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Partícula

Los soldadores de arco deben protegerse de las chispas de soldadura , que son partículas de metal caliente que salen disparadas de la superficie de soldadura. En las ciencias fí...

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Los soldadores de arco deben protegerse de las chispas de soldadura , que son partículas de metal caliente que salen disparadas de la superficie de soldadura.

En las ciencias físicas , una partícula (o corpúsculo en textos más antiguos) es una parte independiente de un sistema mayor. Dependiendo del sistema, varían enormemente en tamaño o cantidad, desde partículas subatómicas como el electrón , hasta partículas microscópicas como átomos y moléculas , y partículas macroscópicas como polvos y otros materiales granulares . Las partículas también se pueden usar para crear modelos científicos de objetos grandes dentro de sistemas muy grandes, como personas moviéndose en una multitud, cuerpos celestes en órbita o galaxias en la expansión del universo .

En algunos campos, una partícula es un objeto pequeño y localizado que puede describirse mediante varias propiedades físicas o químicas , como el volumen , la densidad o la masa . [ 1 ] [ 2 ] El término partícula tiene un significado bastante general y se refina según las necesidades de los distintos campos científicos. Todo lo que está compuesto de partículas puede denominarse particulado. [ 3 ] Sin embargo, el sustantivo particulado se usa con mayor frecuencia para referirse a los contaminantes en la atmósfera terrestre , que son una suspensión de partículas no conectadas, en lugar de una agregación de partículas conectadas .

Física

Las partículas suelen representarse como puntos. Esta figura podría representar el movimiento de los átomos en un gas , personas en multitudes o estrellas en el cielo nocturno .

En los modelos

En física, el concepto de partículas puede utilizarse para realizar suposiciones simplificadoras al modelar la naturaleza . Por ejemplo, para calcular la ubicación y la velocidad de aterrizaje de una pelota de béisbol lanzada al aire, esta puede idealizarse como una esfera rígida y lisa , ignorando su rotación , flotabilidad y fricción , lo que reduce el problema a la balística de la mecánica clásica . [ 4 ]

Tamaño

Las galaxias son tan grandes que las estrellas pueden considerarse partículas en comparación con ellas.

El término «partícula» se suele aplicar de forma diferente a tres clases de tamaños. El término partícula macroscópica se refiere generalmente a partículas mucho más grandes que los átomos y las moléculas . Estas se suelen abstraer como partículas puntuales , aunque tengan volumen, forma, estructura, etc. Ejemplos de partículas macroscópicas serían el polvo , la arena , los fragmentos de escombros tras un accidente de coche o incluso objetos tan grandes como las estrellas de una galaxia . [ 5 ] [ 6 ]

Otro tipo, las partículas microscópicas , generalmente se refieren a partículas de tamaños que van desde átomos hasta moléculas , como el dióxido de carbono , las nanopartículas y las partículas coloidales . Estas partículas se estudian en química , así como en física atómica y molecular .

Las partículas más pequeñas son las partículas subatómicas , que se refieren a partículas más pequeñas que los átomos. [ 7 ] Estas incluirían partículas como los constituyentes de los átomos ( protones , neutrones y electrones ), así como otros tipos de partículas que solo pueden producirse en aceleradores de partículas o rayos cósmicos . Estas partículas se estudian en la física de partículas .

Debido a su tamaño extremadamente pequeño, el estudio de partículas microscópicas y subatómicas se enmarca en el ámbito de la mecánica cuántica . Exhibirán fenómenos demostrados en el modelo de partícula en una caja , [ 8 ] [ 9 ] incluyendo la dualidad onda-partícula , [ 10 ] [ 11 ] y si las partículas pueden considerarse distintas o idénticas [ 12 ] [ 13 ] es una cuestión importante en muchas situaciones.

