FISICA 1 La Energía LA ENERGIA:

FISICA 1 La Energía

LA ENERGIA:

Es la propiedad que poseen los cuerpos, gracias a la cual pueden trasformarse ellos mismos, o producir transformaciones en otros cuerpos.

TIPOS DE ENERGIA:

La energía se pone de manifiesto en la vida de muy diversas formas, siendo las más representativas: la mecánica, la eléctrica, la química, la luminosa, la nuclear y la térmica o calorífica.

Todos los tipos de energías están relacionados entre si, de tal forma que los cuerpos cuando evolucionan en el tiempo, van trasformando un tipo de energía en otro, de tal forma que se cumple el principio de conservación de la energía: “La energía ni se crea ni se destruye, únicamente se trasforma”.

LA ENERGIA MECANICA:

Esta energía es la más evidente, pues puede observarse directamente, y tiene asociadas dos componentes claras, la ENERGIA CINETICA, relacionada con el movimiento del cuerpo (velocidad), y la ENERGIA POTENCIAL, relacionada con su posición en el espacio (altura).

MANIFESTACIÓN DE LA ENERGIA:

Cuando un cuerpo usa su energía esta se pone de manifiesto o la podemos observar porque sobre el cuerpo o el cuerpo realiza una FUERZA sobre otro cuerpo.

La fuerza es la forma en la que vemos como se gasta la energía de un cuerpo.

TRABAJO:

Cuando aplicamos una fuerza sobre un cuerpo, lo que estamos realizando es un trabajo. Estamos gastando una energía para crear una fuerza, la cual produce un trabajo.

El trabajo lo podemos calcular como: T =F⋅e

i

f E

E

T = −

O sea hay dos posibilidades:

• cuando conocemos la fuerza empleada (que se mide en Newton’s) y el desplazamiento o espacio que la acción de esa fuerza ha producido en el cuerpo (que se mide en metros).

• cuando no conocemos la fuerza, podemos calcular la energía empleada, midiendo la energía que teníamos al principio Ei (energía

inicial) y la que nos queda al final Ef (energía final), y calculando su

Las energías iniciales y finales tienen dos componentes, la energía cinética y la energía potencial, las cuales podemos calcular por: 2

2 1 v m E_c = ⋅ ⋅ h g m E_p = ⋅ ⋅

La masa m se mide en Kilogramos (Kg).

La velocidad v en s m . La altura h en metros (m). La gravedad g vale 2 8 , 9 s m

Tanto la Energía como el Trabajo se miden en Julios (1J = 1N • 1m).

LA POTENCIA:

La potencia es la rapidez con que una fuerza desarrolla un trabajo, o sea lo deprisa que se trabaja.

Se calcula con la formula:

t T P=

T es el trabajo que se mide en Julios (J). T es el tiempo que se mide en segundos (s). P es la potencia que se mide en Watios (W).

s J W 1 1 1 = LAS MAQUINAS:

Son un dispositivo capaz de trasformar energía en trabajo útil. Una maquina viene caracterizada por su rendimiento:

da suministra energia util trabajo rendi=

El rendimiento de una máquina se da en %.

LEY DE LA PALANCA:

El trabajo realizado por un brazo de la palanca es igual al realizado por el otro brazo. Cumple la ecuación: Tbrazo izquierdo = Tbrazo derecho

Fizq• eizq = Fder• eder

eiz

eder

Fiz Fder

FÍSICA 2 -- LAS FUERZAS

MASA DE LOS CUERPOS

Es la cantidad de materia que posee un cuerpo. El número de sus átomos. No confundir con su peso. FUERZA

Los cuerpos no poseen fuerza, sino que la realizan o la reciben al ponerse en contacto o interactuar con otro cuerpo. Dependen de sus masas no de sus volúmenes.

REPRESENTACIÓN

Las fuerzas se representan por flechas denominadas vectores que poseen: Punto de aplicación, dirección, sentido e intensidad.

MOVIMIENTO: acción de las fuerzas

Las fuerzas modifican la velocidad de los cuerpos y pueden modificar su trayectoria y sentido del movimiento.

FUERZA DE INERCIA

Todo cuerpo sobre el que actúa una fuerza, para poder detenerse necesita que se aplique sobre él otra fuerza contraria a su movimiento, sino el cuerpo seguirá en movimiento.

