Apuntes de Fisica EXAMEN CENEVAL

ESCUELA SECUNDARIA DIURNA NO. 92 “REPÚBLICA DE COSTA RICA”

Cantidades Escalares y Vectoriales.

NOMBRE DEL ALUMNO:___________________________________ GRUPO:_________________ PROFR: ING. DAVID MARES HERNÁNDEZ

APUNTES DE FÍSICA I. CONCEPTOS BÁSICOS Física:

Cantidad escalar es aquella que se puede representar por medio de un número y sus respectivas unidades ( 5 metros, 52 Kilogramos, etc.). Las unidades de las magnitudes principales son llamadas unidades fundamentales, el conjunto de magnitudes fundamentales y derivadas (son aquellas que resultan de la combinación de las fundamentales), recibe el nombre de sistema de unidades Sistema Internacional de Unidades

Ciencia que estudia los cambios de la materia de manera general en posición o forma únicamente.

Magnitud

Unidad

Fenómeno Físico: Es aquel en el cual los cuerpos experimentan cambios en su posición o forma sin que se altere su estructura molecular.

Longitud

Metro (m)

Masa

Kilogramo (Kg)

Existen tres conceptos muy importantes manejados en la física:

Tiempo

Segundo (s)

Intensidad de corriente eléctrica

Ampere (A)

Intensidad luminosa

Candela (Cd)

Cantidad de sustancia

mol

Temperatura

Grado Kelvin (K)

Energía.-

Es el principio de actividad interna de los cuerpos que en ciertas condiciones les permite desarrollar cierta cantidad de trabajo.

Materia.- Es una manifestación de la energía en forma de partículas, que obviamente ocupan un lugar en el espacio. Masa.-

Se define como la cantidad de materia que posee un cuerpo. En la cinética se define como la cuantificación de inercia que posee un cuerpo; siendo la inercia la propiedad de oposición al cambio en el estado de reposo o movimiento de un cuerpo.

.

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Cantidad Vectorial.- es aquella que esta definida por cuatro elementos: Intensidad o magnitud.Es el valor numérico de la cantidad vectorial. Puede ser absoluta o relativa. Dirección.Es la orientación que toma la cantidad vectorial, puede ser definida geográficamente o por medio de un ángulo. Sentido.El sentido puede ser positivo o negativo, es decir, se toman los sentidos convencionales o pueden ser asignados arbitrariamente. Línea de acción.Es la línea imaginaria que contiene al vector y se extiende en ambos sentidos del mismo. Ejemplo:

II. MECÁNICA La Mecánica es la rama de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos. A) CINEMÁTICA La cinemática es la parte de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos sin importar que es lo que causa ese movimiento MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (MRU). Movimiento en el cual los cuerpos se desplazan en una trayectoria recta con velocidad constante, recorriendo distancias iguales en tiempos iguales. Posición

Lugar que ocupa un cuerpo con respecto a un marco de referencia. Trayectoria Camino seguido imaginario por un cuerpo para ir de una posición a otra Desplazamiento Segmento de recta dirigido (Vector) que une el punto del inicio con el punto final de una trayectoria. Velocidad Media Se define como la razón entre el desplazamiento de un cuerpo y el intervalo de tiempo en que sucedió dicho desplazamiento.

o bien; V= dFINAL- d INICIAL TFINAL-TINICIAL Cantidad Vectorial: F= 10 N

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Gráficas representativas del MRU

Datos:

d ? t 4 seg Operaciones y desarrollo:

180

km 1000 m 1 hr hr 1 km 3600 seg

50

m por lo tanto la velocidad seg

corresponde a este valor. Para el tiempo ¾ de hora corresponden a 45 minutos hacemos la siguiente conversión :

45 min utos x En la gráfica de V vs T , la velocidad permanece constante, el área del rectángulo formado por la velocidad y el tiempo representa la distancia recorrida. En la gráfica de “d vs. T “, la pendiente de esta recta representa a la velocidad con que se mueve dicho cuerpo.

