TIPOS DE ENERGÍA:

ENERGÍA MECÁNICA:


La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. 

Es la suma de la energía cinética y la energía potencial.

ENERGÍA CINÉTICA

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.

Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.

La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:

E c = 1 / 2 • m • v 2


E c = Energía cinética

m = masa

v = velocidad

Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.

En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).

ENERGÍA POTENCIAL

La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o configuración de un objeto. Podemos pensar en la energía potencial como la energía almacenada en el objeto debido a su posición y que se puede transformar en energía cinética o trabajo. El concepto energía potencial, U, se asocia con las llamadas fuerzas conservadoras. Cuando una fuerza conservadora, como la fuerza de gravedad, actúa en un sistema u objeto; la energía cinética ganada (o perdida) por el sistema es compensada por una perdida (o ganancia) de una cantidad igual de energía potencial. Esto ocurre según los elementos del sistema u objeto cambia de posición.

Una fuerza es conservadora si el trabajo realizado por ésta en un objeto es independiente de la ruta que sigue el objeto en su desplazamiento entre dos puntos. Otras fuerzas conservadoras son: la fuerza electrostática y la fuerza de restauración de un resorte.

FORMULA:                          U = mgh

CONCEPTOS DE FISICA

MASA

La masa es una propiedad física de las partículas o los objetos que mide su inercia, es decir, su resistencia a modificar su estado de movimiento cuando se le aplica una fuerza. Estrictamente hablando ésta sería la masa inercial. Es una propiedad fundamental de las partículas, como la carga eléctrica o el momento magnético de espín.

También puede definirse como la propiedad de los objetos que define como se atraen unos a otros bajo los efectos de la gravedad, lo que se conoce como masa gravitacional. Hasta ahora todos los experimentos han demostrado que ambas masas son equivalentes.

En el Sistema Internacional de Unidades se mide en kilogramos.

MOVIMIENTO

Es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Para producir movimiento es necesaria una intensidad de interacción o intercambio de energía que sobrepase un determinado umbral.

INERCIA

La inercia es la resistencia que opone la materia al modificar su estado de reposo o movimiento. En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en el estado físico del mismo. Los dos usos más frecuentes en física son la inercia mecánica y la inercia térmica.

• La inercia mecánica depende de la cantidad de masa y del tensor de inercia.
• La inercia térmica mide la dificultad con la que un cuerpo cambia su temperatura al estar en contacto con otros cuerpos o ser calentado. La inercia térmica depende de la cantidad de masa y de la capacidad calorífica.

ELASTICIDAD

Es la propiedad que tienen los objetos para cambiar de forma.  El estiramiento es directamente proporcional a la fuerza aplicada.  Esta relación fue considerada por Robert Hooke.  Si se estira o se comprime demasiado un material elástico, más allá de cierta cantidad entonces el objeto no regresará a su estado normal.  Cuando hay una distorsión permanente, se llama límite elástico.  La Ley de Hooke solamente aplica a casos donde la fuerza aplicada no estire o comprima el material más allá de su límite elástico.

Cuando se estira o tira de algo se dice que el objeto está en tensión.  Cuando se aprieta se dice que se comprime o está bajo compresión

Movimiento en el Plano

¿ QUE ES?


Es un movimiento cuya trayectoria se desarrolla a lo largo de una linea contenida en un plano.
Dado que un punto en el plano esta individuado por dos coordenadas, es posible estudiar este movimiento como la superposicion de dos movimientos rectilineos, uno a lo largo del eje x, otro a lo largo del eje y.
Por esta razon se le llama movimiento en dos direcciones.

Tipico ejemplo de movimiento en el plano es el movimiento parabolico de los proyectiles.
Un movimiento que no es plano, porque se desarrolla en 3 dimensiones, es el movimiento helicoidal (una persona que sube o baja por una escalera de caracol).

SE DIVIDE EN DOS: -Verticales

                                     -Proyectiles

VERTICALES

Se produce cerca de la superficie terrestre y donde se desprecia la curvatura de la superficie. En este movimiento la aceleración de la gravedad se considera constante y su valor se puede redondear en 10 m/s2.