ACCIÓN Y REACCIÓN

Cuando aplicamos una fuerza sobre un cuerpo este nos devuelve, hasta donde le es posible, otra fuerza igual y de sentido contrario. Si la fuerza que aplicamos supera la fuerza que nos puede devolver se producirá una deformación en el cuerpo. La fuerza devuelta se denomina REACCIÓN.

UNIÓN DE FUERZAS

R = F1 + F2

FUERZAS EN MUELLES

F = fuerza K = cte. del muelle l = longitud final l0 = longitud inicial

FUERZA GRAVITATORIA

La fuerza de atracción o repulsión que se ejercen dos cuerpos en el universo, viene determinada por la ley de gravitación universal de Newton.

(

)

G = cte. de gravitación universal =

En el caso de interactuar en la Tierra, esta fuerza se convierte en:

Donde la correlación con la general es: ₂1 ₂ T T R M G d m G g= ⋅ = ⋅ Kg Tierra masa M_T = =5,98⋅1024 Km Tierra radio R_T = =6370 2 8 , 9 s m g= ⋅

En función a la distancia a la que nos encontremos del centro de la Tierra, la gravedad irá afectándonos menos a mayor distancia.

Si la fuerza la analizamos en horizontal toma la forma de la formula: F =m⋅a

UNIDADES Y FACTORES DE CONVERSIÓN

V m = ρ densidad = volumen masa masa = Kg. volumen = ¿? t v

e= ⋅ e = espacio = metros v = velocidad =

s m t = segundos 2 0 2 1 t a t v e e= + ⋅ + ⋅ ⋅ a = aceleración = 2 s m

Fuerza = N (newton) P = peso = N (newton) ₂

s m Kg N = ⋅ 2 2 11 10 67 , 6 Kg m N⋅ ⋅ − g m P= ⋅

FÍSICA 3 – EL MOVIMIENTO

MOVIMIENTO

Al observar el movimiento de un cuerpo tenemos que determinar tres ideas básicas:

• Cambio de estado del móvil

• Posición que ocupa

• Tiempo que tarda en moverse

Estas tres ideas deben estar referidas a un punto o lugar desde el cual observamos, pues no es lo mismo ver moverse algo desde la ventana de casa que verlo desde la luna. Este lugar desde el cual observamos se llama Sistema de Referencia.

TIPOS DE MOVIMIENTO

Los cuerpos al moverse describen trayectorias, que es la sucesión de puntos donde se encuentra el cuerpo en cada momento.

Las trayectorias pueden ser:

• Rectilíneas

• Curvilíneas

Cada trayectoria tiene una dirección y cada dirección dos sentidos.

MEDIDA DE LA TRAYECTORIA (Posición)

Es la distancia al origen del movimiento.

ESPACIO RECORRIDO SOBRE LA TRAYECTORIA (Espacio)

Es la diferencia entre las posiciones final e inicial del movimiento. e = Pf - Pi

DURACIÓN DEL MOVIMIENTO (Tiempo)

Es el tiempo transcurrido entre que se empieza a mover y el que tiene cuando acaba de moverse.

T = Tf - Ti

CAMBIOS SOBRE LA TRAYECTORIA (Velocidad)

Cuando sobre la trayectoria se producen cambios de posición del cuerpo, esto es debido a que el cuerpo ha adquirido una cierta velocidad.

RELACIONES SOBRE LA TRAYECTORIA

t e

REPRESENTACIONES (Gráficas e-t) e e Absoluta General t t e e0 t

Si no se empieza a estudiar un movimiento desde la posición origen de coordenadas (0,0), se corrige la formula con el espacio inicial e0

t v e e= ₀ + ⋅

RELACIONES SOBRE LA TRAYECTORIA (Variable)

Cuando las variaciones de posición no se realizan de forma uniforme, se dice que el movimiento esta dotado de aceleración.

La aceleración es la rapidez con que cambia la velocidad en un movimiento.

Cuando la aceleración es debida a la atracción de la Tierra esta se llama gravedad (g) y tiene un valor de 2 8 , 9 s m

a nivel del mar.

