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Galileo probablemente no dejo caer objetos de la Torre inclinada de Pisa, pero hizo experimentos con un plano inclinado o una rampa donde hizo rodar objetos. Esto le permitió disminuir la velocidad de la acción de caer y así minimizar la «fricción del aire». Él determinó que los objetos estaban acelerando y que la masa no afecta a la aceleración. | Galileo probablemente no dejo caer objetos de la Torre inclinada de Pisa, pero hizo experimentos con un plano inclinado o una rampa donde hizo rodar objetos. Esto le permitió disminuir la velocidad de la acción de caer y así minimizar la «fricción del aire». Él determinó que los objetos estaban acelerando y que la masa no afecta a la aceleración. | ||
| − | Galileo | + | Galileo fue capaz de eliminar la variable de la «fricción del aire» y esto le permitió «ver» la física subyacente de la caída de objetos. Publicó sus teorías en su libro titulado '''Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze''' (''Discurso y demostración matemática, en torno a dos nuevas ciencias'') en 1638. |
When designing an experiment you should try to figure out what variables might affect the experiment and then try to eliminate the variable. Sometimes the variables are not discovered until after the first or second experiment. Galileo's hypothesis was that air was affecting the falling objects. | When designing an experiment you should try to figure out what variables might affect the experiment and then try to eliminate the variable. Sometimes the variables are not discovered until after the first or second experiment. Galileo's hypothesis was that air was affecting the falling objects. | ||
Revision as of 10:20, 7 March 2021
1
1a
La física es una rama de la ciencia que se ocupa de la materia, la energía, el movimiento, la carga y la fuerza.
La física comienza con la observación. Se puede observar el mundo que rodea con nuestros 5 sentidos, o se puede utilizar una serie de herramientas tales como la balanza, la regla de un metro o una regla, el reloj o cronómetro para proporcionar una medición más precisa. Galileo usó su pulso en cuando sus experimentos, pero un cronómetro habría mejorado la precisión de sus mediciones. Los físicos también utilizan herramientas más complicadas mientras miran eventos más complicados, como la colisión de partículas subatómicas en un acelerador atómico. La herramienta más importante de la física es la matemática. Puede pensar en la matemática como el lenguaje de la física.
1b
La masa es la cantidad de materia relacionada con el peso por medio de la segunda ley del movimiento de Newton.
[math]\displaystyle{ Fuerza=masa \cdot Aceleración }[/math].
Solo se puede saber si un objeto tiene masa si se trata de acelerarlo.
[math]\displaystyle{ Masa = \frac{Fuerza}{Aceleración} }[/math]
Si se mide la masa de un objeto con una báscula común de baño en la Tierra, en la Luna y en Marte, se encontraría que pesaría más en la Tierra y lo menos en la luna. En cada caso, la masa no cambió, pero el peso sí. Esto es porque la fuerza gravitacional de cada planeta es diferente, pero el resorte en la báscula no ha cambiado. Por esta razón, se utiliza una balanza para determinar la masa de un objeto.
Con una balanza, mientras la fuerza de la gravedad cambia, se está halando por igual en ambos lados de la balanza. Ahora se está midiendo realmente la masa del objeto, no su peso. Piense en un balancín (sube y baja) en la luna. Si su amigo pesa más que usted, usted todavía será más ligero en la Luna, pero si usted y su amigo están equilibrados en la Tierra, usted seguirá siendo equilibrado en el balancín en la luna.
El peso es equivalente a la fuerza en la segunda ley del movimiento de Newton. Realmente se sentirá más ligero en la Luna, pero no ha perdido ninguna masa. Simplemente está en un campo de gravedad diferente o marco inercial.
1c
El trabajo es una medida de la energía. Si se empuja una carga pesada, entonces el trabajo que se hace es cuán duro es empujar la carga multiplicado por cuán lejos se empuja.
- [math]\displaystyle{ Trabajo=Fuerza \cdot Distancia }[/math]
1d
La fuerza es una influencia sobre un objeto que hace que el objeto cambie su movimiento - ya sea su velocidad o la dirección en que se mueve.
1e
El poder es la cantidad de energía consumida por una unidad de tiempo. Si se puede hacer un montón de trabajo de forma rápida, entonces se utiliza más poder.
- [math]\displaystyle{ Poder= \frac{(Trabajo\ completo)}{(Tiempo\ que\ tomó\ para\ hacer\ el\ trabajo)} }[/math]
1f
La energía potencial es la energía de un objeto basado en su posición relativa a otros objetos. Por ejemplo, si se levanta una pelota del suelo a una cierta distancia, entonces la pelota tiene el potencial de caerse la misma distancia a la que fue subida. La energía potencial de una pelota se puede medir por medio de qué tan alto se eleva la pelota contra la fuerza de la gravedad sobre la masa de la pelota.
