movimiento rectilíneo uniforme
Un movimiento es rectilíneo cuando un móvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula. Es indicado mediante el acrónimo MRU, aunque en algunos países es MRC, que significa Movimiento Rectilíneo Constante.
- Movimiento que se realiza sobre una línea recta.
- Velocidad constante; implica magnitud y dirección constantes.
- La magnitud de la velocidad recibe el nombre de celeridad o rapidez.
- Aceleración nula.
El MRU se caracteriza por:
a) Movimiento que se realiza en una sola dirección en el eje horizontal.
b) Velocidad constante; implica magnitud, sentido y dirección inalterables.
c) La magnitud de la velocidad recibe el nombre de rapidez. Este movimiento no presenta aceleración (aceleración = 0).
Concepto de rapidez y de velocidad
Muy fáciles de confundir, son usados a menudo como equivalentes para referirse a uno u otro.
Pero la rapidez (r) representa un valor numérico, una magnitud; por ejemplo, 30 km/h.
En cambio la velocidad representa un vector que incluye un valor numérico (30 Km/h) y que además posee un sentido y una dirección.
Cuando hablemos de rapidez habrá dos elementos muy importantes que considerar: la distancia (d) y el tiempo (t), íntimamente relacionados.
MOVIMIENTO SEMI-PARABOLICO
El movimiento de parábola o semiparabólico (lanzamiento horizontal) se puede considerar como la composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y la caída libre de un cuerpo en reposo.
Movimiento parabólico
El movimiento parabólico completo se puede considerar como la composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y un lanzamiento vertical hacia arriba, que es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado hacia abajo (MRUA) por la acción de la gravedad.
En condiciones ideales de resistencia al avance nulo y campo gravitatorio uniforme, lo anterior implica que:
En condiciones ideales de resistencia al avance nulo y campo gravitatorio uniforme, lo anterior implica que:
- Un cuerpo que se deja caer libremente y otro que es lanzado horizontalmente desde la misma altura tardan lo mismo en llegar al suelo.
- La independencia de la masa en la caída libre y el lanzamiento vertical es igual de válida en los movimientos parabólicos.
- Un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba y otro parabólica mente completo que alcance la misma altura tarda lo mismo en caer.
Hay dos ecuaciones que rigen el movimiento parabólico:
La única aceleración que interviene en este movimiento es la de la gravedad, que corresponde a la ecuación:
es el módulo de la velocidad inicial.
es el ángulo de la velocidad inicial sobre la horizontal.
es la aceleración de la gravedad.
que se denomina componente horizontal de la velocidad inicial.
- En lo sucesivo
- En lo sucesivo
que se denomina componente vertical de la velocidad inicial.
- En lo sucesivo
- En lo sucesivo
: [ecu. 1]
La única aceleración que interviene en este movimiento es la de la gravedad, que corresponde a la ecuación:
Ecuación de la aceleración
La única aceleración que interviene en este movimiento es la constante de la gravedad, que corresponde a la ecuación:
que es vertical y hacia abajo.
Ecuación de la velocidad
La integración es muy sencilla por tratarse de una ecuación diferencial de primer orden y el resultado final es:
Ecuación de la posición
Partiendo de la ecuación que establece la velocidad del móvil con la relación al tiempo y de la definición de velocidad, la posición puede ser encontrada integrando de la siguiente ecuación diferencial:
La integración es muy sencilla por tratarse de una ecuación diferencial de primer orden y el resultado final es:
movimiento circular uniforme
Cuando un objeto gira manteniendo su distancia a un punto fijo, llamado centro de giro, de manera que su rapidez lineal es constante, diremos que tiene un movimiento circunferencial uniforme (M.C.U.). En un MCU, el cuerpo que gira describe arcos de circunferencia iguales en tiempos iguales. Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de un carrusel de un parque de diversiones.
En el MCU el módulo de la velocidad no cambia (por ser uniforme), pero si la dirección (por ser curvilíneo). La velocidad es un vector tangente a la trayectoria circular, por lo que es perpendicular al radio.
fluidos
Es la parte de la física que estudia la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, tanto como sus aplicaciones y mecanismos que se aplican en los fluidos.Es la parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica). Esta es una ciencia básica de la Ingeniería la cual tomó sus principios de las Leyes de Newton y estudia la estática, la cinemática y la dinámica de los fluidos.
