Presión y Fluidos

• La presión es la magnitud que mide el efecto deformador de una fuerza sobre un sólido.
• La fuerza ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie:

P = F / S

• La unidad de presión en el SI es el pascal (Pa): 1 Pa = 1N/1m².
• Los líquidos son poco comprensibles. Los gases, en cambio, son comprensibles.
• Principio fundamental de la estática de fluidos: La presión en un líquido a una profundidad h es igual al producto de la profundidad h, de la densidad d del líquido y de la aceleración de la gravedad g:

P = h·d·g

• Principio de Pascal: La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite por él en todas las direcciones con la misma intensidad.
• Este principio tiene muchas aplicaciones prácticas: vasos comunicativos, elevador hidráulico, sistema de frenos hidráulicos, etc.
• Se denomina presión atmosférica a la fuerza por unidad de superficie ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos situados en su interior. El valor de la presión atmosférica al nivel del mar es igual a 101300 Pa.
• Los barómetros son aparatos que miden la presión atmosférica. Los más utilizados son los barómetros metálicos.
• En la práctica, además del pascal, se utilizan otras unidades para medir la presión atmosférica, como la atmósfera (atm), el milímetro de mercurio (mm Hg) y el milibar (mbar).
• Principio de Arquímedes: Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen que desaloja.
• Un sólido sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso hacia abajo y el empuje hacia arriba. El sentido de la fuerza resultante depende de que el sólido ascienda o descienda. Este hecho tiene muchas aplicaciones prácticas: areómetros o densímetros, navegación de barcos, submarinos y globos aerostáticos, etc.

El Universo y las Leyes de Kepler

• El firmamento es la bóveda celeste sobre la que aparentemente están situados los astros. Las constelaciones son agrupaciones aparentes de estrellas.
• La concepción del ser humano sobre el universo ha ido evolucionando con el tiempo.
  • Aristóteles distinguía dos regiones en el universo: la inferior o terrestre, y la superior o celeste, en las que regían leyes totalmente diferentes.
  • El sistema geocéntrico, elaborado por Ptolomeo, sitúa a la Tierra en el centro del universo y describe los movimientos de los astros con el sistema de referencia fijo en la Tierra.
  • El sistema heliocéntrico, propuesto por Copérnico, coloca al Sol en el centro del universo, y la Tierra y los demás planetas giran alrededor del Sol. La comunidad científica acabó aceptando el modelo heliocéntrico desde finales del s. XVII.

Leyes de Kepler

• Primera ley: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, que está situado en uno de los focos de la elipse.
• Segunda ley: El vector posición de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
• Tercera ley: El cuadrado del periodo de revolución de cualquier planeta es proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol:

T² = kr³

Siendo k una constante de proporcionalidad igual para todos los planetas.

• Ley de Gravitación Universal: Dos cuerpos de masa m₁ y m₂, separados por una distancia r, se atraen con una fuerza directamente proporcional a las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos:

F = G · (m₁ · m₂ / r²)

G = 6,67 · 10^-11 N m²/kg²

• El peso de los cuerpos es un caso particular de la ley de gravitación universal: el peso es la fuerza con la que la Tierra atrae a un cuerpo: P= m·g.
• Con esta única ley, Isaac Newton consiguió explicar muchos fenómenos naturales diversos; entre ellos, los movimientos de los astros, la aparición periódica de los cometas, las mareas y la caída de los cuerpos.
• El universo está constituido por miles de millones de galaxias. La nuestra se denomina Vía Láctea.
• Los científicos consideran que el universo se originó hace unos quince mil millones de años en un suceso singular denominado gran explosión (Big Bang). En la actualidad, las galaxias continúan separándose unas de otras.
• Para estudiar el universo se emplean anteojos astronómicos, telescopios, satélites artificiales y sondas espaciales.