La energía potencial de la pelota está dada por la relación:
- [math]\displaystyle{ E = m \cdot g \cdot a }[/math]
Dónde
- E = energía
- m = masa de la pelota
- g = la aceleración de la gravedad (9,8 m/seg/seg en la Tierra)
- a = la altura que se eleva la pelota
También se ve la energía potencial como la energía almacenada de una batería. La energía de una batería se almacena químicamente. Se convierte en energía cinética en forma de calor y luz cuando se enciende el interruptor de la linterna.
1g
La energía cinética es la cantidad de energía que un objeto ha basado en su movimiento en relación con otros objetos. La energía cinética en su forma más simple está relacionada con la velocidad de un objeto en relación con el observador. La energía cinética en su forma más compleja puede ser el calor.
La energía cinética de una pelota en movimiento se puede medir por saber dos cosas sobre el objeto
- 1 La masa del objeto (determinado utilizando una balanza)
- 2 La velocidad del objeto (medir cuánto tiempo se tarda en recorrer una distancia determinada) [math]\displaystyle{ velocidad=\frac{distancia}{tiempo} }[/math]
- [math]\displaystyle{ \ Energía\ cinética = \frac{1}{2} \times (la\ masa\ del\ objeto) \times (la\ velocidad\ del\ objeto)^2 }[/math]
- Se escribe esto como [math]\displaystyle{ E_k=\frac{1}{2} m v^2 }[/math]
1h
El peso es la fuerza que la gravedad ejerce sobre un cuerpo. Según la segunda ley del movimiento de Newton:
- [math]\displaystyle{ El\ peso = (masa\ del\ objeto) \times (aceleración\ local\ de\ la\ gravedad) }[/math]
El peso es comúnmente confundido con la masa, pero el peso podría ser significativamente más en un planeta con una gravedad mayor, o podría ser significativamente menos en un planeta con una gravedad menor. La masa por otra parte es el mismo en ambas circunstancias.
1i
La materia es todo aquello que tiene masa. Hay cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gas y plasma. Los físicos tienden a dividir el universo en dos categorías generales
- Energía
- Materia
Eintstein mostró ques estos estaban relacionados ([math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math]).
1j
La inercia es una propiedad de la materia que va en contra de una fuerza externa. Según la primera ley del movimiento de Newton, un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo a menos que actúe por una fuerza externa. Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que actúe por una fuerza.
1k
La fricción es el frotamiento de la superficie de un objeto contra la superficie de otro.
A nivel atómico se puede pensar en una superficie llena de baches como papel de lija frotándose contra otra superficie. Cuando las dos superficies están en reposo, los puntos altos de una superficie encajan en los valles de la otra superficie y se necesita un poco de fuerza para mover uno sobre el otro. Una vez que están en movimiento, las dos superficies rebotan de pico a pico como un esquiador solamente tocando las copas de las montañas. Se observa que se necesita más energía para empezar a empujar un objeto que mantenerlo en movimiento.
Se llaman a estas dos fuerzas de fricción
- 1 La fricción estática
- 2 fricción cinética
La energía que se pierde a la fricción se convierte en calor. Frote las palmas de las manos. Sus manos empezarán a sentir calor, de hecho, esta es una buena manera de calentar las manos cuando hay frío. Esta clase de calor puede causar problemas en el ventilador de la computadora o los cilindros de un carro, así que los cojinetes, el aceite y la grasa se utilizan para ayudar a reducir el calor y el daño que puede ser causado por la fricción.
1l
Una onda es una perturbación en movimiento hacia adelante que viaja sin avanzar las partículas del medio a través del cual se mueve.
En una cuerda de guitarra, por ejemplo, la cuerda vibrará arriba y abajo, pero las partículas que forman la cuerda no se mueven horizontalmente a lo largo de la cuerda. Del mismo modo, si usted lanza una piedra en el agua, el agua sube y baja y la ola se extiende desde el punto de donde cayó la piedra, pero no hay un flujo de líquido a lo largo de la superficie del agua.
1m
El centro de la gravedad es el punto desde el que aparecen venir todas las fuerzas gravitacionales dentro de un objeto. Este punto es el mismo que el centro de masa en un campo gravitatorio uniforme.
