Hispanopedia WikiEn física , un material o sistema homogéneo tiene las mismas propiedades en cada punto; es uniforme y no presenta irregularidades. [ 1 ] [ 2 ] Un campo eléctrico uniforme (que tiene la misma intensidad y la misma dirección en cada punto) sería compatible con la homogeneidad (todos los puntos experimentan la misma física). Un material compuesto por diferentes constituyentes puede describirse como efectivamente homogéneo en el dominio de los materiales electromagnéticos , cuando interactúa con un campo de radiación dirigido (luz, frecuencias de microondas, etc.). [ 3 ] [ 4 ]
Matemáticamente, la homogeneidad conlleva la connotación de invariancia , ya que todos los componentes de la ecuación conservan el mismo grado de valor, independientemente de si se escalan a valores diferentes, por ejemplo, mediante multiplicación o suma. La distribución acumulativa se ajusta a esta descripción. "El estado de tener una función o valores de distribución acumulativa idénticos". [ 3 ] [ 4 ]
Contexto
La definición de homogéneo depende en gran medida del contexto. Por ejemplo, un material compuesto está formado por diferentes materiales individuales, denominados " constituyentes ", pero puede definirse como homogéneo cuando se le asigna una función. Por ejemplo, el asfalto pavimenta nuestras carreteras, pero es un material compuesto formado por ligante asfáltico y agregado mineral, que se coloca en capas y se compacta. Sin embargo, la homogeneidad de los materiales no implica necesariamente isotropía . En el ejemplo anterior, un material compuesto puede no ser isotrópico.
En otro contexto, un material no es homogéneo en la medida en que está compuesto de átomos y moléculas . Sin embargo, en nuestro lenguaje cotidiano, un panel de vidrio o una lámina de metal se describen como vidrio o acero inoxidable. En otras palabras, se consideran materiales homogéneos.
Otros ejemplos de contexto son: la homogeneidad (en el espacio) implica la conservación del momento ; y la homogeneidad en el tiempo implica la conservación de la energía .
Aleación homogénea
En el contexto de los metales compuestos, una aleación es una mezcla de un metal con uno o más materiales metálicos o no metálicos. Los componentes de una aleación no se combinan químicamente, sino que se mezclan finamente. Una aleación puede ser homogénea o contener pequeñas partículas de sus componentes que se pueden observar con un microscopio. El latón es un ejemplo de aleación, al ser una mezcla homogénea de cobre y zinc. Otro ejemplo es el acero, que es una aleación de hierro con carbono y posiblemente otros metales. El propósito de la aleación es producir propiedades deseadas en un metal que naturalmente carece de ellas. El latón, por ejemplo, es más duro que el cobre y tiene un color más dorado. El acero es más duro que el hierro e incluso se puede fabricar resistente a la corrosión (acero inoxidable). [ 5 ]
Cosmología homogénea
La homogeneidad, en otro contexto, juega un papel importante en la cosmología . Desde la perspectiva de la cosmología del siglo XIX (y anteriores), el universo era infinito , inmutable, homogéneo y, por lo tanto, repleto de estrellas . Sin embargo, el astrónomo alemán Heinrich Olbers afirmó que, de ser cierto, todo el cielo nocturno estaría lleno de luz y brillaría como el día; esto se conoce como la paradoja de Olbers . En 1826, Olbers presentó un artículo técnico que intentaba resolver este enigma. La premisa errónea, desconocida en la época de Olbers, era que el universo no es infinito, estático ni homogéneo. La cosmología del Big Bang reemplazó este modelo ( un universo en expansión, finito e inhomogéneo ). No obstante, los astrónomos modernos ofrecen explicaciones razonables para responder a esta pregunta. Una de las explicaciones, al menos, es que las estrellas y galaxias distantes experimentan un desplazamiento al rojo , lo que debilita su luz aparente y oscurece el cielo nocturno. [ 6 ] Sin embargo, el debilitamiento no es suficiente para explicar realmente la paradoja de Olbers. Muchos cosmólogos piensan que el hecho de que el Universo sea finito en el tiempo, es decir, que el Universo no haya existido desde siempre, es la solución a la paradoja. [ 7 ] El hecho de que el cielo nocturno sea oscuro es, por lo tanto, un indicio del Big Bang.