REPRESENTACIONES (Gráficas v-t)

Estas gráficas se usan solo para representar movimientos con aceleración.

v v

velocidad aumenta velocidad disminuye

acelerando “frenando” t t v v velocidad constante gráfica e-t t t

CALCULO DE e EN GRÁFICAS DE TRAYECTORIA (Variable) Formula: _{0 0} 2 2 1 t a t v e e= + ⋅ + ⋅ ⋅

Gráficas: e = área de las superficies entre función y ejes

v

el espacio recorrido por el cuerpo

v1 desde el principio hasta t1 es igual a

la suma del área del rectángulo v0:t1

más el área del triángulo v1:t1

v0

t t1

UNIDADES DE MEDIDA

e (espacio) = m (metro); Km (kilometro)

t (tiempo) = s (segundos); h (horas)

v (velocidad) = h Km s m ; a (aceleración) = 2 2 ; h Km s m

FÍSICA 4 Calor y Temperatura

LA TEMPERATURA:

La temperatura de un cuerpo es una propiedad que mide el movimiento interior de las partículas que forman el cuerpo, luego está relacionada con la Energía Cinética de ese cuerpo.

MEDIDA DE LA TEMPERATURA:

La forma de medir la temperatura de un cuerpo es calculando la cantidad de energía interna que tiene para transferir a otro cuerpo.

Esta energía interna cuando se transfiere se denomina CALOR.

Para poder medir la temperatura de un cuerpo hemos de poner este en contacto con otro cuerpo y que se transfiera calor. El aparato que se usa se denomina termómetro.

Los termómetros miden la temperatura de un cuerpo, pero pueden emplear varias escalas o unidades para medirla: la escala Celsius (grados centígrados ºC), la escala Fahrenheit (grados fahrenheit ºF), y la escala absoluta (grados Kelvin ºK).

La conversión entre ellas viene dada por:

( )

( )

( )

( )

El calor puede transferirse de un cuerpo a otro de varias formas:

• Conducción: cuando los dos cuerpos se ponen en contacto físicamente, sin perdida de materia.

• Convección: cuando los cuerpos puestos en contacto están en estado líquido o gaseoso, por lo que hay flujo de materia.

• Radiación: cuando los cuerpos no están físicamente en contacto, pero ambos propagan energía en forma de ondas electromagnéticas.

EFECTOS DEL CALOR:

El calor al intercambiarse entre cuerpos da lugar, en función del estado en el cual se encuentre el cuerpo, diversas variaciones o tipos de DILATACIONES.

Las dilataciones, en función de los cambios de estados que produzcan tienen diversas denominaciones:

• Fusión: sólido a líquido.

• Vaporización: líquido a gaseoso.

• Licuación: gaseoso a líquido.

• Solidificación: líquido a sólido.

MEDIDA DEL CALOR:

El calor depende de la naturaleza del cuerpo, de la cantidad de materia de la que dispongamos, y de la variación de temperatura que se produzca, por lo tanto la forma de medirlo viene dado por la formula: Q=m⋅C_e⋅

(

)

T C m Q= ⋅ _e⋅∆

Q es el calor y se mide en calorías o en su equivalente Julios. 1cal = 4,18 J. m es la masa de cuerpo y se mide en Kg.

Tf es la temperatura al final del proceso y se mide en grados (ºC, ºF, ºK).

Ti es la temperatura al inicio del proceso y se mide en grados (ºC, ºF, ºK).

∆T es la variación de temperatura y se mide en grados (ºC, ºF, ºK).

Ce es el calor específico de cada cuerpo, es una constante particular de cada material.

CALCULO DEL CALOR EN UN PROCESO:

Para calcular en calor en un proceso hay que calcular los Q empleados en variar la temperatura en cada estado de la materia, y sumarle los Q empleados en cambiar de estado la materia.

FÍSICA 5 Electricidad

QUE ES LA ELECTRICIDAD

La propiedad que presentan ciertos cuerpos cuando son frotados de atraer a otros pequeños cuerpos se conoce como electrización.

El hecho de que un cuerpo este electrizado implica que ha adquirido una nueva característica, la “carga eléctrica”.

Esta característica se manifiesta mediante fuerzas de atracción o repulsión entre los cuerpos electrizados.

Existen dos tipos de carga eléctrica, la positiva +, y la negativa -. Las cargas de igual signo se repelen y las de distinto se atraen.

NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA

Todo cuerpo se puede cargar tanto positiva (+) como negativamente (–).

