La física cuantitativa es la rama de la física que implica la investigación mediante medición repetida y análisis matemático de resultados experimentales. Se diferencia de algunas ramas de la física teórica, por ejemplo, como la mecánica cuántica o la investigación de la teoría de cuerdas, donde gran parte de la teoría subyacente no se puede probar en el mundo real o en un laboratorio en la Tierra con tecnología actual a partir de 2011. Cualquier campo de la investigación cuantitativa como la física cuantitativa deriva sus conclusiones de un análisis estadístico de grandes cantidades de datos experimentales. Sin embargo, estos datos son a menudo tan vastos y complejos que se utilizan computadoras para hacer modelos matemáticos de los datos para interpretarlos mejor. Un ejemplo del uso de la física cuantitativa incluiría el de los estudios climáticos realizados en supercomputadoras para predecir los cambios climatológicos de diversas fuerzas termodinámicas naturales que actúan en la Tierra, en la Tierra o cerca de ella, así como de los cambios en la actividad solar durante largos períodos de tiempo. .
El estudio de la física en su esencia es la medición de cambios en la materia y la energía, y esto hace que la mayor parte de la física investigue la física cuantitativa de una forma u otra. El estudio cuantitativo también es importante en física porque muchas de las leyes físicas, como la velocidad de la luz o la atracción gravitacional de la Tierra, no se pueden definir cuantitativamente solo mediante la observación humana con los cinco sentidos. Es posible observar un cuerpo que cae, pero, sin medir con precisión su velocidad de descenso, no se llega a una imagen clara de cuán fuerte es realmente la gravedad. La física de investigación cuantitativa, por lo tanto, utiliza las matemáticas como una forma abstracta de comprender las fuerzas que actúan en el universo.
Sin embargo, los procesos que implican un estudio cuantitativo no siempre están destinados a representar la realidad cotidiana. La física determina las condiciones ideales bajo las cuales la materia, la energía, el espacio y el tiempo interactúan a través de mediciones y observaciones repetidas, y luego determina la probabilidad de que ocurran eventos. Las ecuaciones físicas utilizadas para esto se basan en conceptos matemáticos abstractos que solo se prueban verdaderos con un gran número de experimentos repetidos. La física cuantitativa, por ejemplo, puede predecir el área de la superficie de un planeta esférico en el espacio, pero no existe una esfera perfecta o cualquier otra forma geométrica perfecta en el mundo natural, por lo que el proceso es, hasta cierto punto, una aproximación. .
Las representaciones ideales en física, como la trayectoria balística de una bala a través del aire, se basan en principios físicos cuantitativos de atracción gravitacional y resistencia del aire, pero solo pueden predecir la trayectoria general de una bala, no el lugar real y preciso en el que aterrizará. El uso de ecuaciones y fórmulas en física cuantitativa a menudo implica promediar algunas de las variables que entran en juego o usar atajos matemáticos para negar su efecto en la ecuación. Esto se debe a que el objetivo es comprender las leyes de la naturaleza en principio sobre las de aplicaciones aleatorias específicas.
La física computacional a menudo complementa la física cuantitativa en el laboratorio, donde las ecuaciones no se pueden probar formal o adecuadamente en experimentos del mundo real. A menudo, se utilizan algoritmos para simplificar dichos cálculos. Los algoritmos son un conjunto de reglas matemáticas que utiliza la computadora para reducir el número de cálculos necesarios para resolver un problema a una serie finita de pasos. La asistencia informática para la física cuantitativa se suele emplear en áreas donde tienen lugar interacciones muy complejas, como en la ciencia de los materiales, la investigación de aceleradores nucleares y la dinámica molecular en biología.