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  • Física de Cuarto Año

        Física

         La palabra Física proviene del vocablo griego Physis, cuyo significado es Naturaleza. La Física es una ciencia que estudía la naturaleza. Es la ciencia que sirve de base para comprender el comportamiento de los fenómenos naturales que se desarrollan en el espacio tiempo. Se ocupa de estudiar las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerzas). Mediante la observación de la naturaleza, está ciencia trata de descubrir las leyes que rigen la materia y la energía en cualquiera de su formas y utiliza el método científico para formular y comprobar sus hipótesis.

  • Tema de Repaso

    Medidas y Unidades Físicas

         La Física es una ciencia cuantitativa. La descripción de los fenómenos y el establecimiento de leyes requieren de la medición de las propiedades físicas involucradas. La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una magnitud física, como resultado de una comparación de dicha magnitud con otra similar tomada como patrón (unidad de medida). 

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  • Tema 1

    Movimientos Rectilíneos

    Cuando la trayectoria de un móvil es recta, la velocidad lleva siempre esa misma Trayectoria Recta horizontaldirección. A este tipo de movimiento lo llamamos movimiento rectilíneo. 

    Los tipos de movimiento rectilíneo más importantes:

    • El movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

    Se caracteriza por tener una trayectoria rectilínea y una velocidad constante

    • El movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV)

    Tiene una trayectoria recta y su aceleración es constante; es decir, aumenta y disminuye de manera constante la rapidez. El movimiento rectilíneo uniformemente variado puede ser acelerado o retardado.

    Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: Es acelerado cuando su Rapidez aumenta a medida que transcurre el tiempo y, por tanto, la aceleración es positiva. Movimiento rectilíneo uniformemente retardado: Es retardado cuando su Rapidez disminuye a medida que pasa el tiempo y, por tanto, la aceleración es negativa.

     Movimiento de Caída Libre y lanzamiento vertical.

    Es el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) en el que la aceleración coincide con el valor de la gravedad. En la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad se puede considerar constante, dirigida hacia abajo, se designa por la letra “g”.

    Para estudiar el movimiento de caída libre y lanzamiento vertical hacia abajo normalmente utilizaremos un sistema de referencia cuyo origen de coordenadas se encuentra punto desde el que soltamos o lanzamos el cuerpo y consideraremos el sentido positivo del eje y apuntado hacia abajo. 

    Para estudiar el movimiento de  lanzamiento vertical hacia arriba utilizaremos un sistema de referencia cuyo origen de coordenadas se encuentra en el pie de la vertical del punto desde se lanza el cuerpo y consideraremos el sentido positivo del eje y apuntado hacia arriba.

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  • Tema 2

    Sistema de Referencia y el Movimiento Relativo

      Para entender y construir la historia del movimiento mecánico es necesario considerar que en todos los casos se describe respecto de un observador, este observador esta localizado en un punto del espacio, a este punto del espacio, fijo se le adiciona otras propiedades como un sistema de coordenadas, una escala de tiempo. así se constituye lo que se denomina un sistema de referencia o marco de referencia. 

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  • Tema 3

    Lanzamiento Horizontal

    Trayectoria Semi-Parábola    El lanzamiento horizontal resulta de la composición de un movimiento rectilíneo uniforme (mru horizontal) y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado de caída libre (mrua vertical).

    Es un movimiento bidimensional. La trayectoria no es una línea recta sino una curva parabólica.

    La componente horizontal de la velocidad es constante, pero la componente vertical comienza en cero y va aumentando linealmente con el tiempo, dado que la aceleración es constante ( la de la gravedad).

    Dado que los dos movimientos que se componen son perpendiculares entre sí, se puede analizar el movimiento usando el principio de superposición de movimientos. Según este principio se puede calcular la abscisa “x” y la ordenada “y” del móvil en cada instante en función del tiempo usando las fórmulas del M.R.U. y de la Caída Libre respectivamente. Se trabaja como si fueran dos movimientos separados.

    Los dos movimientos no interfieren entre sí, ya que cada uno de ellos no tiene componente en la dirección del otro.