1n
Una notación exponencial es una notación matemática que hace que sea más fácil trabajar con números muy grandes o con números muy pequeños. En la física, es muy común tener números muy grandes, tales como el número de átomos en una gota de agua, o el número de estrellas en una galaxia. También es muy posible tener un número muy pequeño como la constante de Planck (0.0000000000000000000000000000000006626068 m2kg/s).
Se escribe los números en notación científica mediante la eliminación de los titulares de espacio para cero.
- En números grandes
| [math]\displaystyle{ 1\times10^9 }[/math] | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 1.000.000.000 }[/math] |
| [math]\displaystyle{ 6,02\times10^{23} }[/math] | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 602.000.000.000.000.000.000.000 }[/math] |
| [math]\displaystyle{ 2,9979\times10^8 }[/math] | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 299.790.000 }[/math] |
- Para los números pequeños donde el exponente es negativo
| [math]\displaystyle{ 0,00001 }[/math] | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 1\times10^{-5} }[/math] |
| [math]\displaystyle{ 0,000000015 }[/math] | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 1,5\times10^{-8} }[/math] |
| La constante de Planck | [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 0,0000000000000000000000000000000006626068 m^2kg/s }[/math] |
| [math]\displaystyle{ = }[/math] | [math]\displaystyle{ 6,626068\times10^{-34} m^2kg/s }[/math] |
El exponente dice cuántos lugares hay que mover la coma decimal. Se mueve hacia la derecha para los exponentes positivos y se mueve hacia la izquierda para los exponentes negativos.
La notación exponencial se usa en muchas calculadoras y lenguajes de programación. El ×10 se sustituye por la letra E, ebntonces se puede escribir 31E6 en lugar de 31×106.
1o
El cero absoluto es la temperatura mínima teórica en la que todo movimiento de un átomo cesa.
Esta temperatura mínima es:
- 0 Kelvin = -273.15° C = –459.67° F
La temperatura más fría fue medida por un equipo del MIT en 2003. La temperatura era de 450 picoKelvin. Esto es 450x[math]\displaystyle{ 10^{- 12} }[/math] Kelvin o 450 billonésimos de un grado de cero absoluto.
1p
Un fulcro es el soporte sobre el cual una palanca gira en el movimiento de un cuerpo.
Al cambiar la distancia entre la carga y el fulcro, se puede aumentar o disminuir la ventaja mecánica de la máquina conocida como una palanca.
El apoyo del centro de un balancín es el fulcro del balancín.
2
Toda la ciencia comienza con observaciones. Un biólogo puede observar un pájaro y describir sus colores o sus acciones. Un químico puede notar un aroma penetrante. Un físico podría observar un objeto que cae. Cada uno de estos eventos sería una observación. Utilizamos nuestros sentidos o utilizamos máquinas que pueden aumentar el poder de nuestros sentidos.
La observación nos lleva a hacer preguntas básicas sobre el evento. Estas preguntas pueden formar la base de una hipótesis. Una hipótesis es la suposición de un científico sobre lo que podría explicar las observaciones. Una hipótesis es más útil si se sugiere un experimento que se puede hacer para probar o refutar las ideas que tenemos en cuanto a cómo funcionan las cosas.
Cuando se hace un experimento para probar la hipótesis, esto lleva a más observaciones y se inicia el proceso de nuevo.
Se resume esto por:
Cuando una idea se ha probado muchas veces se le llama una teoría, y si se prueba tan a fondo que estamos seguros que describe con precisión el fenómeno, se podría llamarse una Ley.
El método científico se puede aplicar a cualquier campo de estudio y tiende a ser auto-correctiva. Los errores no pueden soportarse por mucho tiempo - cuando otros hacen el mismo experimento, obtendrán los mismos resultados o resultados diferentes. Si consiguen resultados diferentes, se necesitará entonces más de observación, otra hipótesis y más experimentos.
El método científico se puede aplicar a cualquier campo de estudio, incluyendo el estudio de la Biblia. No se trata de la aplicación de la ciencia a la Biblia, a pesar de que puede ser muy útil. La ciencia de la arqueología añade más a nuestra comprensión del mundo de la Biblia con cada nuevo descubrimiento.
También se puede aplicar la física a la Biblia. Por ejemplo, la Biblia no dice cuán alto el candelero era en el santuario, pero sí dice cuánto pesaba el soporte de la lámpara y los utensilios, en Éxodo 25:39 (un talento de oro tendría un volumen de aproximadamente 2 litros). Se puede utilizar el conocimiento de la ciencia (densidad, resistencia a la malla, etc.) para hacer una estimación de su altura.