Propiedades:

(1) La velocidad disminuye al subir y aumenta al bajar 10 m/s en cada segundo.
(2) La rapidez de subida es igual a la rapidez de bajada, al pasar por un mismo nivel horizontal.
(3) El tiempo de subida es igual al tiempo de bajada entre dos niveles horizontales.
(4) Las alturas recorridas en cada segundo forman una progresión aritmética.

Fórmulas 

Se usa:
(+) si el cuerpo baja.
(-) si el cuerpo sube.


PROYECTILES


El movimiento de un proyectil es un ejemplo clásico del movimiento en dos dimensiones con aceleración constante. Un proyectil es cualquier cuerpo que se lanza o proyecta por medio de alguna fuerza y continúa en movimiento por inercia propia. Un proyectil es un objeto sobre el cual la única fuerza que actúa es la aceleración de la gravedad. La gravedad actúa para influenciar el movimiento vertical del proyectil. El movimiento horizontal del proyectil es el resultado de la tendencia de cualquier objeto a permanecer en movimiento a velocidad constante.

ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DE PROYECTILES

Se examina sólo trayectorias suficientemente cortas para que la fuerza gravitacional se pueda considerar constante en magnitud y dirección. También hay que analizar no tener en cuenta los efectos de la resistencia del aire; Estas hipótesis simplificadas constituyen la base de un modelo idealizado del problema físico. Como, en este caso idealizado, la única fuerza que actúa sobre el proyectil es su peso considerado constante en magnitud y dirección, es mejor referir el movimiento a un sistema de ejes coordenadas rectangulares. Se toma el eje x horizontal y el eje y verticalmente hacia arriba. 

La componente x de la fuerza que actúa sobre el proyectil es nula y la componente y es el peso del proyectil – mg. Esto es, la componente horizontal de la aceleración es nula, y la componente vertical hacia abajo, es igual a la de un cuerpo que cae libremente. Puesto que la aceleración nula significa velocidad constante, el movimiento puede definirse como una combinación de movimiento horizontal con velocidad constante y movimiento vertical con aceleración constante.

FORMULAS

Movimiento en una Dirección

¿QUE ES?

La parte de la física que estudia el movimiento se llama mecánica, se divide en cinemática y dinámica.
Cinemática: Estudia el movimiento sin considerar sus causas
Dinámica: Estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen.

Definiciones:
Distancia: es una cantidad escalar, solo consta de un numero y de una unidad.
Desplazamiento: es una cantidad vectorial que describe el cambio neto de la posición de un objeto.
Rapidez: la rapidez es la distancia recorrida en determinada cantidad de tiempo.
Rapidez media: se identifica como distancia recorrida entre tiempo transcurrido.(rapidez es una cantidad escalar)
Velocidad: es una magnitud vectorial igual al desplazamiento entre el tiempo recorrido.

Formulas:
v = d/t
t = d/v
d = vt

SE DIVIDE EN DOS: -Rectilíneo
                                      -Caída Libre


RECTILÍNEO

Se denomina movimiento rectilíneo, aquél cuya trayectoria es una línea recta.

En la recta situamos un origen O, donde estará un observador que medirá la posición del móvil x en el instante t. Las posiciones serán positivas si el móvil está a la derecha del origen y negativas si está a la izquierda del origen.

Posición

La posición x del móvil se puede relacionar con el tiempo t mediante una función x=f(t).

Desplazamiento
Supongamos ahora que en el tiempo t, el móvil se encuentra en posición x, más tarde, en el instante t' el móvil se encontrará en la posición x'. Decimos que móvil se ha desplazado Dx=x'-x en el intervalo de tiempo Dt=t'-t, medido desde el instante t al instante t'.

Velocidad

La velocidad media entre los instantes t y t' está definida por

Para determinar la velocidad en el instante t, debemos hacer el intervalo de tiempo Dt tan pequeño como sea posible, en el límite cuando Dt tiende a cero.

Pero dicho límite, es la definición de derivada de x con respecto del tiempo t.

Aceleración

En general, la velocidad de un cuerpo es una función del tiempo. Supongamos que en un instante t la velocidad del móvil es v, y en el instante t' la velocidad del móvil es v'. Se denomina aceleración media entre los instantes t y t' al cociente entre el cambio de velocidad Dv=v'-v y el intervalo de tiempo en el que se ha tardado en efectuar dicho cambio, Dt=t'-t.