Se clasifica en:
- Estática: De los líquidos llamada Hidrostática. De los gases llamada Aerostática.
- Cinemática: De los líquidos llamada Hidrodinámica. De los gases llamada Aerodinámica.
HIDROSTATICA:
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica, que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
PRINCIPIO DE PASCAL:
En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: “el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”. Es decir que si en el interior de un líquido se origina una presión, estas se transmiten con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. En el sistema internacional, la unidad de presión es 1 Pascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida por 1 newton sobre la superficie de 1 metro cuadrado.
PRESIÓN HIDROSTATICA:
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión
termodinámica
Se define como el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de materia y energía. Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno.
Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos termodinámicos.
Ondas
El
Movimiento Oscilatorio
El
movimiento de ida y vuelta de una hamaca es un movimiento oscilatorio. Va y
viene durante muchas veces antes de frenarse, tarda el mismo tiempo en
completar su viaje de ida y vuelta y siempre se mueve en torno de su posición
vertical natural. Existen muchas cosas que pueden oscilar, por ejemplo, los
péndulos de los relojes, los juguetes que cuelgan de un resorte y los átomos en
el interior de un sólido.
Para
estudiar el movimiento oscilatorio, los físicos utilizan un péndulo ideal, que
consta de un objeto pesado, como una pequeña esfera de plomo, colgada de un
hilo delgado y largo.
Cuando
un péndulo esta en reposo, se dice que está en un equilibrio y a esa posición
se la llama posición de equilibrio. Si se lo aparta de ella, comenzara a
oscilar. Se desplazará la misma distancia a un lado y al otro de la posición de
equilibrio. A cada uno de los viajes de ida y vuelta que hace un péndulo se lo
llama oscilación.
Las Ondas
Cuando
un objeto choca contra la superficie del agua en reposo, se observa que en el
lugar donde golpea el objeto se produce una perturbación que se propaga en toda
la superficie del líquido.
Las
perturbaciones de la materia de corta duración, como la que se termina de
describir, se denominan pulsos.
Si en
lugar de hacerlo una sola vez, golpeamos repetidamente un punto de la
superficie del agua observaremos la producción de una sucesión regular de
pulsos que se denomina onda. El movimiento que se produce se llama movimiento
ondulatorio.
Tipos de
ondas
Las ondas
que para propagarse necesitan de un medio material que puede se gaseoso,
liquido o sólido se denominan Ondas Magnéticas.
Las
ondas que no necesitan de un medio material para desplazarse reciben el nombre
de ondas electromagnéticas.
Otro tipo
de clasificación
Las
ondas se clasifican según la dirección de los desplazamientos de las partículas
en relación a la dirección del movimiento de la propia onda. Si la vibración es
paralela a la dirección de propagación de la onda, la onda se denomina
longitudinal.
Una
onda longitudinal siempre es mecánica y se debe a las sucesivas compresiones
(estados de máxima densidad y presión) y enrarecimientos (estados de mínima
densidad y presión) del medio. Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta
forma de movimiento ondulatorio. Otro tipo de onda es la onda transversal, en
la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación de la
onda. Las ondas transversales pueden ser mecánicas, como las ondas que se
propagan a lo largo de una cuerda tensa cuando se produce una perturbación en
uno de sus extremos, o electromagnéticas, como la luz, los rayos X o las ondas
de radio. En esos casos, las direcciones de los campos eléctrico y magnético
son perpendiculares a la dirección de propagación.
Características
de las ondas
Los
elementos que caracterizan a las ondas son:
Crestas: Son los puntos mas altos de una onda
Valles: Son los puntos de mayor depresión de una
onda.
Amplitud
de la onda: Es la
distancia entre la abscisa X y la cresta de la onda.
Longitud
de onda: Es la
menor distancia entre dos crestas o dos valles sucesivos. Se representa con la
letra griega lambda (ðð)
En un
movimiento ondulatorio también se consideran:
Período
de una onda: Es el
tiempo que tarda en producirse una oscilación completa o ciclo. Por ejemplo, si
un péndulo cualquiera tarda 1,2 segundos en completar una oscilación, entonces
se dice que el periodo de ese péndulo es de 1,2 segundos. Este período es
medido en segundos y representado con la letra T.
