Leyes deKepler

Son leyes enunciadas por Kepler para describir el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Son tres: 1ª Ley (ley de las órbitas): Los planetas describen órbitas planas elípticas en uno de cuyos focos se encuentra el Sol. 2ª Ley (ley de las áreas): El vector de posición con respecto al Sol de un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales. Es decir, la velocidad areolar es constante. Esto implica que la velocidad lineal del planeta es mayor cuanto más cerca se encuentra del Sol. 3ª Ley (ley de los períodos): Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas son proporcionales al cubo de sus distancias medias al Sol. Una consecuencia es que la velocidad lineal de los planetas no es constante, sino que depende del radio orbital: un planeta gira más rápido cuanto más pequeña es la órbita que describe. Las leyes de Kepler se demostraron teóricamente más tarde gracias a la ley de la gravitación de Newton.

Inducción electromagnética: leyes de Faraday y Lenz

La inducción electromagnética es la producción de electricidad mediante magnetismo en determinadas condiciones. Los primeros científicos que la estudiaron fueron Faraday y Henry, quienes observaron que en un circuito se genera una corriente eléctrica en las siguientes circunstancias: – Si se acerca un imán al circuito, o se aleja del mismo. O bien el circuito se mueve con respecto al imán. – Si hay un movimiento relativo entre el circuito y otro circuito por el que circule una corriente continua. – Si el segundo circuito transporta una corriente variable, aunque ambos estén en reposo. – Si se deforma el circuito en el seno de un campo magnético. Todos los hechos anteriores pueden explicarse mediante la ley de Faraday, que dice que La variación temporal del flujo φ del campo magnético a través de un circuito genera en él una fuerza electromotriz: f em = −dφ / dt. La f.E.M. Es el trabajo por unidad de carga que se realiza en el circuito. Se mide en Voltios en el SI. El flujo (como es el producto escalar del campo por la superficie,B S) varía si cambia el campo magnético, la forma del circuito, o la orientación entre el campo y el circuito. En estos casos habrá corrientes inducidas. El signo negativo en la ley de Faraday indica el sentido en que circula la corriente inducida. Esto se expresa en un principio físico conocido como ley de Lenz: la f.E.M. Inducida origina una corriente cuyo campo magnético se opone a la variación del flujo magnético que la origina. Una de las aplicaciones del principio de inducción electromagnética es en la generación de corriente eléctrica por transformación de trabajo mecánico en electricidad (por ejemplo, en las centrales hidroeléctricas).

Principio de Huygens

Se trata de un mecanismo sencillo para la construcción de frentes de ondas a partir de frentes en instantes anteriores. Un frente de ondas es cada una de las superficies que pasan por los puntos donde una onda oscila con la misma fase. El principio dice que: Los puntos situados en un frente de ondas se convierten en fuentes de ondas secundarias, cuya envolvente constituye un nuevo frente de ondas primario. La forma de aplicarlo es la siguiente: se trazan pequeños semicírculos de igual radio con centros en diferentes puntos de un frente de ondas, y luego se traza la envolvente de los semicírculos, la cual constituye el nuevo frente de ondas. Una consecuencia del principio de Huygens es que todos los rayos tardan el mismo tiempo entre dos frentes de onda consecutivos. Los rayos son líneas perpendiculares a los frentes de onda que indican la dirección de propagación de la onda.

Leyes de la reflexión y refracción

Cuando una onda incide sobre la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción, una parte de la onda se refleja y otra parte se refracta (se transmite al otro medio). Las leyes de la reflexión y la reflexión nos dicen que: – Los rayos incidente, reflejado y refractado están en un mismo plano, llamado plano de incidencia, que es perpendicular a la superficie. – El ángulo de incidencia, θ i , y el ángulo de reflexión, θ r , son iguales. – El ángulo de incidencia y el ángulo de transmisión o refracción, θ t , están relacionados por la ley de Snell: .

Ametropías

Las ametropías son defectos refractivos del ojo debidos a un exceso o defecto de potencia óptica, que tienen como consecuencia que la imagen formada por el ojo en la retina esté desenfocada. Hay tres tipos de ametropías: miopía, hipermetropía y astigmatismo. Miopía: El ojo tiene un exceso de potencia con relación a su tamaño, por lo que el foco imagen está situado antes de la retina. En los ojos miopes las imágenes de objetos lejanos estarían enfocadas en un plano anterior, pero son borrosas en el plano de la retina. La miopía se corrige con una lente divergente con la potencia (negativa) adecuada para restar el exceso de potencia del ojo y conseguir que los rayos se enfoquen en la retina. Hipermetropía: Ocurre lo contrario que en la miopía: el foco imagen cae por detrás de la retina debido a un defecto de potencia en relación con la longitud del ojo. Se corrige mediante una lente convergente (potencia positiva) que compensa el defecto de potencia del ojo. Astigmatismo: Ocurre cuando el ojo tiene distinta potencia óptica a lo largo de dos meridianos perpendiculares (debido a que alguna de las superficies del ojo no tiene simetría de revolución o a que está inclinada respecto a las demás). El astigmatismo se corrige mediante lentes tóricas, las cuales poseen dos curvaturas distintas a lo largo de sendos ejes perpendiculares.