El uso de la ciencia añade detalles a la historia, pero no mejora la espiritualidad de la lectura de la Biblia. Lo importante para los cristianos no es saber cada estadística en la Biblia, sino conocer el Dios de la Biblia (Juan 17:3). Esto requiere el conocimiento del carácter de Dios, pero también requiere de la interacción personal con Dios (Juan 17:23). Con esto en mente, hay varias maneras útiles para utilizar el método científico para aprender más acerca de Dios y para mejorar nuestra relación con él.
Observaciones
El método científico del estudio comienza con una observación y, en el mundo espiritual, hay dos clases de observaciones:
- 1 - Observaciones basadas en texto
- Se observa el texto de la Biblia y luego, usando esta observación como un punto de partida, se empieza a hacer preguntas y comparar la Escritura con la Escritura para encontrar respuestas.
- 2 - Observaciones basadas en la vida
- Se observan eventos en la vida. Estas observaciones llevan a hacer preguntas. Estas preguntas llevan a buscar respuestas en la Biblia. Entonces se decide actuar, ya sea aceptando el consejo de la Biblia o rechazándolo.
Hipótesis
Cuando se hacen preguntas, se empieza a formular una hipótesis. Una buena hipótesis conduce a predicciones que se pueden mostrar ser verdaderas o falsas mediante el uso de un experimento.
Mientras se utiliza el método científico en el estudio de la Biblia, la observación lleva a crear una hipótesis. Esta hipótesis ayuda a crear un marco de trabajo que se utiliza para estudiar la Biblia. Por ejemplo, el texto: «Porque Yo Jehová no cambio...» en Malaquías 3:6 podría ser utilizado para crear una hipótesis de que «Dios es consistente». Entonces se fija en la acción de Dios para ver si esto es cierto. Vamos a buscar en la Escritura, para comparar Escritura con Escritura, para encontrar otros ejemplos de Dios que actúan de una manera consistente.
Este es el método utilizado por los cristianos de Berea:
«Y éstos eran más nobles que los que estaban en Tesalónica, pues recibieron la palabra con toda solicitud, escudriñando cada día las Escrituras para ver si estas cosas eran así.»
Todos hemos aceptado la hipótesis como verdadera. Estas hipótesis se basan en nuestra formación y experiencias. Todas las experiencias que hemos tenido en el pasado guían las hipótesis que hacemos hoy en día. Por ejemplo, si alguien ha tenido una relación difícil con su padre, puede ser que tengan una visión diferente de Dios el Padre que alguien que ha tenido una maravillosa relación con su padre.
Es imposible para nosotros abrir la Biblia sin tener hipótesis subyacentes que filtramos a través de la Biblia. Estas hipótesis afectan a nuestra comprensión del texto. Reconociendo nuestros propios prejuicios puede ser difícil, pero mirando con sinceridad en nuestras propias hipótesis subyacentes, podemos empezar a ver el mundo con mayor claridad.
Tomás Jefferson, autor de la Declaración de Independencia de los Estados Unidos, pensó que Cristo era un hombre bueno y que se puede aprender de Él moralmente. Jefferson no creía las cuentas milagrosas de la Biblia. Él creó lo que se conoce comúnmente como la «Biblia de Jefferson», cortando estas cuentas de los libros de Mateo, Marcos, Lucas y Juan, y organizando los segmentos restantes para formar una historia.
La historia está en orden cronológico y contiene la mayor parte de las palabras de Cristo, pero no dice de los ángeles anunciando Su nacimiento, no habla de los milagros y no hay ninguna mención de la resurrección. Tomás Jefferson comenzó con la hipótesis de que todas estas cosas eran, según sus palabras, «tonterías».
Martín Lutero, en cambio, creía que la Biblia completa era verdadera, incluyendo los milagros. Lutero creía esto tanto que quería que todo el mundo fuera capaz de leer sus palabras en su propio idioma. Por eso, tradujo la Biblia al alemán.
Jefferson y Lutero tuvieron una hipótesis diferente con respecto a la verdad de la Biblia. Sus hipótesis los conducieron a totalmente diferentes relaciones con Dios. Como se puede ver, la hipótesis con que se comienza el de la Biblia es muy importante.
Experimento
Al aplicar el método científico al estudiar la Biblia, se puede econtrar que hay dos clases de experimentos:
- 1 - Experimento aplicado
- Aplicar la hipótesis a las situaciones de la vida real.
- Al poner realmente el texto de la Biblia en práctica, se puede ver si la hipótesis es válida. por ejemplo, si lee el texto en Malaquías 3:10
Traed todos los diezmos al alfolí y haya alimento en mi casa; y probadme ahora en esto, dice Jehová de los ejércitos, si no os abriré las ventanas de los cielos, y derramaré sobre vosotros bendición hasta que sobreabunde.