Invariancia de traslación
Por invariancia traslacional se entiende la independencia de la posición (absoluta), especialmente cuando se hace referencia a una ley de la física o a la evolución de un sistema físico.
Las leyes fundamentales de la física no deberían depender (explícitamente) de la posición en el espacio. Eso las haría completamente inútiles. En cierto modo, esto también está relacionado con la exigencia de que los experimentos sean reproducibles . Este principio se aplica a todas las leyes de la mecánica ( leyes de Newton , etc.), la electrodinámica, la mecánica cuántica, etc.
En la práctica, este principio suele incumplirse, ya que solo se estudia un pequeño subsistema del universo, el cual, por supuesto, se ve afectado por el resto del universo. Esta situación da lugar a «campos externos» (eléctricos, magnéticos, gravitatorios, etc.) que hacen que la descripción de la evolución del sistema dependa de su posición ( pozos de potencial , etc.). Esto se debe simplemente a que los objetos que crean estos campos externos no se consideran parte (dinámica) del sistema.
La invariancia traslacional, tal como se describió anteriormente, es equivalente a la invariancia de desplazamiento en el análisis de sistemas , aunque aquí se usa más comúnmente en sistemas lineales , mientras que en física no se suele hacer esta distinción.
La noción de isotropía , para propiedades independientes de la dirección, no es consecuencia de la homogeneidad. Por ejemplo, un campo eléctrico uniforme (es decir, que tiene la misma intensidad y la misma dirección en cada punto) sería compatible con la homogeneidad (en cada punto la física sería la misma), pero no con la isotropía , ya que el campo selecciona una dirección "preferida".
Consecuencias
En el formalismo lagrangiano , la homogeneidad en el espacio implica la conservación del momento , y la homogeneidad en el tiempo implica la conservación de la energía . Esto se demuestra, utilizando el cálculo variacional , en libros de texto estándar como el texto de referencia clásico de Landau y Lifshitz. [ 8 ] Esta es una aplicación particular del teorema de Noether .
Véase también
Referencias
- ↑ Rennie, Eugen Goldstein, Science Online (2003). Homogéneo (física) . The Facts On File Dictionary of Atomic and Nuclear Physics.
Que describe un material o sistema que tiene las mismas propiedades en cualquier dirección; es decir, uniforme sin irregularidades.
(Consultado el 16 de noviembre de 2009). - ↑ Tanton, James. "homogéneo". Enciclopedia de Matemáticas. Nueva York: Facts On File, Inc., 2005. Science Online. Facts On File, Inc. "Un polinomio en varias variables p(x,y,z,…) se llama homogéneo [...] más generalmente, una función de varias variables f(x,y,z,…) es homogénea [...] Identificar funciones homogéneas puede ser útil para resolver ecuaciones diferenciales [y] cualquier fórmula que represente la media de un conjunto de números debe ser homogénea. En física, el término homogéneo describe una sustancia o un objeto cuyas propiedades no varían con la posición. Por ejemplo, un objeto de densidad uniforme a veces se describe como homogéneo." James. homogéneo (matemáticas). (consultado: 16/11/2009)
- 1 2 Homogeneidad . Merriam-webster.com
- 1 2 Homogéneo . Merriam-webster.com
- ↑ Rosen, Joe. "Aleación". Enciclopedia de Física. Nueva York: Facts On File, Inc., 2004. Science Online. Facts On File, Inc. consultado el 16 de noviembre de 2009.
- ↑ Todd, Deborah y Joseph A. Angelo Jr. « Olbers, Heinrich Wilhelm Matthäus ». De la A a la Z de científicos en el espacio y la astronomía. Nueva York: Facts on File, Inc., 2005. Science Online. Facts On File, Inc. Olbers, Heinrich Wilhelm Matthäus (consultado el 16 de noviembre de 2009).
- ↑ Barbara Ryden (2017). Introducción a la cosmología, 2.ª edición . Cambridge University Press. ISBN 978-1107154834.
- ↑ Landau, LD ; Lifshitz, EM (1976). Mecánica (3.ª ed.). Oxford: Pergamon Press . ISBN 0080210228OCLC 2591126
- Análisis dimensional
- Conceptos de física