Esto es debido a la constitución de la materia, formada por unas pequeñas partículas llamadas átomos, que a su vez tienen tres componentes: neutrones, protones y electrones.

e− e−

N p+

Los protones poseen carga eléctrica + y una gran cantidad de masa, localizándose en el núcleo del átomo junto con los neutrones que no tienen carga pero si masa.

Los electrones giran alrededor del núcleo y poseen carga – pero muy poca masa.

Debido a la naturaleza intrínseca de los átomos, estos no pueden ganar ni perder p+, pero si ganar o perder e−.

Así, cuando un átomo gana e− adquiere una carga eléctrica negativa (-), y cuando pierde e− adquiere una carga eléctrica positiva (+).

Como los cuerpos poseen infinidad de átomos, cuando ganan o pierden e− lo hacen por miles de millones de unidades.

Para saber si un cuerpo esta cargado eléctricamente utilizamos un aparato llamado electroscopio.

TIPOS DE CUERPOS

La propiedad de poderse cargar eléctricamente un cuerpo, no quiere decir que todos los cuerpos lo hagan de la misma forma. Mientras que en unos las cargas eléctricas se reparten por la superficie por donde ha sufrido el rozamiento, en otros se reparten por todo el material.

Esta diferencia, y dado que la electrización es la pérdida o ganancia de e−, nos permite clasificar a los materiales en:

• Aislantes: aquellos que no permiten la circulación de e−, pues su carga se reparte por la superficie.

• Conductores: aquellos que si permiten la circulación de e−, pues la carga esta repartida por todo el material.

FORMAS DE ELECTRIZAR

Ya sea un cuerpo aislante o conductor, existen tres formas de electrizarlos (si se puede):

• frotamiento

• contacto

• Influencia.

UNIDAD DE CARGA ELECTRICA

Para poder medir la carga que adquiere un cuerpo, el físico francés Charles A. Coulomb, definió como unidad de carga al Culombio C, que es la carga eléctrica equivalente a 6,25 trillones de e−. − ⋅ = e C 6,25 1018 1

Un cuerpo adquiere una carga de +1C si pierde 6,25 trillones de e−, y adquiere una carga de –1C si gana 6,25 trillones de e−.

Pero el Coulomb es una unidad demasiado grande para casi todas las medidas actuales, pues los cuerpos ganan o pierden una cantidad inferior de e−, por eso usamos fracciones de Coulomb:

1mC = 0,001C = 10-3C 1µC = 0,000001C = 10-6C LEY DE COULOMB

La fuerza con que se atraen o repelen las cargas eléctricas viene dada por la formula:

2 2 1 d q q K F = ⋅ ⋅ donde:

F = fuerza resultante, que se mide en N. qi = cargas eléctricas que se mide en C.

d = distancia entre las cargas que se mide en metros (m).

K = constante que identifica el medio en el cual se encuentran las cargas, y que mide la mayor o menor conductividad de este.

Para el caso de que el medio sea en vacío la constante K vale

2 2 9 10 9 C m N⋅ ⋅

TEORIA DE UNIFICACIÓN DE LOS CAMPOS

Las fuerzas eléctricas y gravitatorias presentan una unificación que se pone de manifiesto al observar sus respectivas formulas:

2 2 1 d q q K F = ⋅ ⋅ 2 2 1 d m m G F = ⋅ ⋅

aunque presentan algunas diferencias de concepto:

• La fuerza eléctrica puede ser + si se repelen las cargas o – si se atraen las cargas.

• La fuerza gravitatoria es siempre + y de atracción entre masas.

• La constante K es mucho mayor que la G, pues la fuerza eléctrica es de una intensidad mucho mayor que la gravitatoria.

• G no depende del medio que hay entre las masas, mientras que K si.

• Las cargas eléctricas pueden aislarse de la influencia de otras cargas, las masas no pueden aislarse de la influencia gravitatoria.

CAMPO ELECTRICO

El hecho de que las cargas de dos cuerpos cargados creen una fuerza entre ellos, implica que el medio en el que están inmersos, el espacio que los rodea, se modifica creando una zona llamada “campo eléctrico”, donde cualquier carga que penetre en el se ve afectada por esa fuerza.

Este campo eléctrico lo podemos identificar por su “intensidad de campo eléctrico”, E, que viene dado por:

q F E= Y en la formula general por:

2

d q K E= ⋅

Siendo asimilable a la gravedad, g, del campo gravitatorio:

2

d m G g= ⋅

Sus unidades son

C N