Energía, Conservación y Fuentes

• La energía es una propiedad de los cuerpos que les permiten experimentar cambios. La energía transferida de unos cuerpos o sistemas a otros ocasiona cambios y transformaciones en ellos.
• Formas de energía: La energía recibe diversos nombres que hacen referencia al modo de obtención o a propiedades de los sistemas donde se manifiesta: química, térmica, nuclear, etc. Pero todas estas formas pueden considerarse como energía cinética (asociada al movimiento), energía potencial (asociada a la posición) o una combinación de ambas.
• Conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
• Degradación de la energía: La energía tiende a transformarse en formas de energía menos aprovechables; la pérdida de energía útil se denomina degradación. En cualquier transformación energética, la energía inicial, o energía suministrada, es igual a la suma de la energía útil, o aprovechable, más la energía disipada caloríficamente:

Energía suministrada = Energía útil + Energía disipada

• Se denomina rendimiento energético al cociente entre la energía útil y la energía suministrada.
• Fuentes no renovables de energía: Son aquellas cuyas reservas son consumidas a un ritmo mucho mayor del que son renovadas por la naturaleza: combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) y minerales de uranio.
• Fuentes renovables de energía: Son aquellas cuyas reservas son consumidas a un ritmo mucho menor del que son renovadas por la naturaleza: energía de la biomasa, energía solar, energía hidráulica, energía eólica, etc.
• El incremento del gasto energético va unido al desarrollo económico de las sociedades. Los países desarrollados consumen actualmente la mayor parte de la energía producida en el mundo. La mejora de la calidad de vida y el desarrollo económico de los países en vías de desarrollo están provocando un consumo energético creciente.

Por ello, para lograr un desarrollo sostenible se requiere lo siguiente:

• Utilizar la energía respetando el medio ambiente.
• Adoptar medidas de ahorro energético, ya que la energía es cara y escasa.
• Disminuir la dependencia energética de unos países respecto de otros mediante el ahorro energético, la diversificación de las fuentes de energía y la utilización de fuentes de energía alternativas.

Energía Potencial, Cinética, Trabajo y Potencia

• Energía potencial: Es la forma de energía asociada a la posición o a los cambios de la misma. La expresión de la energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m que se encuentra a una altura h sobre el suelo es la siguiente:

E_p = m·g·h

• Energía cinética: Es la forma de energía asociada a la velocidad de un cuerpo. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa m y de su velocidad v. Su expresión es la que sigue:

E_c = ½ · m·v²

• Energía mecánica: Es la que tiene un cuerpo debido a su posición o a su velocidad. Se calcula sumando la energía cinética y la potencial.
• La unidad de energía en el SI es el julio (J): 1J.
• La energía puede transmitirse entre sistemas físicos por dos métodos: mediante trabajo o a través de calor. Un mecanismo importante de transmisión de la energía es la radiación o energía radiante, que se propaga mediante ondas electromagnéticas.
• El valor del trabajo W realizado por la fuerza F que actúa sobre un cuerpo es igual al producto del módulo de la fuerza por el desplazamiento Δe de su punto de aplicación. Si F y Δe tienen igual dirección y sentido:

W = F·Δe

• La unidad de trabajo en el SI de Unidades es el julio (J): 1 J = 1Nm.
• El trabajo realizado al elevar un cuerpo es igual al incremento de su energía potencial gravitatoria.
• El trabajo realizado por la fuerza resultante sobre un cuerpo es igual a la variación de su energía cinética (teorema de las fuerzas vivas).
• Principio de conservación de la energía mecánica: En ausencia de rozamiento, la energía mecánica de un cuerpo se conserva.
• Las máquinas no transforman íntegramente en trabajo útil la energía que se les suministra:

Trabajo útil < Energía suministrada

El rendimiento de una máquina es:

r = Trabajo útil / Energía suministrada

• Potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo:

P = W / t

• La unidad de potencia en el SI de Unidades es el vatio (W).
• El kilovatio-hora (kWh) es una unidad de energía y de trabajo: 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J.