La aceleración en el instante t es el límite de la aceleración media cuando el intervalo Dt tiende a cero, que es la definición de la derivada de v.




CAÍDA LIBRE

El movimiento de los cuerpos en caída libre (por la acción de su propio peso) es una forma derectilíneo uniformemente acelerado.

La distancia recorrida (d) se mide sobre la vertical y corresponde, por tanto, a una altura que se representa por la letra h.

En el vacío el movimiento de caída es de aceleración constante, siendo dicha aceleración la misma para todos los cuerpos, independientemente de cuales sean su forma y su peso.

La presencia de aire frena ese movimiento de caída y la aceleración pasa a depender entonces de la forma del cuerpo. No obstante, para cuerpos aproximadamente esféricos, la influencia del medio sobre el movimiento puede despreciarse y tratarse, en una primera aproximación, como si fuera decaída libre.

La aceleración en los movimientos de caída libre, conocida como aceleración de la gravedad, se representa por la letra g y toma un valor aproximado de 9,81 m/s2  (algunos usan solo el valor 9,8 o redondean en 10).

Si el movimiento considerado es de descenso o de caída, el valor de g resulta positivo como corresponde a una auténtica aceleración. Si, por el contrario, es de ascenso en vertical el valor deg se considera negativo, pues se trata, en tal caso, de un movimiento decelerado.

Para resolver problemas con movimiento de caída libre utilizamos las siguientes fórmulas:

 Algunos datos o consejos para resolver problemas de caída libre:

Recuerda que cuando se informa que “Un objeto se deja caer” la velocidad inicial será siempre igual a cero  (v0 = 0).

En cambio, cuando se informa que “un objeto se lanza” la velocidad inicial será siempre diferente a cero (vo ≠ 0).

Magnitudes Fisicas

¿QUE ES?



En Física, se llaman magnitudes a aquellas propiedades que pueden medirse y expresar su resultado mediante un número y una unidad. Son magnitudes las longitud, la masa, el volumen, la cantidad de sustancia, el voltaje, etc.
Las siguientes magnitudes se denominan magnitudes físicas fundamentales. Si a estas magnitudes se les añaden dos magnitudes complementarias: el ángulo sólido y el ángulo plano, a partir de ellas pueden expresarse todas las demás magnitudes físicas.

Magnitudes Símbolo Longitud x Masa m Tiempo t Temperatura T Intensidad de corriente eléctrica I,i Intensidad luminosa I Cantidad de sustancia mol

La Física estableció 7 magnitudes fundamentales de las que se pueden derivar todas las demás (magnitudes derivadas). A estas siete magnitudes fundamentales hay que añadir dos magnitudes complementarias: Ángulo plano y Ángulo sólido.

Para estudiar toda la Mecánica sólo son necesarias tres: M,L,T (masa, longitud, tiempo).
A cada una de las magnitudes fundamentales se le asigna una unidad fundamental y de estas unidades se derivan todas las demás.

Campo Electrico

¿ QUE ES?

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante.

UNIDAD DE MEDICIÓN

La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.

Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga.

EXPERIMENTOS

Magnétismo

¿QUE ES?

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.

MATERIALES MAGNÉTICOS

• Ferromagnéticos: constituyen los imanes por excelencia, son materiales que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de campo magnético externo. Por encima de una cierta temperatura (temperatura de Curie)se convierten en paramagnéticos. Como ejemplos más importantes podemos citar el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de éstos.

• Paramagnéticos: cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán pero se encuentran orientados al azar de modo que el efecto magnético se cancela. Cuando se someten a la aplicación de un B adquieren una imanación paralela a él que desaparece al ser retirado el campo externo. Dentro de esta categoría se encuentran el aluminio, el magnesio, titanio, el wolframio o el aire.
• Diamagnéticos: en estos materiales la disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Bajo la acción de un campo magnético externo la sustancia adquiere una imanación débil y en el sentido opuesto al campo aplicado. Son diamagnéticos por ejemplo el bismuto, la plata, el plomo o el agua.

