Cinemática

Es el estudio del movimiento sin atender a las causas que lo producen. El movimiento es relativo, depende del punto que se tome como referencia. Un cuerpo se mueve cuando cambia su posición respecto a otro que permanece fijo.

Sistema de Referencia

Estudia el movimiento:

1. Sistemas de Referencia Inerciales: Son aquellos que están quietos o se mueven con velocidad constante.
2. Sistemas de Referencia No Inerciales: Son los que no son inerciales.

Vectores

• Vector posición: Es el vector que une el origen del Sistema de Referencia con la posición del móvil en cada momento.
• Vector desplazamiento: Es el vector que une la posición inicial con la final.

Trayectoria

Línea descrita por el móvil:

1. Rectilíneos: Recta.
2. Curvilíneos: Curva.

La longitud de la trayectoria nos da el espacio recorrido. En el caso de los movimientos rectilíneos, coincide con el valor del desplazamiento.

Velocidad

Se define como la rapidez en el cambio de posición.

• Velocidad media: Es el cociente entre el vector desplazamiento y el tiempo empleado en hacer el desplazamiento. Su dirección y sentido coinciden con el del vector desplazamiento.
• Velocidad instantánea: Velocidad en cada instante. Su dirección es tangente a la trayectoria y el sentido es el de la trayectoria.

Aceleración

Rapidez en el cambio de velocidad.

Fuerza

Causa de deformación, equilibrio o movimiento de los cuerpos. Interacciones fundamentales en la naturaleza:

1. Fuerza gravitatoria: Muy débil, actúa a grandes distancias. Gracias a ellas, el universo está en equilibrio. Se da entre masas.
2. Fuerzas eléctricas: Fuerte. Distancias medias. Gracias a ellas, los átomos son estables.
3. Fuerzas nucleares: Muy fuerte. Distancias muy pequeñas. Equilibran las fuerzas de repulsión entre los protones del núcleo. Justifican la unión entre protones y neutrones en el núcleo.
4. Fuerza nuclear débil: Muy fuerte. Distancias muy cortas. Responsable de la radioactividad (existencia de isótopos).

Fuerzas que provocan deformación

Fuerza elástica, muelle. Ley de Hooke: El alargamiento del muelle es proporcional a la fuerza que se le comunica.

Hidrostática

Presión

Fuerza ejercida por unidad de superficie. Presión = Fuerza / Superficie. Unidades: Pascal (Pa) = Newton / metro² (N/m²).

Presión hidrostática

Ejercida por un fluido (gas o líquido). Su causa es el propio fluido. Presión hidrostática = densidad * gravedad * altura (d * g * h).

Densidad de un fluido

Densidad = Masa del fluido / Volumen del fluido.

Principio fundamental de la hidrostática

P_B – P_A = d * g * (h_B – h_A). La diferencia de presión entre dos puntos de un fluido es proporcional a la densidad, la gravedad y la diferencia de alturas.

Principio de Pascal

Toda presión sobre un fluido se transmite a lo largo del fluido con la misma intensidad y en todas las direcciones.

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba que es igual al peso del fluido desalojado.

Situaciones

1. Peso > Empuje: El cuerpo se hunde. Peso aparente = Peso – Empuje.
2. Empuje > Peso: El cuerpo asciende. Fuerza ascensional = Empuje – Peso.
3. Peso = Empuje: Equilibrio.

Presión atmosférica

Presión que ejerce la atmósfera a nivel del mar: 1 atmósfera. La midió Torricelli.

Medida de la presión atmosférica. Experimento de Torricelli

Se llena una cubeta de mercurio (Hg). Se llena un tubo largo con mercurio y se vuelca en la cubeta.

Dinámica

Es la parte de la física que estudia la fuerza como causa del movimiento.

Leyes de Newton

1. Ley de la inercia: Toda partícula libre mantiene su estado de reposo o de Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU).
2. Ecuación fundamental de la dinámica: La resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que le comunica: ΣF = m * a.
3. Principio de acción y reacción: Cuando un cuerpo 1 ejerce una fuerza sobre un cuerpo 2 (acción), el cuerpo 2 ejerce una fuerza igual y de sentido contrario sobre el cuerpo 1 (reacción).

Condiciones para la aplicación de las leyes de Newton:

• El sistema de referencia ha de ser inercial.
• La masa ha de ser constante.
• El medio ha de ser isótropo.

Fuerza de rozamiento

Tiene dirección y sentido contrario al movimiento. F_r = μ * N, donde μ es el coeficiente de rozamiento, que depende de las superficies en contacto, se calcula de forma experimental y siempre es menor que 1 (μ < 1).

Cosmología

Leyes de Kepler

1. Los planetas giran alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas en uno de cuyos focos está el Sol.
2. Los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales (velocidad constante).
3. El cuadrado del periodo es directamente proporcional al cubo del radio de la órbita.

Gravitación Universal (Newton)

Dos masas se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de ellas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa: F = G * (m * m’) / r².

Trabajo y Energía

Trabajo (W)

Magnitud escalar. Se define como el producto de la fuerza por el desplazamiento y por el coseno del ángulo que forman la fuerza y el desplazamiento: W = F * Δs * cos(F, Δs). Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es cero (W = 0 জুল). Si la fuerza es paralela al desplazamiento, el trabajo es máximo.

Unidades

• Julio (J) = Newton * metro (N * m).
• Kilopondímetro (kp * m): 1 kp * m = 9.8 J.
• Kilovatio-hora (kWh): 1 kWh = 3600000 J.
• Caloría (cal): 1 cal = 4.18 J.

Potencia (P)

Escalar. Trabajo realizado en la unidad de tiempo: P = W / t.

Unidades

• Vatio (W) = Julio / Segundo (J / s).
• Caballo de Vapor (CV): 1 CV = 75 kp * m/s = 735 W.

Energía

Capacidad para realizar trabajo. Se mide en las mismas unidades que el trabajo.

Clases de energía

• Mecánica (cinética, potencial).
• Calorífica.

Energía Mecánica (E_m)

Es la suma de la energía cinética y la energía potencial: E_m = E_c + E_p.

Energía Cinética (E_c)

Es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento: E_c = (m * v²) / 2, donde m es la masa y v es la velocidad.

Relación de la energía cinética con el trabajo

Teorema de las fuerzas vivas: El trabajo realizado por todas las fuerzas que actúan sobre un sistema es igual a la variación de la energía cinética del sistema.

Energía Potencial (E_p)

Es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su posición.

• Energía potencial gravitatoria: E_p = m * g * h.
• Energía potencial elástica: E_p = (k * x²) / 2.

Relación de la energía potencial con el trabajo

Las fuerzas que actúan sobre un sistema se dividen en:

1. Fuerzas conservativas: Gravitatoria, elástica, eléctrica.
2. Fuerzas no conservativas: Todas las demás.

W_{fuerzas conservativas} = -ΔE_p = E_p0 – E_pf.

Principio de conservación de la energía

Energía térmica

Es la suma de todas las energías de las partículas que constituyen un sistema.

Temperatura

Mide el nivel térmico de un cuerpo. Es proporcional a la energía cinética de las partículas que lo constituyen.

Equilibrio térmico

Estado al que llegan dos cuerpos que se juntan y que están a distinta temperatura. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, ambos cuerpos tienen la misma temperatura. Q_cedido + Q_ganado = 0.

Efectos del calor

• Subir o bajar la temperatura.
• Cambiar el estado.
• Dilatación o contracción.

Q = m * C_e * ΔT.