Ciencia

Teorí­a Cinética (I)

Una herramienta importante para la descripción de muchas "partí­culas"

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16-06-2009
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La teorí­a cinética es un modo de describir la evolución temporal de un sistema consistente en un gran número de objetos elementales que se pueden llamar partí­culas. El estudio matemático de estos sistemas nos lleva a un determinado tipo de ecuaciones (en derivadas parciales) llamadas ecuaciones cinéticas. Ecuaciones de este tipo tienen muchas aplicaciones en fí­sica y otras ciencias. Las "partí­culas" pueden ser por ejemplo electrones, estrellas, moléculas de un gas o microorganismos. La teorí­a cinética es un modo de describir la evolución temporal de un sistema consistente en un gran número de objetos elementales que se pueden llamar partí­culas. El estudio matemático de estos sistemas nos lleva a un determinado tipo de ecuaciones (en derivadas parciales) llamadas ecuaciones cinéticas. Ecuaciones de este tipo tienen muchas aplicaciones en fí­sica y otras ciencias. Las "partí­culas" pueden ser por ejemplo electrones, estrellas, moléculas de un gas o microorganismos.
Cuando hay muchas partículas en general es muy complicado hacer los cálculos o llegar a resultados analíticos, por lo que en vez de describir las partículas individualmente, se las describe como una nube continua de partículas de cierta densidad. Esta densidad, es decir el número de partículas por unidad de volumen, depende del tiempo y describe la distribución espacial y la distribución de las velocidades de las partículas.

Un ejemplo donde este tratamiento es muy útil es en la descripción de un plasma. Un plasma consiste en una gran cantidad de partículas cargadas que se mueven muy rápidamente. Generalmente estará compuesto por electrones y protones. Los electrones están cargados negativamente y los protones positivamente. La fuerza que actúa entre estas partículas es la electromagnética. Teniendo en cuenta que cargas iguales se repelen y de signo opuesto se atraen, se pueden establecer las ecuaciones y la evolución temporal de estos dos grupos de cargas.

Pero también en la dinámica de galaxias es muy útil. En el Universo hay muchas estrellas y tienden a agruparse en galaxias. En este caso se pueden utilizar las ecuaciones cinéticas, siendo las estrellas las partículas, ya que aunque las estrellas sean objetos grandes, son muy pequeñas en comparación con las distancias típicas entre ellas. Galaxias se pueden clasificar a grosso modo en elípticas y espirales. En el caso de las espirales las estrellas interactuan con nubes de gas y de polvo no correspondiente a estrellas, por lo que la descripción cinética únicamente no es muy apropiada para describir la estructura. En cambio las galaxias elípticas no tienen ese problema y son ideales para la aplicación de la teoría cinética. El número de estrellas suele ser del orden de 10 millones, osea que realmente son muchas y se puede hacer una descripción continua. La interacción existente entre las estrellas es la gravedad, es decir las estrellas se atraen mutuamente y eso es lo que determina la evolución de la distribución.

En el próximo artículo veremos más ejemplos y haremos una reflexión sobre este enfoque.
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