Prefacio

Estudiantes: si esto es demasiado largo, por lo menos lea los últimos cuatro párrafos.

¡Gracias! Durante muchos años, Principios y práctica de la física de Eric Mazur fue el libro de texto requerido para la Física Universitaria I en la Universidad de Arkansas. Al escribir este reemplazo de código abierto he tratado de conservar algunas de sus mejores características, mientras que al mismo tiempo condensar gran parte de la presentación, y reelaborar varias secciones que no se ajustaban del todo a las necesidades de nuestro plan de estudios: principalmente, los capítulos sobre Termodinámica, Ondas y Trabajo. También me he saltado por completo el capítulo sobre el “Principio de Relatividad”, y en su lugar distribuí su contenido entre otros capítulos: en particular, las transformaciones del marco de referencia galileano se introducen ahora al comienzo mismo del libro, al igual que la ley de la inercia y el concepto de referencia inercial marcos.

En las últimas décadas, ha habido una tendencia a aumentar el tamaño de los libros de texto introductorios de física, al incluir cada vez más ayudas visuales (imágenes, diagramas, cajas...), así como explicaciones más largas y detalladas, tal vez en un intento de llegar al mayor número de estudiantes posible, y tal vez incluso para tomar el lugar del instructor en conjunto. Me parece que el resultado es más bien lo contrario: un tomo masivo (y costoso) que ningún estudiante podría razonablemente esperar que leyera todo el camino, en un momento en que “TL; DR” se ha convertido en un acrónimo popular, y las ayudas visuales de aprendizaje (conferencias grabadas en video, demostraciones y simulaciones por computadora) son libremente disponible en todas partes.

Nuestro enfoque en la Universidad de Arkansas, desarrollado como resultado del trabajo de los expertos en Investigación en Educación Física John y Gay Stewart, se basa en cambio en dos hechos esenciales. Primero, que diferentes estudiantes aprendan de manera diferente: algunos aprenderán mejor de un libro de texto, otros aprenderán mejor de una conferencia, y la mayoría solo aprenderá realmente de un enfoque práctico, al elaborar las respuestas a las preguntas ellos mismos. En segundo lugar, casi todos se beneficiarán de las repetidas presentaciones del material a aprender, en diferentes ambientes e incluso desde puntos de vista ligeramente diferentes.

De acuerdo con esto, comenzamos por exigir a los estudiantes que lean el material del libro de texto antes de venir a la conferencia, y también que tomen un “cuestionario de lectura” en línea donde puedan verificar su comprensión de lo que han leído. Entonces, en la conferencia, tendrán la oportunidad de volver a ver el material presentado, como una especie de resumen ejecutivo entregado por, típicamente, un instructor diferente, quien también podrá responder cualquier duda que puedan tener sobre la presentación del libro. Adicionalmente, el instructor pondrá a prueba directamente la comprensión de los estudiantes mediante preguntas conceptuales hechas a toda la clase, las cuales deben ser respondidas mediante clickers. Esto incita a los estudiantes a pensar más en el material, y los alienta a discutirlo en el acto con sus compañeros de clase.

Inmediatamente después de cada conferencia, los alumnos tendrán una actividad de laboratorio donde podrán verificar experimentalmente los conceptos y principios a los que acaban de ser introducidos. Por último, cada semana tendrán una tarea de “respuesta abierta” donde llegan a aplicar los principios, matemáticamente, a problemas concretos. Tanto para los laboratorios como para la tarea, la asistencia adicional es proporcionada por un grupo de asistentes docentes dedicados, que a menudo son capaces de explicar el material a los estudiantes de una manera que mejor se relaciona con su propia experiencia.

