de localización en el espacio y evolución en el tiempo se les pueden asignar magnitudes físicas relacionadas con simetrías asociadas a la geometría del espacio y el tiempo, éstas son:

Energía, la energía total de un sistema puede definirse a partir del objeto fundamental que describe dicho sistema el lagrangiano. Cuando las ecuaciones de movimiento que se pueden derivar a partir de dicho lagrangiano son idénticas para cualquier instante de tiempo considerado, entonces la energía total permanece constante y puede establecerse una ley de conservación de la energía para dicho sistema.
Energía cinética, casi todos los sistemas físicos constan de partes aislables o localizadas que interactúan entre ellas, la energía cinética es una magnitud asociada al movimiento de cada una de estas partes. Normalmente la energía cinética no es una magnitud conservada o fija porque en su evolución temporal los sistemas pueden sufrir cambios que hacen que la energía menos la energía cinética (energía de interacción) no permanezca constante. La energía cinética es una mangitud importante tanto en la mecánica clásica, como la mecánica relativista, como en la mecánica cuántica no-relativista.
Si se considera la acción de grupos de simetría sobre un espacio-tiempo pueden definirse algunas magnitudes fundamentales más como:

Momento angular, está asociada a rotaciones, cuando el sistema presenta invariancia bajo transformaciones de rotación entonces puede definirse una ley de conservación del momento angular, asociada al hecho de que cierta magnitud permanece invariable a lo largo de la evolución del sistema.
Momentum, está asociada a traslaciones, cuando el sistema presenta invariancia bajo traslaciones entonces puede definirse una ley de conservación del momentum, asociada al hecho de que cierta magnitud permanece invariable a lo largo de la evolución del sistema.
Otras dos propiedades importantes son:

Masa, aunque en mecánica clásica se la trata como una magnitud conservada, su conservación es sólo aproximada, y en el resto de teorías físicas, sólo la masa de las partículas fundamentales parece tener una significación física importante, de hecho, todas las partículas del mismo tipo siempre tienen la misma masa, lo cual se refleja en que el lagrangiano que describe dichas partículas contiene un término asociado a esa masa siempre de la misma forma.
Carga eléctrica, en todos los sistemas físicos conocidos es una magnitud conservada, asociada a cierta simetría interna, no asociada, por tanto, a relaciones puramente geométricas del espacio-tiempo.
Una magnitud de carácter estadístico sobre la estructura del sistema es la:

Entropía, otra propiedad estadística importante que aparece en sistemas formados por un número muy grande de partículas es la entropía, que aparece tanto en mecánica estadística clásica como en mecánica estadística cuántica.
L. Landau & E. Lifshitz(1979), Curso Abreviado de Física Teórica.









Fuerza, Trabajo y Potencia


Trabajo


Se refiere a una actividad que emplea una fuerza y el movimiento en la dirección de la fuerza. Una fuerza de 20 Newtons empujando un objeto a lo largo de 5 metros en la dirección de la fuerza realiza un trabajo de 100 julios.

Energía


Es la capacidad para producir trabajo. - Ud. debe tener energía para realizar un trabajo - es como la moneda para realizar trabajo. Para producir 100 julios de trabajo, Ud. debe gastar 100 julios de energía

Potencia


Es la velocidad en la realización del trabajo o en el uso de la energía, que numéricamente son lo mismo. Si Ud produce 100 julios de trabajo en un segundo (usando 100 julios de energía), la potencia es de 100 vatios.

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Corriente, voltaje y resistencia


El flujo de electricidad por un objeto, como un cable, se conoce como corriente (I). Se mide en amperios (A); si la corriente es muy pequeña entonces se describe en mili amperios (mA), 1000 mA = 1A. La fuerza conductora (presión eléctrica) tras el flujo de una corriente se conoce como voltaje y se mide en voltios (V) (también se puede referir al voltaje como la diferencia potencial o fuerza electromotora). La propiedad de un material que limita el flujo de corriente se conoce como resistencia (R), la unidad de resistencia es el ohmio (Ω). La denominación más correcta de la resistencia a una corriente alterna es impedancia pero, en esta aplicación, consideraremos que resistencia e impedancia son equivalentes.

