Física
La física es la ciencia que estudia la materia, la energía, el espacio y el tiempo, así como las interacciones entre estos cuatro conceptos fundamentales.
Fenómenos
Fenómenos físicos: No cambian las propiedades de la materia y pueden repetirse con la materia inicial. Ejemplos: rotura de un papel, caída de un cuerpo, colocar agua y aceite en un mismo recipiente, cambio de estado de la materia.
Fenómenos químicos: La sustancia sufre modificaciones irreversibles. Ejemplo: un papel al ser quemado no se puede regresar a su estado original. Las cenizas resultantes fueron parte del papel original y han sido cambiadas químicamente.
Ramas de la Física
Cinemática: Movimiento de los cuerpos.
Estática: Fuerzas que actúan sobre los cuerpos.
Mecánica: Estudia el movimiento y las fuerzas.
Termodinámica: Calor y conversión de la energía.
Equilibrio de cuerpos rígidos: Equilibrio de fuerzas en cuerpos sólidos.
Física cuántica: Energía a nivel subatómico.
Física nuclear: Átomo (núcleo).
Dinámica de fluidos: Líquidos en movimiento.
Óptica: Propagación y comportamiento de la luz.
Acústica: Sonido.
Trabajo mecánico
| Sistema | Técnico | M.K.S | C.G.S |
|---|---|---|---|
| Fuerza | Kg. fuerza | Newton | DYN (Dina) |
| Distancia | Metros | Metros | Centímetros |
| Trabajo | Kgm fuerza | Newton * Metros = Joule | DYN * Centímetros = Ergio |
| Tiempo | Segundos | Segundos | Segundos |
| Potencia | Kgm fuerza/Segundos | Joule/Segundos | Ergio/Segundos |
| Masa | UTM (Unidad Técnica de Masa) | Kg. | Gramo |
| Aceleración | Metros/Segundos² | Metros/Segundos² | Centímetros/Segundos² |
| Velocidad | Metros/Segundos | Metros/Segundos | Centímetros/Segundos |
| Longitud | Metros | Metros | Centímetros |
Kg. fuerza = UTM * Metros/Segundos²
Newton = Kg * Metros/Segundos²
DYN = Gramo * Centímetros/Segundos²
Ec = ½ * Masa * Velocidad²
Ep = Masa * Gravedad * Altura
Em = Ec + Ep + Epe
Tipos de energía
Sistemas termodinámicos
Sistema abierto: Intercambian materia y energía con su entorno.
Sistema cerrado: Intercambian energía, pero no materia, con su entorno.
Sistema aislado: No intercambian materia ni energía con su entorno.
Transferencia de energía: El análisis de la transferencia de energía entre muchos cuerpos puede ser complejo. En algunos casos, es posible distinguir un sistema que cede energía y otro que la recibe.
Ley de la conservación de la energía: “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra, manteniendo su cantidad total constante”.
Máquinas y uso de la energía
Ruedas hidráulicas: Aprovechan la energía del agua (100 a. C.).
Molinos de viento: Aprovechan la energía eólica (siglo VII d. C.).
Máquina de vapor: Transforma la energía del vapor de agua en energía mecánica (1769).
Motores eléctricos: Transforman la energía eléctrica en energía cinética (mediados del siglo XIX).
Aerogeneradores: Transforman la energía cinética del viento en energía eléctrica (actualidad).
Tipos de energía
Energía nuclear: Asociada a las fuerzas que mantienen unidos neutrones y protones en el núcleo atómico.
Energía solar: Casi toda la energía utilizada proviene del sol. Ingresa al ecosistema mediante la fotosíntesis.
Energía hidroeléctrica: Energía potencial del agua.
Energía eólica: Obtenida del viento.
Energía fotovoltaica: Energía solar capturada por paneles solares para producir electricidad.
Energía geotérmica: Energía renovable proveniente del calor interno de la Tierra.
Energía mareomotriz: Energía de las mareas.
Crisis energética
Generada por:
Contaminación del agua y del suelo.
Contaminación del aire.
Lluvia ácida.
Efecto invernadero y calentamiento global.
Cuidados de la energía eléctrica
Apagar las luces al salir.
Usar focos de baja potencia.
Reducir el uso de múltiples televisores.
Calorimetría
Temperatura: Variable de estado relacionada con la energía cinética promedio de las partículas.
Sensación térmica: Temperatura percibida por la piel, influida por factores ambientales.
Dilatación: Aumento de volumen debido al incremento de temperatura.
Dilatación lineal: Considera solo una dimensión (ΔL = L₀ * α * ΔT).
Conversiones de temperatura:
Celsius a Kelvin: K = °C + 273.15
Fahrenheit a Celsius: °C = 5/9 * (°F – 32)
Celsius a Fahrenheit: °F = 9/5 * °C + 32
Temperatura final (mezcla): Tf = (m₁ * c₁ * t₁ + m₂ * c₂ * t₂) / (m₁ * c₁ + m₂ * c₂)
Conducción térmica: Transferencia de calor por contacto directo entre partículas.
Convección térmica: Transferencia de calor en fluidos por movimiento de volúmenes.
Radiación térmica: Transferencia de calor por ondas electromagnéticas.
Calor latente: Energía absorbida durante la evaporación.
Calor específico: Q = m * c * (Tf – Ti)
Escalas de temperatura:
Celsius: (0°C – 100°C)
Fahrenheit: (0°F – 212°F)
Kelvin: (273K – 373K)
Energía eléctrica
Primer principio de la electroestática: Las fuerzas entre dos cuerpos cargados son iguales en magnitud y dirección, pero opuestas en sentido.
Segundo principio de la electroestática (Conservación de la carga): La carga no se crea ni se destruye, solo se transfiere.
Tipos de materiales según su conductividad:
Conductores: Conducen la electricidad con facilidad.
Aislantes: No conducen la electricidad con facilidad.
Semiconductores: Conducen la electricidad bajo ciertas condiciones.
Superconductores: Conducen la electricidad sin resistencia a bajas temperaturas.
Carga por contacto: Transferencia de carga por contacto físico.
Carga por inducción (polarización): Redistribución de carga en un cuerpo debido a la proximidad de otro cuerpo cargado.
Jaula de Faraday: Superficie conductora cerrada que bloquea los campos eléctricos.
Potencial eléctrico: Cantidad escalar que describe el campo eléctrico.