Física de partículas

Masa

En física de partículas, una partícula masiva es una partícula elemental con masa en reposo distinta de cero, mientras que una partícula sin masa tiene masa en reposo cero. [ 14 ] : 436 El fotón y el gluón no tienen masa. Se espera que el hipotético gravitón no tenga masa. Todas las demás partículas elementales conocidas tienen masa. [ 15 ] [ 16 ]

La masa de los átomos se concentra mayoritariamente en sus núcleos, formados por protones y neutrones, cada uno con una masa más de 1800 veces superior a la de los electrones. Dado que los protones y neutrones están compuestos de quarks y gluones, esta masa se atribuye principalmente a las interacciones entre quarks y gluones. Los electrones y la unión electromagnética de electrones a protones añaden una masa adicional. [ 15 ]

Las partículas con masa deben moverse a una velocidad menor que la de la luz . Las partículas sin masa, en cambio, deben moverse a la velocidad de la luz. [ 16 ]

La masa en reposo , la masa observada en un sistema de referencia en reposo con una partícula, no se conserva en las interacciones entre partículas. Una partícula masiva puede desintegrarse en partículas sin masa, y estas últimas pueden combinarse para producir partículas masivas. Por ejemplo, un pión neutro es masivo, pero puede desintegrarse en dos fotones en aproximadamente 10⁻¹⁶ segundos . [ 14 ] : 436

Composición

Un protón está compuesto por tres quarks y se mantiene unido mediante la interacción fuerte .

Las partículas pueden ser elementales o compuestas. Las partículas compuestas están formadas por otras partículas. [ 17 ] Por ejemplo, los protones están compuestos de quarks . Por el contrario, las partículas elementales (también llamadas partículas fundamentales ) no están formadas por otras partículas. [ 18 ] Según nuestro conocimiento actual , solo existe un número muy pequeño de estas, como los leptones , los quarks y los gluones , aunque es posible que algunas sean compuestas de maneras actualmente desconocidas. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] Mientras que las partículas compuestas a menudo pueden considerarse puntuales , aunque tengan estructura interna, hasta ahora se ha descubierto que las partículas elementales no tienen estructura. [ 22 ]

Estabilidad

Se sabe que tanto las partículas elementales (como los muones ) como las compuestas (como los núcleos de uranio ) experimentan desintegración . Aquellas que no la experimentan se denominan partículas estables, como los electrones y los núcleos de helio-4 . La vida media de las partículas estables puede ser infinita o lo suficientemente larga como para dificultar la observación de dichas desintegraciones. En este último caso, se las denomina partículas " observacionalmente estables ". En general, una partícula se desintegra de un estado de alta energía a uno de menor energía emitiendo algún tipo de radiación , como la emisión de fotones .

Mecánica estadística

En sistemas físicos con gran cantidad de partículas interactuando, el análisis de los movimientos individuales es impracticable. Por ejemplo, un solo gramo de O₂ contiene2×1022{\displaystyle 2\times 10^{22}}moléculas. Para estos casos, se han desarrollado enfoques estadísticos que permiten predecir cantidades promedio como la energía a partir de las propiedades de las partículas. [ 23 ] El enfoque proporciona una base teórica para la termodinámica , las leyes de los gases ideales y la comprensión del movimiento browniano . [ 24 ]

Astrofísica

La astrofísica utiliza el concepto de "partículas" en muchos niveles. La radiación de partículas es emitida por las estrellas, los rayos cósmicos son partículas de alta energía (principalmente núcleos atómicos desnudos), componentes de los anillos planetarios , componentes del viento solar , meteoros , núcleos de hidrógeno dentro del Sol , partículas de polvo que se agregan para formar planetas y gas interestelar que colapsa para formar una estrella . [ 25 ] Los sistemas autogravitantes de partículas puntuales que representan estrellas se utilizan para modelar la formación de galaxias . [ 26 ] : 85

Simulación de N cuerpos

En física computacional , las simulaciones de N cuerpos (también llamadas simulaciones de N partículas) son simulaciones de sistemas dinámicos de partículas bajo la influencia de ciertas condiciones, como estar sujetas a la gravedad . [ 27 ] Estas simulaciones son comunes en cosmología y dinámica de fluidos computacional .