- Su hipótesis podría ser que Dios le bendecirá si da su diezmo. Si toma acción con estos pensamientos y hace el experimento, se puede averiguar si es cierto.
- Se puede ver en Proverbios 25:21-22
Si el que te aborrece tuviere hambre, dale de comer pan, Y si tuviere sed, dale de beber agua;
Porque ascuas amontonarás sobre su cabeza,
Y Jehová te lo pagará.
- La hipótesis podría entonces ser «nuestros enemigos cambian más rápidamente por ser amable con ellos en vez de ser mezquino».
- El experimento entonces sería intentar a tratar el acosador de la clase de una manera amable.
- 2 - Estudio de la Biblia o experimento de investigación
- Se toma el enfoque de los de Berea y se estudia la Biblia para tratar de verificar o anular la hipótesis basada en la comparación de escritura con escritura.
- No siempre hay que hacer el experimento uno mismo. La Biblia puede ser visto como una serie de experimentos «espirituales». Se lee de personas que tenían fe y estaban firmes por lo correcto, y de personas que fracasaron en repetidas ocasiones pero volvieron a Dios. Se lee de otros que han rechazado a Dios por completo. Cada una de estas historias es un experimento en la espiritualidad. La vida no es lo suficientemente largo para que se hagan todos los errores por la propia cuenta de uno; por lo tanto, un libro como la Biblia puede ayudar a ver cómo se debe vivir para tener una vida espiritual exitosa. También muestra los que fracasaron para que se pueda saber qué comportamiento aleja a uno de Dios.
- Cuando se encuentra un principio espiritual en la Biblia, se puede encontrar un experimento que se realizó en la vida de los patriarcas, reyes, profetas y apóstoles comparando la Escritura con Escritura.
- Uno de los distintos mensajes de la Iglesia Adventista del Séptimo Día es que hay una «»controversia» entre Cristo y Satanás (Job 1). Se ve en las Escrituras que Dios es amor abnegado (Juan 3:16, 1 Juan 4:8) y que Satanás se define por el amor propio (Isaías 14:12-14). Se puede utilizar este «marco de hipótesis» para estudiar las Escrituras. En cada historia de las Escrituras, ¿cómo se puede ver las fuerzas del bien luchando contra las fuerzas del mal? ¿Qué enseñan acerca del amor de Dios por Sus hijos, y más específicamente Su amor por usted?
Una vez se haya hecho el experimento o estudiado alguien que ha hecho el experimento, se debe fijar en la hipótesis de nuevo. ¿Los resultados del experimento apoyan a la hipótesis? Si lo hacen, la hipótesis podría ser válido; si no, hay que cambiar la hipótesis y comenzar el proceso de experimentación y evaluación de nuevo.
El marco de hipótesis constituye nuestras creencias, y una vez estamos más seguros de nuestras creencias, vamos a empezar a tomar medidas. Nuestras acciones serán moldeadas por nuestras hipótesis subyacentes.
3
Un experimento controlado es un experimento en el que se trata de eliminar otros factores que podrían afectar el resultado. Echemos un vistazo a uno de los más famosos experimentos de la física y posiblemente uno de los más importantes de todos los tiempos. Ilustrará cómo se puede tratar y controlar las variables. El experimento se llevó a cabo por un científico italiano por el nombre de Galileo Galilei.
Durante casi 2.000 años la gente creía que el filósofo Aristóteles, quien dijo que los objetos más pesados caen más rápido que los objetos ligeros. En la época de Galileo, no había ningún método científico, y entonces la gente creía Aristóteles basado en su autoridad. La idea de Aristóteles era más que una hipótesis; en la mente de la gente esto era una ley de la física.
Galileo hizo preguntas sobre esta ley. Es obvio que una pluma realmente cae más lento que un martillo, pero supyso de que esto se debía a la resistencia del aire impidiendo la pluma de caerse a toda velocidad. En lugar de pensar, como Aristóteles lo hizo con que los objetos en movimiento tienden a venir a descansar, pensó que podría haber algo que aguantaba un objeto, «las fuerzas de fricción» que frenaban el objeto.
Galileo probablemente no dejo caer objetos de la Torre inclinada de Pisa, pero hizo experimentos con un plano inclinado o una rampa donde hizo rodar objetos. Esto le permitió disminuir la velocidad de la acción de caer y así minimizar la «fricción del aire». Él determinó que los objetos estaban acelerando y que la masa no afecta a la aceleración.