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  • Tema 4

    Lanzamiento Inclinado

    Lanzamiento inclinado

       En el lanzamiento inclinado, el objeto es arrojado con una velocidad inicial "V"que forma un cierto ángulo “ϕ” con la horizontalGeneralmente se dan de datos el módulo de Vi” y el citado ángulo “ϕ”. La primera tarea a realizar es descomponer este vector oblicuo en las dos direcciones horizontal y vertical. La velocidad inicial “Vi” tiene dos componentes:

    1. La componente horizontal “Vx que es constante, pues al tratarse de un movimiento en el vacío corresponde a un M.R.U. pues no hay rozamientos.

    2. La componente vertical “Vy1, que es similar a la velocidad inicial de un Tiro Vertical; va disminuyendo a medida que el cuerpo asciende hasta hacerse cero en el punto más alto de la trayectoria, para luego cambiar de signo, hacerse negativa y mientras desciende comienza a aumentar en módulo hasta alcanzar el mismo valor inicial en el instante final. Esto último es válido si suponemos que el inicio y el fin del movimiento ocurren al mismo nivel o altura.

    descaomposicin de las velocides

     El Lanzamiento inclinado es una composición de movimientos entre un M.R.U. en la dirección horizontal y un lanzamiento  Vertical en la dirección vertical.

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  • Tema 5

    Movimiento Circular Uniforme (M.C.U.)

    Movimiento circular   El movimiento circular uniforme (M.C.U.) es un movimiento de trayectoria circular en el que la velocidad angular es constante (ω). Esto implica que describe ángulos (φ) iguales en tiempos iguales definiendo arcos (L) en los mismos intervalos de tiempo. En él, el vector velocidad no cambia de módulo (rapidez constante) pero sí de dirección (es tangente en cada punto a la trayectoria). Esto quiere decir que no tiene aceleración tangencial ni aceleración angular, aunque sí aceleración normal conocida como aceleración centrípeta (ac) dirigida hacia el centro de la trayectoria. El movimiento Circular uniforme es un movimiento periódico ya que, se repite la misma trayectoria en un intervalo de tiempo igual.

    Ejemplos de movimientos circulares: Las aspas de un ventilador encendido, las ruedas de una bicicleta en movimiento, las manecillas de un reloj, el carrusel de la Feria, las hélices de un helicóptero o avión, el movimiento de rotación del planeta tierra, el movimiento de nuestra luna alrededor de la tierra entre otros.

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  • Tema 6


       Leyes de Kepler

      Las leyes de Kepler surgen para explicar matemáticamente el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Se pueden considerar las precursoras de la Ley de la gravitación universal de Newton.

    Kepler no comprendió el origen de sus leyes. Fue Newton, años más tarde, quien describió con precisión las magnitudes que permitían explicarlas, enunciando así la ley de la gravitación universal.

    Para describir la  trayectoria de la Tierra alrrededor del sol, kepler se basa en tres Leyes:

    • 1er ley de Kepler: ley de las órbitas
    • 2da ley de Kepler: Ley de las áreas
    • 3era ley de Kepler: Ley de los periodos

    Gracias a ellas podemos estudiar también: El movimiento de cualquier cuerpo que orbite alrededor del Sol: planetas asteroides cometas Satélites orbitando alrededor de planetas Naturales ( por ejemplo, la Luna ) Artificiales

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  • Tema 7

                   Movimiento Armónico Simple

             Las oscilaciones o vibraciones se presentan en la Naturaleza con mucha frecuencia. Ejemplos de oscilaciones son el movimiento de una cuerda de guitarra tras pulsarla, o de cualquier otro instrumento de cuerda, o el del muelle estirado una vez que se deja libre uno de sus extremos, así como cualquier otro material elástico.   

          Mediante las oscilaciones de un péndulo se pudo empezar a medir los intervalos de tiempo de una manera fiable y reproducible. En la actualidad, también hablamos de oscilaciones al referirnos a la producción de ondas electromagnéticas de radio, televisión o la telefonía móvil; o dentro de la teoría atómico-molecular al señalar el movimiento vibratorio de átomos y moléculas en un cristal.

