LEYES DE KEPLER
Son leyes empíricas enunciadas por Kepler en el Siglo XVII 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.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.
LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL:
Fue enunciada por Newton en el Siglo XVII y permitíó explicar todos los efectos gravitatorios conocidos en su época como el movimiento de los astros en el sistema solar.Todo cuerpo del universo atrae a cualquier otro cuerpo con una fuerza central que es proporcional a la masa de ambos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Formula (la explicamos)
La ecuación de la fuerza gravitatoria se aplica por igual a las dos masas. Así, por ejemplo, la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre la Luna es igual y de sentido contrario a la que ejerce la Luna sobre la Tierra. Si tenemos un conjunto de partículas, la fuerza gravitatoria que sufre cada una de ellas es la suma vectorial de las fuerzas producidas por el resto de partículas.
ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
La fuerza gravitatoria, por ser conservativa, tiene asociada una función energía potencial gravitatoria, Ep , tal que el trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos A y B es igual a la disminución de esta energía potencial:
Así se deduce que la energía potencial gravitatoria de una partícula de masa m1 a una distancia r de otra masa m2 es igual a :
Formula donde se toma la energía potencial en el infinito igual a cero., es una magnitud escalar cuya unidad en el SI es el Julio, los cuerpos tienden a caer espontáneamente hacia las regiones de menor energía potencial. Para un sistema formado por más de dos masas, la energía potencial gravitatoria del sistema es la suma de las energías potenciales de todos los pares distintos de masas que se pueden formar.
Energía potencial en las cercanías de la superficie terrestre La fuerza gravitatoria que actúa sobre un cuerpo de masa m es su peso: F=-mg. Considerando constante el valor de g en las proximidades de la Tierra, el trabajo realizado por la fuerza peso cuando el cuerpo se desplaza verticalmente desde el punto A al B resulta: WAB = m g y A − m g y B . Por tanto, la energía potencial en un punto a una altura h es: Ep = m g h , donde hemos elegido el origen de energía en h = 0.
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 = −d(flujo) / dt
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).
CLASES DE ONDAS:
Existen varias clasificaciones posibles:
Según el medio en el que se propaga la onda
(Las que No necesitan un medio material para propagarse y pueden, por tanto, propagarse en el vacío, estas son las gravitatorias y la electromagnéticas. Ejp:
luz, radio, televisión.)(- Las que Necesitan un medio material para propagarse. A este tipo responden el resto de fenómenos ondulatorios que conocemos, como por ejemplo: el sonido, las olas. Este tipo de ondas son el resultado del movimiento ordenado de muchas partículas.)
Según la dirección de vibración
( Ondas Transversales: la vibración se produce en alguna dirección perpendicular a la dirección de propagación. Ejemplos: cuerda sacudida transversalmente )(- Ondas Longitudinales: la vibración se produce en la dirección de propagación. Ejemplo: ondas sonoras)
Según el número de dimensiones del espacio en el que se propagan:
Unidimensionales (ej.: vibraciones en una cuerda). – Bidimensionales (ej.: olas en la superficie de un líquido o vibraciones en una membrana). – Tridimensionales (ej.: la luz y el sonido).
PRINCIPIO DE HUYGENS:
Se trata de un mecanismo sencillo para la construcción de frentes de ondas a partir de frentes en instantes anteriores.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 figura muestra un ejemplo de aplicación a un frente de ondas esférico y otro ejemplo para explicar la difracción de un frente de ondas plano producida por un obstáculo
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.
Aunque Huygens lo formuló para las ondas materiales, que eran las únicas conocidas en su época, su principio es válido para todo tipo de ondas. Kirchhoff extendíó el método a las ondas electromagnéticas, una vez que fueron descubiertas.
LEYES DE LA REFLEXIÓN Y LA 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:
n1 senαi = n2senαr (dibujo)
La ley de Snell implica que si la luz pasa a un medio de índice mayor, los rayos se acercan a la normal (se alejan de la normal si el segundo medio posee un índice menor). La ley de Snell también puede expresarse en función de las velocidades de la luz en los dos medios, teniendo en cuenta que n = c / v . Así:
(sen0i/sen0t)=(v1/v2)
DEFECTOS DE LA VISIÓN: 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.Decimos que un ojo es emétrope cuando no presenta ametropías, es decir, cuando su potencia es la adecuada en relación con su tamaño.Decimos que un ojo es emétrope cuando no presenta ametropías, es decir, cuando su potencia es la adecuada en relación con su tamaño: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). Hipermetropía: Ocurre lo contrario que en la miopía: el foco imagen cae por detrás de la retina.Se corrige mediante una lente convergente (potencia positiva)
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.
RELATIVIDAD ESPECIAL. POSTULADOS Y REPERCUSIONES:
Un problema fundamental en Física a finales del Siglo XIX, era que las leyes del electromagnetismo variaban al cambiar de sistema de referencia, violándose el principio de relatividad de Galileo que era la base de la mecánica de Newton. Einstein concilió las dos teorías (la mecánica y el electromagnetismo) mediante su Teoría Especial de la Relatividad, que se basa en los dos postulados siguientes:1º Principio, de relatividad: Todas leyes de la física tienen la misma forma en los sistemas de referencia inerciales (es decir, para diferentes observadores). 2º Principio, de constancia de la velocidad de la luz: La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal. La teoría de Einstein conduce a algunas conclusiones que nos obligan a cambiar las concepciones clásicas de espacio, tiempo, masa y energía:- El espacio y el tiempo no son absolutos.- Ningún cuerpo puede viajar a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío. – La masa y la energía son equivalentes, puede transformarse la una en la otra según la ecuación E = m c2 .
CONCEPTO DE 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.
TIPOS DE RADIACIONES NUCLEARES
Existen los tres tipos siguientes, que se diferencian por el tipo de partículas emitidas y por su poder de penetración en la materia:
Radiación alfa
Está constituida por partículas alfa, que son núcleos de helio formados por dos protones y dos neutrones, 4/2He.Las partículas alfa tienen carga eléctrica positiva y penetran muy poco en la materia.
Radiación beta
También está formada por partículas, en este caso electrones. Estos electrones no proceden de la corteza sino de la desintegración de neutrones del núcleo.La radiación beta posee carga negativa y su poder de penetración es mayor que el de las partículas alfa.
Radiación gamma
Es de naturaleza electromagnética; está formada por fotones. Se produce porque los núcleos pueden estar en diferentes estados energéticos.La radiación gamma es la que mayor poder de penetración tiene.
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.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.