Frecuencia
de onda: La
frecuencia de oscilación indica cuantas oscilaciones ocurren en una unidad de
tiempo determinada. Por ejemplo, si se escoge al segundo como unidad para medir
el tiempo, la frecuencia es la cantidad de oscilaciones por segundo. La unidad
de medida de la frecuencia es el Hertz (Hz) y equivale al número de
oscilaciones por segundo. Por ejemplo, si un objeto completa 230 oscilaciones
en un segundo, se dice que oscila a una frecuencia de 230 Hz. El período y la
frecuencia son dos características fundamentales de una oscilación
Velocidad
de propagación de una onda: Cuando
la velocidad es constante a mayor longitud de onda corresponde menor frecuencia
y viceversa.
Reflexión
de las ondas
La
reflexión es el fenómeno por el cual una onda incide contra una barrera y
vuelve al medio de donde proviene
Las
ondas pueden reflejarse en ciertos objetos. Por ejemplo, las olas en el mar
pueden reflejarse en un acantilado.
Un
hecho conocido por todos es el eco. El eco no es más que la reflexión del
sonido.
Si una
persona grita en plena montaña, a los poco segundos escuchará que su voz se
repite dos o tres veces. Esto se debe a que el sonido producido por su voz se
propagó por le aire hasta encontrarse con alguna montaña. Cuando la onda sonora
llega a la montaña, rebota (se refleja) en ella y vuelve hace la persona que
grito. Así, la persona vuelve a escucharse al cabo de unos segundos
Refracción
de las ondas
Es el
fenómeno por el cual una onda al pasar de un medio al otro sufre un cambio de
dirección. Por ejemplo la refracción de la luz se produce porque la luz
disminuye su velocidad al ingresar a un medio mas denso y la acelera cuando lo
deja. Una lente refracta la luz de manera tal que desvía los rayos de luz para
formar imágenes. El ojo humano emplea una lente para ayudar a enfocar las imágenes
en la retina. El enfoque de los rayos luminosos se realiza principalmente en el
frente curvo y transparente del ojo llamado córnea. El ajuste preciso que se
necesita para hacer nítida una imagen proviene de los cambios en la forma de
las lentes, que afinan la refracción. Todas las ondas luminosas no se comportan
de igual manera al ser refractadas.
Interferencia
de las ondas
El
fenómeno de interferencia se presenta al tener la superposición de dos o más
ondas en espacio. Al considerar dos fuentes de onda puntuales, en los puntos
del espacio en donde se superpongan dos valles o dos crestas, se tendrá una
interferencia constructiva, las regiones en donde se presenta esta situación se
les conoce como zonas ventrales; por otra parte, en donde la superposición sea
de un valle con una cresta, se tendrá una interferencia destructiva.
Sonido
El sonido es la
vibración de un medio elástico, bien sea gaseoso, liquido o sólido. Cuando nos
referimos al sonido audible por el oído humano, estamos hablando de la
sensación detectada por nuestro oído, que producen las rápidas variaciones de
presión en el aire por encima y por debajo de un valor estático. Este valor
estático nos lo da la presión atmosférica (alrededor de 100.000 pascales) el
cual tiene unas variaciones pequeñas y de forma muy lenta, tal y como se puede
comprobar en un barómetro.
Características
físicas del sonido
Cualquier
sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad
especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y
el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres
características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o
forma de onda. El ruido es un sonido complejo, una mezcla de diferentes
frecuencias o notas sin relación armónica.
Intensidad
La
distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el
flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de
propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente
puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la
viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en
un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una
distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación
real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire
como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión
de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado
no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.
Amplitud
La
amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de
aire en la onda, que corresponde a la intensidad del enrarecimiento y
compresión que la acompañan. Cuanto mayor es la amplitud de la onda, más
intensamente golpean las moléculas el tímpano y más fuerte es el sonido
percibido. La amplitud de una onda de sonido puede expresarse en unidades
absolutas midiendo la distancia de desplazamiento de las moléculas del aire, o
la diferencia de presiones entre la compresión y el enrarecimiento, o la
energía transportada.