    Para entender el movimiento armónico simple es importante entender el concepto de oscilación o vibración. Los cuerpos oscilan o vibran cuando se apartan de su posición de equilibrio estable.

    El concepto de vibración es el mismo que el de oscilación, en ocasiones se emplea el término vibración para designar una oscilación muy rápida o de alta frecuencia.

    Un movimiento periódico es oscilatorio cuando la trayectoria se recorre en los dos sentidos. Son movimientos oscilatorios las oscilaciones de un péndulo, el movimiento de un cuerpo unido a un muelle, el movimiento de los electrones , el pistón del motor de un coche, el niño columpiándose.

     

    El movimiento vibratorio más sencillo es el movimiento armónico simple (MAS), que es aquel movimiento vibratorio en el que la posición, velocidad y aceleración se pueden describir mediante las funciones seno y/o coseno.

    El movimiento de un péndulo realmente no es vibratorio, salvo que la longitud del hilo sea muy larga y las oscilaciones muy pequeñas, y, entonces, la trayectoria del cuerpo que hay unido al hilo se podría aproximar a una rectilínea.

    Los movimientos oscilatorios pueden ser amortiguados y no amortiguados o libre. Un movimiento oscilatorio es no amortiguado o libre si permanece igual a lo largo del tiempo, y es amortiguado si desaparece al cabo de un cierto tiempo.

    Estudiaremos un tipo de movimiento oscilatorio no amortiguado.

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  • Tema 8

    Dinámica: Leyes de Newton.

         La dinámica es la parte de la física que estudia la relación existente entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y los efectos que se producirán sobre el movimiento de ese cuerpo.

         La fuerza, por lo tanto, es una magnitud que tiene la capaz de incidir en la forma y en el movimiento de los cuerpos. Puede decirse que las fuerzas generan un efecto sobre los cuerpos que presentan una cierta masa. 

         Leyes de Newton, conocidas como Leyes del movimiento de Newton o Leyes de la Dinámica, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquel relativos al movimiento de los cuerpos o sea se explica el movimiento de los cuerpos así como sus efectos y causas. 

     

    Estas tres leyes son la base de toda la mecánica clásica, porque son los principios que rigen el movimiento en general, es decir:

    • El cambio de estado de reposo a movimiento o viceversa (primera ley)
    • Los efectos de la fuerza sobre un cuerpo (segunda ley) y
    • La interacción entre dos o más cuerpos (tercera ley).

    Estas  leyes también son base para el estudio dentro de la cinemática, dinámica, mecánica de fluidos y sólidos, incluso en termometría. La única parte de la física en la que las leyes de Newton no son del todo válidas son en la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad.

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  • Tema 9

    Diagrama de Fuerza

       Un diagrama de cuerpo libre es una herramienta que facilita la identificación y análisis de las fuerzas que deben tenerse en cuenta para la resolución del problema.

       Es una representación gráfica que debe mostrar todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo para descubrir las fuerzas desconocidas en las ecuaciones de movimiento de los cuerpos. Se utiliza muy a menudo la expresión diagrama de fuerzas como equivalente a diagrama de cuerpo libre, pero lo correcto es decir diagrama de fuerzas sobre un cuerpo libre o diagrama de fuerzas de sistema aislado.

          En estos diagramas, se escoge un objeto o cuerpo y se aísla, reemplazando las cuerdas, superficies u otros elementos por fuerzas representadas por flechas (vectores) que indican sus respectivas direcciones. Por supuesto, también debe representarse la peso y roce. Si intervienen varios cuerpos, se hace un diagrama de cada uno de ellos, por separado. Por supuesto, también debe representarse la peso y roce. Si intervienen varios cuerpos, se hace un diagrama de cada uno de ellos, por separado.

    Es fundamental que el diagrama de cuerpo libre esté correcto antes de aplicar la Segunda ley de Newton

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  • Tema 10

    Ley de Gravitación Universal

       El descubrimiento realizado por Isaac Newton de la Ley de la Gravitación Universal:

    Todos los objetos se atraen unos a otros con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.