La relación entre corriente, voltaje y resistencia se expresa por la ley de Ohn. Determina que la corriente que fluye en un circuito es directamente proporcionar al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito, siempre que la temperatura se mantenga constante.

Ley de Ohm:        Corriente (I) = Voltaje (V) / Resistencia (R)

Para incrementar el flujo de corriente en un circuito, se debe elevar el voltaje o reducir la resistencia.

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Calor y temperatura


Calor


El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. (Ver: Termodinámica, Tercera Ley )

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Al aplicar calor, sube la temperatura.







Temperatura


La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir).

Diferencias entre calor y temperatura

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.

Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.

La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.

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Conclusión:

En conclusión, los distintos sistemas de medida y unidades que existen son todas fundamentales para el estudio de todos los movimientos en el espacio, así como también lo son para la medición de fenómenos como la temperatura y la materia. cada sistema y unidades tienen su historia y cabe mencionar que sin los estudiosos científicos a lo largo de la historia esto no sería posible hoy en día.

Referencias:

www.hsa.org.uk
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
L. Landau & E. Lifshitz(1979), Curso Abreviado de Física Teórica.
es.wikipedia.org/wiki/Longitud
es.wikipedia.org/wiki/Masa
http://definicion.de/masa/
http://es.wikipedia.org/wiki/Tiempohttp://sistemademedidas2009.blogspot.mx
JCGM (2008), «Unit of measurement (unité de mesure)», p. 6.
Chem. Math Skills review (en inglés). Consultado el 31 de mayo de 2009.
"Álgebra Elemental" de Baldor.

lunes, 2 de octubre de 2017

Física: Teoría clásica, relativista, cuántica y unificación dela física. Sergio Jasson Reynaga Vazquez

Introduccion:

En este espacio, tratare de exponer un poco de las teorías que se conocen hoy en día sobre la física, mencionando 4 teorías de la física las cuales son; Teoría relativista, física cuántica, teoría clásica, y unificación de la física. así como a sus autores y comenzando por la teoría clásica:

Física clásica


Se denomina física clásica a la física basada en los principios previos a la aparición de la mecánica cuántica. Incluye el estudio de la mecánica, la termodinámica, el electromagnetismo, la óptica, la acústica, la dinámica de fluidos, entre otras. La física clásica se considera determinista (aunque no necesariamente computable o computacionalmente predecible), en el sentido de que el estado de un sistema cerrado en el futuro depende exclusivamente del estado del sistema en el momento actual.
El estudio de la física clásica incluye:

Mecánica Clásica:
Leyes del movimiento de Newton.
Los formalismos clásicos Lagrangianos y Hamiltonianos.
La mecánica de medios continuos que incluye la mecánica de sólidos deformables y la mecánica de fluidos.
Termodinámica clásica.
Teoría clásica de campos
Electrodinámica Clásica (ecuaciones de Maxwell).
Teoría General de la Relatividad.
Teoría de la Relatividad Especial.
Teoría del Caos clásica y dinámica no lineal general.



Feynman, Richard (1996).

 

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Teoría relativista

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En 1905, Albert Einstein [1] publica una teoría controversial, con la que se proponía mostrar una nueva forma de entender las leyes de la física. Para darnos una idea de que se trata, debemos retrotraernos al nacimiento de lo que hoy llamamos física. En el siglo XVI, Isaac Newton [2] se propone encontrar una explicación común al movimiento de los cuerpos celestes y al de los objetos que observamos en la tierra. El precursor de estas investigaciones había sido Galileo [3].Para eso formulará una serie de hipótesis (las tres leyes de la mecánica) que de alguna manera representan más que una descripción del mundo físico, un método para pensarlo. A partir de esas tres leyes, de las observaciones astronómicas y de experimentos de laboratorio encontrará una ley simple (la ley de la gravitación universal) que permitirá explicar todos esos fenómenos.
Los físicos usualmente dicotomizan la Teoría de la Relatividad en dos partes.