LEY DE BIOT-SAVART



B = ∫ (μ I) / (4π) * (dr x u) / (r^2)

B: campo magnético (vector)
I : corriente que genera al campo
μ : permeabilidad magnética del medio
dr: diferencial de la integral (vector)
r : distancia entre la corriente y un punto
u : vector unitario de dirección de r

recuerda que (dr x u) es un producto vectorial.

EXPERIMENTOS

Electromagnétismo

¿QUE ES?

Es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de forma completa por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales, conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El valor del campo magnético creado en un punto dependerá de la intensidad del corriente eléctrico y de la distancia del punto respecto el hilo, así como de la forma que tenga el conductor por donde pasa la corriente eléctrica.

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELECTRICA

El campo magnético creado por un elemento de corriente hace que alrededor de este elemento se creen líneas de fuerzas curvas y cerradas. Para determinar la dirección y sentido del campo magnético podemos usar la llamada regla de la mano derecha.

• 
  
• En el caso de un hilo conductor rectilíneo se crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él.
• Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético sera circular. La dirección y el sentido del campo magnético depende del sentido de la corriente eléctrica.
• Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobina o solenoide. El campo magnético en su interior se refuerza todavía más en existir más espiras: el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.

FUERZA ELECTROMAGNÉTICA

Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su alrededor.

Así pues, este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética.

Si tenemos un hilo conductor rectilíneo por donde circula una corriente eléctrica y que atraviesa un campo magnético, se origina una fuerza electromagnética sobre el hilo. Esto es debido a que el campo magnético genera fuerzas sobre cargas eléctricas en movimiento.

Si en lugar de tener un hilo conductor rectilíneo tenemos un espiral rectangular, aparecerán un par de fuerzas de igual valor pero de diferente sentido situadas sobre los dos lados perpendiculares al campo magnético. Esto no provocará un desplazamiento, sino que la espira girará sobre si misma.

FORMULA

EXPERIMENTOS

Cargas Elecetricas

¿QUE ES?

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.
La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

¿CUAL ES LA UNIDAD DE MEDIDA?

La unidad de medida de la carga es el coulomb (C), En honor al Físico e Ingeniero militar Charles Augustin Coulomb (1736 - 1806) este francés fue el primero en explicar de forma matemática la ley de atracción de las cargas.

Un coulomb (C) es la carga de |6.24X10¹⁸| electrones o la carga de un electrón es una carga negativa de 1.6021X10^-19 (C).

La carga eléctrica de un cuerpo u objeto se establece a partir de la relación entre el número de protones y el número de electrones existentes en el. Si esta relación es de igualdad se dice que el cuerpo no está cargado. Si el número de electrones es mayor al número de protones, afirmamos que el cuerpo está cargado negativamente. Si el número de electrones es menor que el número de protones afirmamos que el cuerpo está cargado positivamente.

Cargar un cuerpo negativa o positivamente es consecuencia de la ganancia o pérdida de electrones respectivamente. Es de resaltar que los elementos con capacidad de transferirse son los electrones.

La carga transferida a un elemento, en un intervalo de tiempo entre t₁ y t₂ se expresa como una integral definida.(Hayt Jr, Kemmerly, & Durbin, 2004, pág. 12).

Donde i(t) es la corriente. a través de el elemento.

La expresión matemática para la carga total transferida a lo largo de todo el tiempo, se obtiene sumando q(t₁) o carga inicial, a la carga transferida a lo largo del tiempo entre q(t₁) y q(t₂), la expresión anterior.

Electricidad

¿QUE ES?

La carga eléctrica es una propiedad física de la materia que provoca que una partícula experimente  una fuerza cuando se encuentra cercana a otra partícula cargada eléctricamente.

La palabra electricidad proviene del griego elektron, que significa “ámbar”. Desde el año 600 antes de Cristo, los griegos ya hacían experimentación frotando una resina de árbol llamada ambar generando electrostática.

¿DONDE LA ENCONTRAMOS?

Se puede observar de forma natural en fenomenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de enérgia entre la ionosfera y la superficie terrestre. Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso.

LEY DE COULOMB

La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:

a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática);

Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.

b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:

Fq₁ → q₂ = −Fq₂ → q₁ ;

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q₁y q₂ ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.

F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).

- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción

- Si las cargas son del mismo signo (– y –   ó   + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión

Experimentos