    Newton demostró que la física terrestre y la física celeste son una misma cosa. El concepto de gravitación lograba: 

    • Revelar el significado físico de las tres leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.
    • Resolver el intrincado problema del origen de las mareas
    • Dar cuenta de la curiosa e inexplicable observación de Galileo Galilei de que el movimiento de un objeto en caída libre es independiente de su peso.
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  • Tema 11

     La Teoría de la Relatividad

         Los principios de la teoría de la relatividad especial fueron publicados en 1905. 10 años después, el 25 de noviembre de 1915, Albert Einstein presentó ante la Academia Prusiana de las Ciencias en Berlín (Alemania) uno de los más increíbles hallazgos científicos de la historia, una nueva teoría de la gravitación que modificó nuestra percepción del universo: la Teoría de la Relatividad general. En ella, Einstein planteaba que el universo era un todo absoluto, finito pero a la vez ilimitado (curvado sobre sí mismo), que albergaba la materia y la energía distribuidas irregularmente y con cuatro dimensiones. Einstein provocó una auténtica revolución científica desafiando la Ley de la Gravedad de Isaac Newton.

    La Teoría de la Relatividad Especial . Fue publicada en 1905. Lo que postula básicamente es que la luz viaja sobre el espacio vacío a 300 mil kilómetros por segundo y que nada es capaz de igualar esa velocidad, menos superarla. Además, el espacio y el tiempo no son absolutos, su percepción es relativa al observador.

    Por ejemplo, si una persona viajara a una velocidad cercana a la luz, tendría una percepción del espacio y el tiempo distinta a la de una persona que se encuentra en estado de reposo.

    La velocidad de la luz es una constante universal, invariable en el tiempo y espacio físico.

    La Teoría de la Relatividad General. Publicada en 1915, en ella propone que el tiempo y el espacio son dos aspectos de un mismo tejido.

    Además, dijo que los grandes volúmenes, como los planetas, curvan el espacio-tiempo y que esta curvatura es la gravedad.

    Con la llegada de esta nueva idea había dos maneras de enfocar la gravedad: podía ser una fuerza invisible, como proponía Newton, o una deformación del propio espacio y el tiempo, como dijo Einstein.

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  • Tema 12

    Impulso y Cantidad de Movimiento

            Un concepto coloquial del significado de la palabra impulso, por ejemplo, si queremos saltar una distancia, sabemos que lo lograremos mejor si "cogemos impulso" antes del salto. También en todas las situaciones donde una persona quiere derribar una puerta, se separa de ella y "coge impulso" para lograrlo. Estas apreciaciones coloquiales de la palabra corresponden mejor al concepto físico de cantidad de movimiento, pero no están muy lejos del concepto físico de impulso .

    El impulso y la cantidad de movimiento están estrechamente relacionados aunque son conceptualmente diferentes.

    Fuerzas Impulsivas son aquellas que actúan sobre un cuerpo muy breve, casi instantaneas, pero por su intensidad produce un cambio de velocidad apreciable produciendo Movimiento Rectilíneo Uniforme. 

    Impulso (I): Es el producto de la fuerza (F) por el intervalo tiempo(Δt) que actúa. Es una magnitud vectorial, que tiene la misma dirección y sentido de la fuerza.

    Cantidad de Movimiento (P) : Es el producto de la masa (m) de un cuerpo por la velocidad (V) que lleva en ese momento. 

     

    Relación entre impulso y la cantidad de movimiento

     2da Ley de Newton

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  • Tema 13

    Conservación de la cantidad de Movimiento

           En las leyes fundamentales de la Física los principios de conservación  son claves para comprender muchos fenómenos físicos. Concretamente, el principio de conservación del movimiento lineal es  consecuencia del Principio de Acción Reacción o Tercera Ley de Newton.

     

         El  principio de conservación de la cantidad de movimiento tambien conocido como el principio de conservación de momento lineal, establece que si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema es nula, su cantidad de movimiento lineal permanecerá constante en el tiempo.

    Dado dos cuerpos A y B aislados en los que solo exista una interacción entre ellos.

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  • Temas 14

    centro de masaCentro de Masa Sistema de Partícula.