La primera es la Teoría Especial de la Relatividad, la cual esencialmente trata la pregunta de si la inercia y el movimiento son relativos o absolutos, y las consecuencias de la conjetura de Einstein de que son relativas.

La segunda es la Teoría General de la Relatividad, la cual principalmente aplica a las partículas a medida que se aceleran, debido particularmente a la gravitación, y actúa como una revisión radical de la teoría de Newton, prediciendo nuevos resultados importantes para cuerpos a gran velocidad y/o muy voluminosos. La Teoría General de la Relatividad reproduce correctamente todas las predicciones validadas en la teoría de Newton, pero amplía nuestro entendimiento de algunos de los principios claves.
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Física cuántica

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¿Qué es la física cuántica?

La física, o mecánica cuántica, estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas que empiezan a notarse extraños efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula o simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula.

Los principios básicos de la física cuántica son fundamentalmente dos. El primero es que las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, es el llamado quantum de energía. El segundo es que la posición teórica de las partículas está dada por una función probabilística, es decir que no es una certeza sino más bien una posibilidad.

La mecánica cuántica surgió en la primera mitad del siglo XX en respuesta a algunos problemas que no podían ser resueltos por los principios de la física clásica, que comenzaba a perder credibilidad.
Hasta el siglo XX se creía que la energía era emitida, propagada y absorbida de forma continua e infinita y fue Max Planck quien por primera vez planteó que la energía radiada de un cuerpo negro no era continua sino discreta.
Este descubrimiento se dio de forma conjunta a uno de los hallazgos más importantes de las ciencias físicas: la dualidad onda-partícula, que demostró que la luz y la materia pueden poseer propiedades de partícula tanto como propiedades ondulatorias.
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Unificación de la física

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Una teoría de Gran Unificación (TGU o GUT:1​ Grand Unification Theory) es una teoría que unificaría tres de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: la fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética. La fuerza de gravedad no es considerada en las teoría de Gran Unificación, pero sí en una eventual Teoría del Todo (TOE), que consideraría las cuatro interacciones fundamentales.

Como ejemplos exitosos de "unificación", se encuentran la demostración, por parte de Newton, de que la fuerza que mantiene a los planetas girando en torno al sol y la fuerza que nos mantiene pegados a la superficie de la Tierra es la misma. También Maxwell llevó a cabo la unificación de los campos eléctricos y magnéticos, que hasta antes de su gran teoría, eran considerados fenómenos separados y diferentes.
El modelo estándar de la física de partículas es una teoría de campo de gauge que describe a fermiones elementales (leptones y quarks) en interacción mutua mediante una serie de campos de Yang-Mills de bosones intermediarios. Puesto que el modelo electrodébil (que describe la interacción electromagnética y débil) está basado en una teoría de gauge con grupo gauge de simetría SU(2)xU(1) y la cromodinámica cuántica (que describe la interacción fuerte) está basada en una teoría con grupo gauge SU(3); los físicos han encontrado prometedor describir todas estas interacciones mediante una teoría gauge con un grupo de simetría que tenga como subgrupos a los grupos gauge mencionados.

Conclusión:

como conclusión, se puede decir que cada una de estas teorías fueron de suma importancia para el el estudio de la otra, es decir, no se hubiera podido seguir con el estudio de la física sin el aporte de cada uno de los autores aquí mencionados, gracias a ellos, tenemos el conocimiento en la actualidad y podemos hacer cálculos de casi cualquier fenómeno físico que ocurre a nuestro al rededor.

Referencias:

Ross, G. (1984). Grand Unified Theories. Westview Press.

Feynman, Richard (1996).

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