N se refiere al número de partículas consideradas. Dado que las simulaciones con un N mayor requieren mayor capacidad de cálculo, los sistemas con un gran número de partículas reales a menudo se aproximarán a un número menor de partículas, y los algoritmos de simulación deben optimizarse mediante diversos métodos . [ 27 ]

Ciencias atmosféricas

En ciencias atmosféricas, una partícula es un objeto pequeño y localizado que puede describirse mediante varias propiedades físicas o químicas , como el volumen , la densidad o la masa . [ 1 ] El polvo , el hollín y el humo son formas más grandes de materia particulada, mientras que las formas más pequeñas son los átomos y las moléculas. [ 28 ]

Ciencia del suelo

El suelo se considera compuesto de partículas. Las partículas discretas del suelo son sólidas; no pueden moverse entre sí con la misma facilidad que las partículas en un líquido. La fuerza sobre el suelo se transmite a través de los puntos de contacto entre las partículas, y parte de esta fuerza las deforma. Las partículas se deslizan unas sobre otras en respuesta a la fuerza. [ 29 ]

Distribución de partículas

Ejemplos de una dispersión coloidal estable y de una inestable.

Las partículas coloidales son los componentes de un coloide. Un coloide es una sustancia microscópicamente dispersa uniformemente en otra sustancia. [ 30 ] Dicho sistema coloidal puede ser sólido , líquido o gaseoso ; así como continuo o disperso. Las partículas de la fase dispersa tienen un diámetro de entre aproximadamente 5 y 200 nanómetros . [ 31 ] Las partículas solubles más pequeñas que esto formarán una solución en lugar de un coloide. Los sistemas coloidales (también llamados soluciones coloidales o suspensiones coloidales) son objeto de la ciencia de las interfaces y los coloides . Los sólidos suspendidos pueden estar contenidos en un líquido, mientras que las partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas juntas forman un aerosol . Las partículas también pueden estar suspendidas en forma de material particulado atmosférico , que puede constituir contaminación del aire . Las partículas más grandes pueden formar de manera similar desechos marinos o desechos espaciales . Una conglomeración de partículas macroscópicas sólidas discretas puede describirse como un material granular .