En todo esto, se espera que el libro de texto juegue un papel importante, pero ciertamente no sea la única fuente de comprensión o conocimiento de los estudiantes (ni siquiera, necesariamente, la primaria). Su trabajo es iniciar el proceso de aprendizaje, y estar a la espera para proporcionar una referencia (entre posiblemente varias otras) después. Para cumplir con esta función, quizás el requisito más esencial es que sea legible, y por lo tanto lo suficientemente conciso para que cada tarea de lectura sea de tamaño manejable. Esto (así como una organización sensata, explicaciones claras y una variedad mínima de ejercicios trabajados y problemas de fin de capítulo) es lo que principalmente he tratado de proporcionar aquí. Un estudiante que quiera más información de la proporcionada en este libro de texto, o explicaciones alternativas, o ejemplos más elaborados, sin duda puede obtenerlas de muchas otras fuentes: primero, por supuesto, el instructor y los asistentes docentes, cuyo papel esencial como facilitadores del aprendizaje tiene que ser reconocido desde el inicio. Entonces, hay una variedad de libros de texto alternativos disponibles: la mejor opción, probablemente, seguiría siendo los Principios y Práctica de la Física de Mazur, ya que utiliza la misma terminología y notación, introduce el material en casi la misma secuencia, y tiene toneladas de ejemplos elaborados y autocuestionario conceptual preguntas. Ese libro está disponible en reserva en la biblioteca de Física, donde puede ser consultado por cualquiera. Si un estudiante siente la necesidad de un libro de texto alternativo que realmente pueda llevarse a casa, una opción es, por supuesto, comprar el de Mazur (que es lo que todos tenían que hacer antes); otra opción es explorar otros libros de texto de código abierto disponibles en línea, que han existido más tiempo que este y beneficiarse a partir de ejercicios más entrenados y una presentación más convencional. Uno de esos libros es Física Universitaria I.

Por último, también hay una gran cantidad de otros recursos en línea, aunque aconsejaría a los alumnos que se acerquen a ellos con precaución, ya que no todos pueden ser totalmente rigurosos, y algunos pueden terminar siendo más confusos que útiles. Algunos de mis alumnos han encontrado útiles las conferencias de Khan Academy y/o las conferencias de “Flipping Physics”; personalmente recomendaría las conferencias de Walter Lewin en el MIT, aunque solo sea por la amplia gama de demostraciones geniales que puedes ver allí.

Una última palabra, para los estudiantes que pueden haber leído hasta aquí, sobre el uso de ecuaciones y “pruebas” en este libro. Es esencial para la naturaleza de la física poder emitir sus resultados en términos matemáticos, y usar las matemáticas para explicar y predecir nuevos resultados; de ahí que las ecuaciones y derivaciones matemáticas sean partes integrales de cualquier libro de texto de física. Sin embargo, he tratado de mantener las matemáticas lo más simples posible en todo momento, y no me gustaría que una larga derivación matemática se interpusiera en su tarea de lectura. Si estás leyendo el texto y te encuentras con varias líneas de matemáticas, hojearlas al principio para ver si tienen sentido, pero si te quedas atascado no pases demasiado tiempo en ellas: pasa a la línea de fondo, y sigue leyendo a partir de ahí. Siempre puedes pedirle ayuda a tu instructor o asistente técnico con las matemáticas más adelante.

Yo, sin embargo, te animaría a volver, eventualmente, a cualquier bit de matemática que encontraras desafiante la primera vez. ¡Intenta pasar por todo el álgebra tú mismo! De vez en cuando me he saltado pasos intermedios, solo para evitar que las matemáticas abrumen el texto: pero estas suelen ser manipulaciones sencillas (multiplicar o dividir ambos lados por algo, mover algo de un lado de la ecuación al otro, multiplicar un paréntesis o, por el contrario, sacando un factor común o denominador...). Si realmente haces ejercicio, por tu cuenta, todos los pasos que faltan, encontrarás que es una excelente manera de mejorar tus habilidades de álgebra. Esto es algo que te hará mucho más fácil lidiar con la tarea y los exámenes más adelante en este semestre y también por el resto de tu carrera.