Explorando los Conceptos Fundamentales de la Física
¿Qué es la Física?
La física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, estableciendo las leyes que explican los fenómenos naturales, excluyendo aquellos que modifican la estructura molecular de los cuerpos.
Importancia de la Física
El estudio de la física es crucial para comprender los fenómenos que nos rodean y el medio en el que vivimos. Tiene aplicaciones en diversos campos como química, biología, astronomía, matemáticas y filosofía.
Movimientos en Física
Un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta. En este tipo de movimiento, la aceleración y la velocidad son siempre paralelas. Se estudian dos casos particulares:
- Movimiento Rectilíneo Uniforme: La trayectoria es una línea recta recorrida a velocidad constante, con aceleración nula. La velocidad media entre dos instantes siempre tendrá el mismo valor. La velocidad instantánea y media coinciden.
- Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado: Un cuerpo se desplaza sobre una recta con aceleración constante. En cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del cuerpo tendrá siempre el mismo valor. Un ejemplo es la caída libre de un cuerpo, con aceleración de la gravedad constante.
- Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado: Un cuerpo se desplaza sobre una recta con aceleración constante. En cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del cuerpo tendrá siempre el mismo valor. Un ejemplo es la caída libre de un cuerpo, con aceleración de la gravedad constante.
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Movimiento Circular
Se basa en un eje de giro y radio constante, por lo que la trayectoria es una circunferencia.
Velocidad Angular
Se define como el ángulo girado por unidad de tiempo y se designa con la letra griega ω. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
v = ω * R
Aceleración Centrípeta
Magnitud relacionada con el cambio de dirección de la velocidad de una partícula en movimiento cuando recorre una trayectoria curvilínea.
fuerza centrípeta : fc =
Dinámica de Rotación
Las rotaciones son producidas por un par de fuerzas, basándose en la 3ra ley de Newton. Siempre que se produzca una rotación, hay dos fuerzas.
-
fuerza centrípeta : fc =Dinámica de Rotación
Las rotaciones son producidas por un par de fuerzas, basándose en la 3ra ley de Newton. Siempre que se produzca una rotación, hay dos fuerzas.
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Momentos de una Cupla
El momento de una cupla es el producto de la intensidad de la fuerza que la compone por el brazo que los separa. Momento producido por una fuerza y distancia que separa o está en el centro del eje:
M = f * d
Momento de Inercia
Es la oposición que ofrece un cuerpo a ponerse en movimiento de rotación o a cambiar su velocidad:
I = MR2 Sin eje
I =
Con ejeEnergía Cinética de Traslación y Rotación
Un cuerpo puede tener movimiento de traslación y rotación al mismo tiempo.
Ejemplo: Nuestro planeta, mientras se traslada, también rota. Presenta dos velocidades V * W. La energía cinética de traslación es:
Ect =
mv2Ecr =
Iω2Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Cantidad de Movimiento
La cantidad de movimiento es el producto de la masa por la velocidad:
p = M * V
-
Ect =
mv2Ecr =
I ω2Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Cantidad de Movimiento
La cantidad de movimiento es el producto de la masa por la velocidad:
p = M * V
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Conservación de la Cantidad de Movimiento
La ley de conservación de la cantidad de movimiento nos ayuda a comprender lo que sucede en un choque.
La suma de la cantidad de movimiento de los vehículos antes del choque es igual a la suma de la cantidad de movimiento después del choque.
M1V1 + M2V2 = M1V1` + M2V2`
V2` =
Ley de la Gravitación Universal
La ley de la gravitación universal se enuncia así:
Cualquier cuerpo en el universo atrae a otros cuerpos con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
F =
G = 6.67×10-11 Nm2/Kg2
Carga Eléctrica
Es la propiedad que origina las fuerzas de atracción o repulsión eléctrica.
Ley de Coulomb
Se enuncia así:
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
¿Qué es la Masa?
Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Tipos de Masa
- Masa inercial (Mi): Mide la resistencia que presenta un cuerpo a cambiar su estado de movimiento cuando se aplica una fuerza. Se resiste a acelerarse; a mayor masa, menor aceleración.
- Masa gravitatoria (Mg): Es la propiedad que tiene un cuerpo de atraer a otro mediante la fuerza gravitatoria.
- Masa relativa: Indica cuántas veces mayor es la masa de una molécula de una sustancia con respecto a la unidad de masa atómica. Se determina sumando las masas atómicas de los elementos que constituyen una molécula de dicha sustancia.
Termodinámica
Rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico.
Calor
Energía en tránsito que se reconoce solo cuando cruza la frontera de un sistema termodinámico.
Temperatura
Magnitud referida a las nociones comunes de calor, medible mediante un termómetro. En física, se define como una magnitud de escala.
Grado
Unidad de medida que se adopta para la medición de la temperatura.
Leyes de la Termodinámica
- 1era Ley: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
- 2da Ley: La cantidad de entropía del universo tiende a incrementar en el tiempo.
- 3ra Ley: No se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de procesos físicos.
Electricidad y Magnetismo
Campo Eléctrico
Región donde se manifiesta la fuerza de atracción o repulsión de una carga.
E = 
Campo Magnético
Zona donde existe este fenómeno.
Corriente eléctrica: La intensidad es el flujo de electrones a través de un conducto:
I = 
Intensidad eléctrica: Cantidad de carga en unidad de tiempo. Su unidad es el amperio.
Resistencia eléctrica: Característica de cada material que indica la mayor o menor oposición para la conducción de la corriente eléctrica.
R = 
R = 
Composición y Capas de la Atmósfera
La atmósfera está compuesta por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno, un 1% de vapor de agua y una cantidad ínfima de otros gases como el argón o el monóxido de carbono. Capas de la atmósfera: Exosfera, termosfera, mesosfera, estratosfera, troposfera. Mesosfera: Se ubica encima de la estratosfera hasta una altura de 80-85 kilómetros en las latitudes medias, donde se encuentra la mesopausa, límite entre la mesosfera y la termosfera.
Función del Ozono en la Atmósfera
El ozono actúa como filtro o escudo protector de las radiaciones nocivas y de alta energía que llegan a la Tierra, permitiendo que pasen otras como la ultravioleta de onda larga.
Presión Atmosférica
Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre.
Formación de las Nubes
Las nubes se forman cuando el aire se eleva, calentado por la irradiación terrestre. Al calentarse, el aire sube hasta llegar a su punto de rocío, donde se condensa el vapor de agua en pequeñas gotas de agua o cristales de hielo.
Física Aplicada a la Salud
Es la aplicación de la física a la medicina, generalmente relacionada con imagen médica y radioterapia, aunque un físico médico también puede trabajar en otras áreas de la salud.
Física Aplicada a la Comunicación
Área de la física aplicada que trata diversos tipos de sistemas de comunicación.