Tono
Como ya
sabemos la frecuencia es una entidad física y por tanto puede ser medida de
forma objetiva por diferentes medios. Por contra la altura o tono de un sonido
es un fenómeno totalmente subjetivo y por tanto no es posible medirlo de forma
objetiva.
Normalmente
cuando se aumenta la frecuencia de un sonido, su altura también sube, sin
embargo esto no se da de forma lineal, o sea no se corresponde la subida del
valor de la frecuencia con la percepción de la subida de tono.
La
valoración subjetiva del tono se ve condicionada no solo por el aumento de la
frecuencia si no también por la intensidad, y por el valor de dicha frecuencia.
Para frecuencias inferiores a 1.000 Hz. (incluida esta), si se aumenta la
intensidad el tono disminuye, entre 1.000 Hz. y 5.000 Hz. el tono es
prácticamente independiente de la intensidad que tenga, por encima de 5.000 Hz.
el tono aumenta si aumenta la intensidad.
Frecuencia
Existen
distintos métodos para producir sonido de una frecuencia deseada. Por ejemplo,
un sonido de 440 Hz. puede crearse alimentando un altavoz con un oscilador
sintonizado a esa frecuencia También puede interrumpirse un chorro de aire
mediante una rueda dentada con 44 dientes que gire a 10 revoluciones por
segundo; este método se emplea en las sirenas. Los sonidos de un altavoz y una
sirena de la misma frecuencia tendrán un timbre muy diferente, pero su tono
será el mismo, equivalente al la situado sobre el do central en un piano. El siguientela del piano, la nota situada una octava
por encima, tiene una frecuencia de 880 Hz. Las notas situadas una y dos
octavas por debajo tienen frecuencias de 220 y 110 Hz. respectivamente. Por
definición, una octava es el intervalo entre dos notas cuyas frecuencias tienen
una relación de uno a dos.
Timbre
El
timbre hace posible que cada instrumento pueda tener un color determinado y
particular que lo distingue de otros aun cuando su espectro sonoro pueda
parecer similar.
El
timbre esta formado por un conjunto de frecuencias de alturas sonoras fijas. De
forma sencilla se puede decir que el timbre lo forma la frecuencia fundamental
del instrumento, más su composición armónica.
La
frecuencia fundamental de dos instrumentos diferentes puede ser la misma, pero
su composición armónica es diferente y es lo que hace que los podamos
distinguir. Por ejemplo: si generamos una frecuencia de 440 Hz. con un piano y
con una guitarra, aun cuando ambos están afinados en la misma frecuencia y
generando la misma, cada uno suena diferente. Esto es debido a que cada
instrumento genera una serie de armónicos según la construcción del propio
instrumento, en el piano el arpa metálico y la caja generan una serie de
armónicos con una serie de niveles sonoros que le dan su sonido característico.
En la guitarra la caja, las cuerdas, etc le confieren a la misma frecuencia un
sonido diferente.
La
forma de ejecutar el instrumento y la intensidad hacen también que el timbre
varíe, al hacer variar su composición armónica.
Óptica
La óptica
La
óptica se ocupa del estudio de la luz, de sus características y de sus
manifestaciones. La reflexión y la refracción por un lado, y las interferencias
y la difracción por otro, son algunos, de los fenómenos ópticos fundamentales.
Los primeros pueden estudiarse siguiendo la marcha de los rayos luminosos. Los
segundos se interpretan recurriendo a la descripción en forma de onda. El
conocimiento de las leyes de la óptica permite comprender cómo y por qué se
forman esas imágenes, que constituyen para el hombre la representación más
valiosa de su mundo exterior.
«Una
casa o un árbol proyectando sombra en un día soleado, un espejo o la superficie
de un estanque devolviendo nuestra propia imagen, la apariencia quebrada de una
varilla parcialmente sumergida en el agua, la ilusión de presencia de agua
sobre el asfalto recalentado, el arco iris cruzando el cielo después de una
tormenta, son parte de las incontables experiencias visuales que responden a
tres simples leyes empíricas» (B. Rossi).