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "partícula - Glosario de Meteorología" . glossary.ametsoc.org . Consultado el 9 de marzo de 2026 .
  2. ↑ "Partícula" . Oxford English Dictionary (3.ª ed.). Oxford University Press . Septiembre de 2005. 
  3. ↑ Lambe, TW; Whitman, RV (1969). Mecánica de suelos . John Wiley & Sons . pág . 18. ISBN  978-0-471-51192-2La palabra "particulado" significa "relativo a un sistema de partículas" .
  4. ↑ FW Sears; MW Zemansky (1964). "Equilibrio de una partícula". Física universitaria (3.ª ed.). Addison-Wesley . p. 27. LCCN 63015265. Un cuerpo cuya rotación se ignora por irrelevante se denomina partícula. Una partícula puede ser tan pequeña que sea una aproximación a un punto, o puede ser de cualquier tamaño, siempre que las líneas de acción de todas las fuerzas que actúan sobre ella se intersequen en un punto.   
  5. ↑ Dubinski, J. (2003). "Dinámica galáctica y cosmología en McKenzie" . Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica . Archivado del original el 2 de noviembre de 2021. Consultado el 24 de febrero de 2011 .
  6. ↑ Coppola, G.; La Barbera, F.; Capaccioli, M. (2009). "Galaxia Sérsic con modelos de halo Sérsic de galaxias de tipo temprano: una herramienta para simulaciones de N cuerpos" . Publications of the Astronomical Society of the Pacific . 121 (879): 437. arXiv : 0903.4758 . Bibcode : 2009PASP..121..437C . doi : 10.1086/599288 .
  7. ↑ "Partícula subatómica" . YourDictionary.com . Archivado del original el 5 de marzo de 2011. Consultado el 8 de febrero de 2010 .
  8. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «Soluciones de ecuaciones de Schrödinger independientes del tiempo» . Física cuántica de átomos, moléculas, sólidos, núcleos, iones, compuestos y partículas (2.ª ed.). John Wiley & Sons . págs. 214-226 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  9. ↑ Reif, F. (1965). «Estadística cuántica de gases ideales: estados cuánticos de una sola partícula». Fundamentos de física estadística y térmica . McGraw-Hill . págs. vii– x. ISBN  978-0-07-051800-1.
  10. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «Fotones: Propiedades particuladas de la radiación» . Física cuántica de átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas (2.ª ed.). John Wiley & Sons . págs. 26-54 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  11. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «Postulado de De Broglie: Propiedades ondulatorias de las partículas» . Física cuántica de átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas (2.ª ed.). John Wiley & Sons . págs. 55-84 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  12. ↑ Reif, F. (1965). «Estadística cuántica de gases ideales: partículas idénticas y requisitos de simetría» . Fundamentos de dinámica estadística y térmica . McGraw-Hill . págs. 331 y ss . ISBN  978-0-07-051800-1.
  13. ↑ Reif, F. (1965). «Estadística cuántica de gases ideales: implicaciones físicas de la enumeración cuántico-mecánica de estados» . Fundamentos de dinámica estadística y térmica . McGraw-Hill . págs. 353-360 . ISBN  978-0-07-051800-1.
  14. 1 2 Penrose, Roger (2005). El camino a la realidad: una guía completa de las leyes del universo (1.ª ed.). Nueva York: AA Knopf. ISBN  978-0-679-45443-4.
  15. 1 2 Wilczek, Frank (2003). "El origen de la masa" (PDF) . The MIT Physics Annual . pp. 24–35 . 
  16. 1 2 O'Keefe, Madeleine (23 de julio de 2019). "Las partículas sin masa no se pueden detener" . Symmetry Magazine .
  17. ↑ "Partícula compuesta" . YourDictionary.com . Archivado del original el 15/11/2010 . Consultado el 08/02/2010 .
  18. ↑ "Partícula elemental" . YourDictionary.com . Archivado del original el 14 de octubre de 2010. Consultado el 8 de febrero de 2010 .
  19. ↑ D'Souza, IA; Kalman, CS (1992). Preones: Modelos de leptones, quarks y bosones de gauge como objetos compuestos . World Scientific . ISBN 978-981-02-1019-9.
  20. ↑ Weinberg, Steven (1997). "¿Qué es una partícula elemental?" . Beam Line . 27 (1): 17– 21.
  21. ↑ Quigg, Chris (1997). "Partículas elementales: ayer, hoy y mañana" . Beam Line . 27 (1): 22–29 .
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  23. ↑ Sachs, Ivo; Sen, Siddhartha; Sexton, James (11 de mayo de 2006). Elementos de mecánica estadística: con una introducción a la teoría cuántica de campos y la simulación numérica (1.ª ed.). Cambridge University Press. doi : 10.1017/cbo9780511755620 . ISBN  978-0-521-84198-6.
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  30. ↑ "Coloide" . Encyclopædia Britannica . 1 de julio de 2014. Consultado el 19 de febrero de 2026 .
  31. ↑ Levine, IN (2001). Química física (5.ª ed.). McGraw-Hill . pág . 955. ISBN   978-0-07-231808-1.

Lecturas adicionales

  • "¿Qué es una partícula?" . Universidad de Florida , Centro de Investigación en Ingeniería de Partículas. 23 de julio de 2010. Archivado del original el 23 de septiembre de 2015. Consultado el 10 de septiembre de 2015 .
  • Griffiths, DJ (2008). Introducción a la física de partículas (2.ª  ed.). Wiley-VCH . ISBN 978-3-527-40601-2.
  • Alonso, M.; Finn, EJ (1967). "Dinámica de una partícula". Física Universitaria Fundamental, Volumen 1. Addison -Wesley . LCCN 66010828 . 
  • Alonso, M.; Finn, EJ (1967). "Dinámica de un sistema de partículas". Física Universitaria Fundamental, Volumen 1. Addison -Wesley . LCCN 66010828 . 
  • Segal, S. (s.f.). "¿Qué es una partícula? – Definición y teoría" . Química de bachillerato: ayuda y repaso . Study.com. Capítulo 4, lección 6.
  • "Guía básica para la caracterización de partículas" (PDF) . Malvern Instruments . 2015. Archivado del original (PDF) el 20 de septiembre de 2020. Consultado el 4 de noviembre de 2016 .
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