    (Posición y velocidad)

              La conservación del momento total nos da un método para analizar un "sistema de partículas". Un sistema tal puede ser virtualmente cualquier cosa (un volumen de gas, agua en un recipiente o una pelota de béisbol). Otro concepto importante nos permite el análisis del movimiento general de un sistema de partículas.

              El centro de masas representa el punto en el que suponemos que se concentra toda la masa del sistema La velocidad del centro de masa para su estudio. Es el centro de simetría de distribución de un sistema de partículas.

                Se puede usar en dinámica el modelo del sólido rígido, frente al de partícula puntual, cuando las dimensiones del cuerpo que estamos estudiando no son despreciables frente a la trayectoria que describe.  Para estudiar las magnitudes cinemáticas y dinámicas referidas al centro de masas de un sólido rígido planteando aquel en el qe se pueden distinguir las partículas que lo componen.

         En la figura el centro de masas (punto amarillo) del destornillador es representativo de todo el movimiento del cuerpo. En este caso la figura describe un movimiento parabólico.


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  • Tema 15

    Trabajo Mecánico y Potencia

     Toda vez que se aplique una fuerza () a un cuerpo, y el punto de aplicación de ella sufra un desplazamiento (), se habrá producido trabajo (). En Física una fuerza realiza trabajo si llega a desplazar el cuerpo si aún aplicando la fuerza el cuerpo no se desplaza dicha fuerza no ha realizado trabajo.

      El trabajo es una magnitud escalar ya que, es el producto escalar de dos vectores.

         La rapidez con que se realiza un trabajo se denomina potencia (P), esto quiere decir que realizando el mismo trabajo  será más potente el que se realice en menor tiempo. La potencia se calcula dividiendo el trabajo (realizado entre tiempo(t ) que tarda en realizarlo.

     

    En la vida práctica la rapidez con que se realizan un trabajos puede ser de gran importancia; por que ejemplo si tenemos dos máquinas que hacen el mismo trabajo, siempre vamos a preferir la máquina más rápida.

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  • Tema 16

    La Energía

           El estudio de la Energía es de gran importancia para el desarrollo científico y tecnológico,  para comprender el funcionamiento de las máquinas e instrumentos utilizados en el mundo de hoy y muy especialmente, para la adquisición de patrones de comportamiento ante la situación de emergencia del planeta, como son,  la contaminación ambiental, los desequilibrios sociales y económicos relacionado con el incremento en la  demanda de recursos energéticos y uso de los combustibles fósiles.

    ¿Qué es la Energía?

    Es una propiedad asociada a los objetos y sustancias, y se manifiesta cuando se producen transformaciones de la misma. La energía, aun siendo única se puede presentar en la naturaleza bajo diversas formas, capaces de transformarse unas en otras cumpliendo una ley fundamental, la ley de la conservación de la energía:"la energía no se crea ni se destruye, pero si se transforma"

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  • Tema 17

    Trabajo y Energía Mecánica

           La realización de un trabajo puede verse como consumo de Energía. No obstante, la noción de energía es más amplia. Aunque, genéricamente, se define energía como capacidad de un cuerpo para realizar un Trabajo, también comprende calor, o transferencia de Energía de un sistema material a otro, como una de sus manifestaciones más comunes.

           Por tanto: El Trabajo y el calor son manifestaciones posibles de la Energía y un cuerpo posee Energía cuando es capaz de realizar un Trabajo. Se conocen dos clases de energía o dos formas básicas de la Energía: La energía potencial y energía cinética.

       

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  • Tema 18

    Conservación de la Energía Mecánica

              Un concepto básico de la física y de la mecánica en particular, es el de energía. La energía es la capacidad de la materia para producir transformaciones. La energía mecánica, es la que nos permite realizar trabajo mecánico.

           La energía mecánica (EM) de  un sistema aislado, equivale a la suma de sus energías Cinética (ECy Potencial  (EP), es decir:

    EM = EC + EP

         La energía mecánica, es una magnitud que al igual que el momentum se conserva constante en situaciones en que no hay fuerzas externas actuando sobre el sistema y en ausencia de roce. Es decir:

    EM = EC + EP = Constante

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