Galileo fue capaz de eliminar la variable de la «fricción del aire» y esto le permitió «ver» la física subyacente de la caída de objetos. Publicó sus teorías en su libro titulado Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze (Discurso y demostración matemática, en torno a dos nuevas ciencias) en 1638.
When designing an experiment you should try to figure out what variables might affect the experiment and then try to eliminate the variable. Sometimes the variables are not discovered until after the first or second experiment. Galileo's hypothesis was that air was affecting the falling objects.
As a demonstration drop a piece of paper and a book at the same time. Ask the students to hypothesize which will hit first, and then do the experiment. Was their hypothesis correct?
Now do the same experiment with the paper crumpled.
What happened?
Why?
This would be a good time to do the experiment of question 10 below.
4
Albert Einstein's Theory of Special Relativity was published on June 30, 1905. Most of the theory of special relativity has to do with the relation between moving objects and light that is passed between them.
Although light is a wave phenomenon, the Michelson Morley experiment of 1887 had shown that there is no medium needed for it to travel through space.
- E - is the symbol for energy.
- Energy is a unit of work in MKS system it is [math]\displaystyle{ Kg \cdot M^2/sec^2 }[/math] which is known as a Watt.
- In the CGS system it is a [math]\displaystyle{ g \cdot m^2/sec^2 }[/math] which is known as an erg. Energy can take the
- form of heat, and is measured in calories or Kilocalories when talking about heat. Calories are measured in
- a calorimeter by measuring the change in temperature of water by adding heat into the system. One calorie of
- heat raises one gram of water one degree centigrade. To show how mechanical energy or work is related to
- heat energy, paddles are turned in the calorimeter and the temperature change is measured.
- m- is the rest mass of a particle.
- This mass could be measured in kg or grams.
- c- is the speed of light.
- C stands for celeritas which is Latin for swiftness and is used to represent the speed of light.
- 299,792,458 Meters/second or 186,282.397Miles/second
- 2- The 2 on the right of the c represents the action known as squaring a number.
- We square a number by multiplying it by itself. In this equation we are squaring a very large number which yields a very very large number :[math]\displaystyle{ 299792458m/sec \cdot 299792458m/sec = 8.98755179\times10^{16}m/sec^2 }[/math]
What this equation indicates, is that mass and energy are interchangeable. Mass can become energy and energy can turn into mass. Before Einstein, there were two laws of physics
- Conservation of matter- This law stated that particles of matter are not created or destroyed
- Conservation of energy- This law stated that energy is not created or destroyed it just changes form
The [math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math] equation says that there is only one law:
- Conservation matter and energy- matter and energy are neither created or destroyed
It was not until 1938 that Lise Meitner and Otto Hahn were able to split a nucleus and see that energy was released. The energy released corresponded to the mass loss according to Einstein's equation.
It was shown that an atom with a large nucleus can break into two parts, emitting a gamma ray. If the mass of the two parts were added up some of the mass was missing. The gamma ray had no mass, only energy, but the energy was equivalent to the missing mass if we use Einstein's equation.
When we are talking about very energetic particles such as gamma rays, we often see the gamma ray becoming a pair of particles and then joining again to become a gamma ray.
A gamma ray with an energy of 1.022MEV (Million Electron Volts) can spontaneously form an electron anti-electron (Positron) pair. Each particle has mass that has the equivalent energy of .511MEV and one has a positive charge and one a negative charge. Because one is negatively charged and one is positively charged, they are likely to be attracted to each other and recombine and form a gamma ray again. The gamma ray has no charge or mass.
5
| System of Measure | Length | Mass | Time |
| English System | Foot | Slug | Seconds |
| SI System | Meter | Kilogram | Seconds |
| Metric (MKS) System | Meter | Kilogram | Seconds |
| Metric (CGS) System | centimeter | Gram | Seconds |
Most of the world uses the SI or Système International d'Unités for all measurements. It is only in the United States of America, Myanmar, Liberia, and a few other countries that the English system is used for most activities.
From a scientific point of view, it is very surprising that the English system is still in use in any technologically advanced country. Its use in the United States led to a catastrophic failure in the NASA Mars Orbiter mission of 1999. The $125 million Mars orbiter was lost because a Lockheed Martin engineering team used English units of measurement while the NASA team used the metric system for spacecraft navigation.
Many people think that pound is the English System's mass unit. It is actually the force unit. By continuing to convert from pounds to kilograms we further confuse the difference between force units and mass units.