Fotón: dualidad onda-corpúsculo

Para explicar ciertos fenómenos de emisión y absorción de luz por la materia, entre ellos el efecto fotoeléctrico, Einstein retomó la teoría corpuscular de la naturaleza de la luz.
Supuso que la energía de la radiación electromagnética no era continua sino discreta, de modo que una onda electromagnética de frecuencia ν, se podía considerar compuesta por cuantos o corpúsculos que viajan a la velocidad de la luz, cada uno de los cuales posee una energía E = hν (donde h es la constante de Planck) y un momento lineal p = h / λ . A estos cuantos se les llamó fotones. La teoría de Einstein no invalidó la teoría electromagnética de la luz. La física moderna tuvo que introducir la dualidad onda-corpúsculo, admitiendo que la luz posee simultáneamente cualidades ondulatorias y corpusculares. Cuando la luz interactúa con la materia se comporta como un chorro de partículas (fotones) con energía y momento lineal; cuando se propaga o sufre fenómenos de difracción o interferencia, la luz se comporta como una onda caracterizada mediante su longitud de onda y frecuencia. Más tarde, De Broglie propuso por razones de simetría que la materia también presenta la dualidad onda-corpúsculo, de forma que cualquier partícula tiene asociada una onda. La longitud de onda asociada es pequeñísima a escalas macroscópicas, de forma que el carácter ondulatorio de la materia sólo se manifiesta al nivel microscópico.

Naturaleza de la luz

La cuestión sobre cuál es la naturaleza de la luz ha supuesto un problema desde la antigüedad hasta el Siglo XX. A lo largo de la historia se han desarrollado principalmente dos teorías contrapuestas: – la teoría corpuscular, que considera que la luz está compuesta de partículas o corpúsculos, y cuyo principal representante fue Newton, y – la teoría ondulatoria, que defiende que la luz se comporta como una onda. Las dos teorías explicaban los fenómenos de reflexión y de refracción. Sin embargo, sólo la teoría ondulatoria pudo explicar satisfactoriamente los fenómenos de interferencia y de difracción y el hecho de que la velocidad de la luz es mayor en los medios menos densos. Esto, junto al desarrollo del electromagnetismo por Maxwell, consolidó como válida la teoría ondulatoria. En el Siglo XIX la cuestión quedó zanjada y se admitíó que la luz era una onda electromagnética. Sin embargo, a principios del Siglo XX, Einstein tuvo que recurrir de nuevo a la naturaleza corpuscular de la luz para explicar ciertos fenómenos de emisión y absorción de luz por la materia, como el efecto fotoeléctrico. A partir de entonces se introdujo en Física la dualidad ondacorpúsculo de la luz, que significa que la luz tiene las dos naturalezas: en unos fenómenos se comporta como una onda electromagnética de una cierta frecuencia, y en otros se comporta como un flujo de partículas llamadas fotones con una determinada energía.

Interacciones fundamentales

Todas las fuerzas de la naturaleza se reducen a cuatro interacciones fundamentales:
Nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria. Nuclear Fuerte: Es la más intensa. Es de muy corto alcance (no se aprecia fuera del núcleo). Mantiene unidos a los protones y neutrones que componen el núcleo de los átomos. Los núcleos no serían estables si no existiera esta fuerza, que es más intensa que la repulsión electrostática entre los protones que lo forman. Electromagnética: Es la segunda en intensidad. Es de largo alcance. Actúa sobre partículas cargadas eléctricamente y puede ser atractiva o repulsiva. Es la responsable de que los átomos y moléculas de la materia estén ligados. Nuclear Débil: Es la tercera en intensidad. Como la nuclear fuerte, es de muy corto alcance. Es la causante de algunas reacciones nucleares como la radiación beta. Gravitatoria: Es la más débil de todas. Se produce entre todos los cuerpos. Es siempre atractiva y de largo alcance. Es responsable del movimiento de los astros, de que los cuerpos caigan, de las mareas, etc.