La
óptica, o estudio de la luz, constituye un ejemplo de ciencia milenaria. Ya
Arquímedes en el siglo III antes de Cristo era capaz de utilizar con fines
bélicos los conocimientos entonces disponibles sobre la marcha de los rayos
luminosos a través de espejos y lentes. Sin planteamientos muy elaborados sobre
cuál fuera su naturaleza, los antiguos aprendieron, primero, a observar la luz
para conocer su comportamiento y, posteriormente, a utilizarla con diversos
propósitos. Es a partir del siglo XVII con el surgimiento de la ciencia
moderna, cuando el problema de la naturaleza de la luz cobra una importancia
singular como objeto del conocimiento científico.
Refracción:
Es un
fenómeno relacionado con la transmisión de las ondas, incluyendo la luz. Los
rayos luminosos siguen una trayectoria rectilínea, pero cuando pasan de un
medio de transporte a otro, se refracta (se “quiebran”), debido a que la luz
tiene distancia velocidad según la densidad del material que atraviesa. Por
ejemplo, cuando la luz pasa del aire al agua su velocidad se reduce. Esto hace
que la luz se refracte, excepto cuando incide en perpendicular a la superficie.
electricidad
La historia de la electricidad tuvo su comienzo hace 2500 años, en lo que aparentemente sólo eran juegos recreativos de salón; nada de importancia le fue añadido hasta la era moderna. Ninguno de los griegos de aquella época (años 600 a. C. poco más o menos observaron que al filosofo Tales de Mileto atrayendo pajillas y papeles con una varilla de ámbar, que previamente había frotado con una tela pudo sospechar que la fuerza oculta existente en dicho sencillo experimento llegaría con el tiempo a ser la de mayor importancia para convertir al hombre en el dueño de la Tierra). Como el idioma griego la palabra ámbar es elektrón, no tuvo nada de extraño que para el físico ingles William Gilbert (1540-1603) le aplicara la palabra “eléctrica” a los materiales que se encontró que se comportaran de forma similar ala ámbar.
Su gran tratado De magnete publicado en el 1600, en el cual usó términos tan modernos como fuerza eléctrica y atracción eléctrica, le conquisto el título de “padre de la electricidad”.
Durante más o menos los cien años posteriores, el progreso fue muy limitado consistiendo mayormente en la observación de fenómenos magnéticos y eléctricos aislados. En el 1660, Otto Von Guericke observó la luz y el sonido de las chispas eléctricas que se producían con una rudimentaria máquina generadora de electricidad por fricción construida por el mismo.
Años después el científico italiano Luigi Galvani (1737-1798) observo que cuando las ancas de las ranas con que experimentaba tocaban con 2 metales disímiles se sacudían bruscamente, lo que atribuyó (erróneamente) a la electricidad en los animales. También sir William Watson (1715-1787) mejoró el condensador de botellas de Leyden, para almacenar electricidad y formuló una de las primeras teorías acerca de ésta. Sus experimentos y teorías fueron similares a los de Benjamin Franklin (1706-1790), el estadista y científico norteamericano que comenzó sus experimentos en 1746. Franklin desarrolla un “condensador” práctico para almacenar electricidad estática y por primera vez identifico el rayo con la electricidad con su famoso experimento con una cometa en el 1752. También desarrollo una coherente teoría de fluido de electricidad, pero desafortunadamente se equivocó al conjeturar sobre la dirección del flujo de la corriente, que penso que ocurría desde el terminal positivo de la fuente hacia su terminal negativo. Dicho error no fue descubierto hasta que se desarrolló la actual teoría electrónica y ya para entonces se había establecido la práctica convencional de describir el flujo de corriente, del polo positivo al negativo. Sin embargo no es necesario adoptar esta dirección “convencional” para el flujo de la corriente basándonos en la anticuada teoría Frankliniana, si no por el contrario debemos ir directamente a la debemos ir directamente a la moderna teoría electrónica, que tan buen éxito ha tenido, para la aplicación de los fenómenos eléctricos y magnéticos.
Para entender la teoría electrónica debemos antes tener algún conocimiento de la estructura atómica de la materia.