6
A day is used to represent a year in two places in scripture:
After you have finished this, lie down again, this time on your right side, and bear the sin of the house of Judah. I have assigned you 40 days, a day for each year.
For forty years—one year for each of the forty days you explored the land—you will suffer for your sins and know what it is like to have me against you.
This is used in the prophecies of Daniel, especially Daniel 8:14
He said to me, "It will take 2,300 evenings and mornings; then the sanctuary will be reconsecrated."
Isaac Newton is known as one of the greatest physicists, but few remember that he devoted more time to the study of the Bible and alchemy than to the study of Physics, and in Observations upon the Prophecies of Daniel, and the Apocalypse of St. John he wrote:
- "The Sanctuary and Host were trampled under foot 2300 days; and in Daniel's Prophecies days are put for years: but the profanation of the Temple in the reign of Antiochus did not last so many natural days. These were to last till the time of the end, till the last end of the indignation against the Jews; and this indignation is not yet at an end. They were to last till the Sanctuary which had been cast down should be cleansed, and the Sanctuary is not yet cleansed."
7
- First law
- An object at rest will stay at rest and an object in motion will stay in motion unless acted on by a force.
- Experiment-You can do the experiment in question 8 of the physics honor to demonstrate inertia
- Second law
- The acceleration of a body is directly proportional to the force acting on it; This is written as [math]\displaystyle{ F=mA }[/math].
- Experiment- Use plastic spoons and marshmallows , nuts, apples or other objects to demonstrate how the same force (the bend of the spoon) accelerates the objects with different mass, different distances.
- How can you make sure that you get the same force each time?
- Does the objects mass affect the distance it travels?
- Does the mass affect the speed of the object?
- Experiment-Connect a fish scale to a small weight and see what measure you get if you pull the weight slowly or quickly
- Experiment- Use plastic spoons and marshmallows , nuts, apples or other objects to demonstrate how the same force (the bend of the spoon) accelerates the objects with different mass, different distances.
- Third law
- For every action or force there is an equal but opposite reaction.
- If I push on you, then you push on me with the same amount of force, but in the opposite direction
- Experiment-You can do the experiment in question 9 of the physics honor to demonstrate action--reaction principle.
8
- Theory-
- An object at rest will stay at rest and an object in motion will stay in motion unless acted on by a force.
- Materials-
- Table
- Table Cloth
- Books (various sizes)
- Method-
In this experiment, we will place a table cloth over a table, and then place the books on top of the table cloth.
- Questions-
- What happens if you try to pull the table cloth slowly?
- What happens if you try to pull the table cloth Quickly?
- What happens if the books are light?
- Does the type of table cloth matter? What if it is smooth like silk? or Rough like sand paper?
- What does this experiment tell us about Newton's First Law of motion?
- Is there another experiment that I can do to prove or disprove Newton's First Law of motion?
- Spiritual Application-
- We all resist change in our life. We become comfortable with the status quo. Sometimes a slow persistent push can overcome our inertia and get us headed in the right direction spiritually.
9
- Theory-
- For every action or force there is an equal but opposite reaction or force
- Imagine sitting in space (no friction to hold you in place) with a brick. If you throw the brick, the brick will go away from your original location, but you will also go away from your original location (Your speed will be slower than the brick because you are much heavier than the brick). A rocket does the same thing with the molecules of the exhaust. The molecules are very light, but are traveling very fast, and thus can accelerate the rocket to very high speeds.
- Material
- Balloons (this is your rocket)
- Drinking Straws
- Tape
- String
- paper
- scissors
- Method
- Provide as little guidance as possible. Let the spirit of learning guide.
- Competition between two or more groups can be prompted by seeing which team can get the balloon to fly to a specific target.
- Once a team figures out the way to guide the balloon, then you can have races between the various teams.
- Questions
- If you blow up a balloon, and then let it go without tying a knot in the opening, What happens?
- Does this agree with Newton's third law of motion?
- How can you make the balloon go where you want it to? (guide the balloon?)
- What provides the force?
- Spiritual Application
- When God acts, the universe reacts. We see this repeatedly in the creation story. God spoke and things appear. He says, "Let there be light" and there was light. "For every action there is a reaction"
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- Theory
- The Earth attracts everything to itself. We represent the Newtonian attraction with a Big G which stands for Gravitation constant (in MKS units it has a value 6.67x[math]\displaystyle{ 10^{-11}m^3/(kgS^2) }[/math] and write the equation:
- [math]\displaystyle{ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} }[/math]
- The more mass an object has, the higher the Force exerted on it, this extra force exactly cancels out the inertia of the object, so we can see no matter how big or small an object is it will experience the same acceleration of gravity specified by little g. On the Earth we will let [math]\displaystyle{ m_1= }[/math]mass of earth and [math]\displaystyle{ m_2= }[/math]mass of object which we say is m: We can then set the Force of gravity = ma by Newton's 1st law of motion:
- [math]\displaystyle{ F = G \frac{m_e m}{r^2} = ma }[/math]
- Notice that we have m on both sides of the equation. So m is completely canceled out leaving us with
- [math]\displaystyle{ a = G \frac{m_e }{r^2} }[/math]
- G is constant, the Mass of earth [math]\displaystyle{ M_e }[/math] is constant, and near the surface of the earth, the distance from the center of the earth does not change much, so [math]\displaystyle{ r^2 }[/math] is almost a constant. This means that a is equal to a constant. We call this constant the acceleration of gravity near the surface of the Earth and represent it with the symbol g = 9.8M/[math]\displaystyle{ sec^2 }[/math].
- [math]\displaystyle{ x=\frac12gt^2 }[/math]
- Notice there is no mass indicated in the equation that specifies the acceleration of an object in a gravitational field.
- Materials
- Plastic beverage bottles
- water
- Method
- have the class drop plastic beverage bottles and judge which hits first. Have one half full of water and the other completely full of water. Make sure the lid is screwed on tightly.
- Questions
- Which one hit first?
- What would happen if the bottle was completely empty? Why?
- Spiritual Application
- In a Spiritual sense, we are all attracted by the Grace of God, big G, shown at the cross of Jesus. It does not matter how much Sin there is in our lives, the cross of Jesus attracts us equally and overcomes all the sin. In Christ, we are all sinless, no matter how bad we have been in the past.
- Galileo was able to step out on his faith that air frictions was holding back light objects such as a feather, and this is why Aristotle had said that heavier objects fall faster. He imagined a world that had no air friction, and thus was able to see the underlying physics. We must rely on faith as we look toward the heavenly kingdom and imagine a world without suffering, illness, and death.
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- Theory-
- Simple machines are used to create a mechanical advantage. They do this by reducing the amount of force needed to accomplish a job. The list of machines usually includes the following machines
- Inclined plane- It takes less force to push a load up a slope than lift it straight up.
- Wheel and axle- The wheel is arguably the most important machine. It reduces the amount of frictional forces.
- Lever-Is composed of a fulcrum or pivot point and a long rigid bar or beam. The closer the object that we are lifting is to the fulcrum the easier (more mechanical advantage we have).
- Pulley-Is a wheel that is used with a rope to change the direction of a force. Multiple pulleys can be used together to create a block and tackle that will increase the mechanical advantage.
- Wedge-This machine is just two inclined planes, but is usually included because it is so useful.
- Screw-This is simply a circular inclined plane, but because it takes a rotational force and turns it into a linear force, it is almost always included in a list of simple machines.
- Simple machines are used to create a mechanical advantage. They do this by reducing the amount of force needed to accomplish a job. The list of machines usually includes the following machines
- The machine being studied here is a simple lever. The hammer handle is the lever arm, and the curve of the head forms the fulcrum. The claw of the hammer is also a wedge or inclined plane. Sometimes you use a hammer with a pry bar, nail puller or another hammer to wedge the claw under the nail head.
- The Lever uses the physics principle of torque or rotational force. Torque = force*distance.
- Materials-Hammer, nails, 2x4 at least 2 feet long, small block of wood
- Method- Drive a number of large nails (16 penny will work well) halfway into the 2x4 and have the class try pulling a nail. Then demonstrate how to position the block of wood to act as a fulcrum. Have the class repeat the experiment using the block of wood.
- Questions-
- Start with a description or demonstration of various machines as described in the theory section. Then ask the class "what kind of machine is a hammer"
- Where is the fulcrum on the hammer?
- Where is the fulcrum when using the block of wood?
- Which way was easier?
- What difference does it make how close the fulcrum is to the block of wood?
- What difference does it make where you grip the hammer? Is it easier near the head or at the end of the handle?
- Spiritual Application Example- If we let the fulcrum of the lever represent Jesus, then the closer we are to Jesus, the easier it is to lift us to a higher spiritual plane.
References
The people behind [math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math]
More explanation of [math]\displaystyle{ E=mc^2 }[/math]
Newton's Law of Motion
Galileo Falling Body Experiment
Galileo Falling Body Simulator
Lever
Could Archimedes move the Earth with a lever?
Simple Machines
Absolute Zero
Physical Constants