60 seg 1 min

2700 seg

Despejando d:

V d

d t Vxt

50

m x 2700 seg seg

Ejemplo: Un automóvil se desplaza con una velocidad de 180 km/hr , si han transcurrido ¾ de hora desde que partió ¿Qué distancia lleva recorrida? Solución: Podemos observar que los datos que nos dan no corresponden a las unidades del sistema internacional de unidades por lo tanto primeramente habrá que convertir la velocidad en km/hr a m/seg y el tiempo en horas a segundos.

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135000 m

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO (MRUA)

Gráficas representativas del MRUA

Es aquel movimiento en línea recta donde se la velocidad cambia con respecto al tiempo, es decir que las distancias que recorre son diferentes con respecto el tiempo. Cuando un cuerpo parte del reposo, su velocidad inicial siempre es igual a cero (Vi = 0), si un cuerpo se detiene o frena, entonces su velocidad final será igual con cero (Vf = 0). Cuando la aceleración de un cuerpo es positiva (a>0) la velocidad del cuerpo va en aumento, si la aceleración es negativa (a Joule/seg] =[Joule] =[Newtons] =[m/s]

V.

ENERGIA MECANICA

FORMAS EN QUE SE MANIFIESTA LA ENERGÍA (TIPOS DE)

Energía Mecánica La energía mecánica se divide en dos tipos las cuales son la energía potencial y la energía cinética.

Energía radiante. Es la energía producida por ondas electromagnéticas que se caracterizan por su propagación en el vació a una velocidad de 300000 Km/s, tal es el caso de las ondas Hertzianas, los rayos gamma, X, Ultravioleta, infrarrojos o luminosos .

Energía Potencial. Se define como la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo en función de la posición que ocupe con respecto a un punto o superficie de referencia.

Ep

m g h

Donde: Ep: Energía potencial (Joules) m: Masa del cuerpo (Kg) g: Aceleración de la gravedad (9.81m/s2) h: Altura o distancia al punto de referencia

Las ondas electromagnéticas que emite el sol a la tierra se le conoce como energía radiante

Energía Cinética.Se define como la capacidad que tiene un cuerpo de realizar un trabajo en función de la velocidad que lleva dicho cuerpo.

Ec Donde: Ec: Energía cinética (Joules) m: Masa del cuerpo (Kg) v: Velocidad del cuerpo

1 m v2 2

Energía nuclear. Es originada por la energía que mantienen unidas a las partículas en el núcleo de los átomos. Misma que es liberada en forma de energía calorífica y radiante cuando se produce una reacción de fusión, caracterizada por la unión de dos núcleos ligeros, para formar uno mayor, o bien cuando se produce una reacción de fisión al desintegrarse el núcleo de un elemento de peso atómico elevado.

Mediante la fisión nuclear se obtiene la energía nuclear.

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Energía química. Se produce cuando las sustancias reaccionan entre si alterando su constitución intima, como es el caso de la energía obtenida en los explosivos o en las pilas eléctricas

Energía hidráulica. Se aprovecha cuando la corriente de agua mueve un molino o la caída de agua de una presa mueve una turbina.

Dentro de las baterías se encuentra concentrada la energía química. Energía eléctrica. Se produce cuando a través de un conductor se logra un movimiento o flujo de electrones. La corriente eléctrica genera luz, calor o magnetismo.

Mediante las presas con ruedas hidráulicas y generadores se puede producir electricidad. Energía calorífica. Se produce por la combustión de carbón, madera, petróleo, gas natural y otros combustibles.

Mediante el petróleo se puede producir energía calorífica.

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VI.

ONDAS Una onda es una perturbación que se propaga en la materia. Existen de dos tipos: Transversales y Longitudinales. Ondas Transversales Son aquellas en que las partículas vibran de manera perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Ejemplo:

Período (T) Es el tiempo que tarda una onda en pasar por un punto. T=1/F Donde: F = Frecuencia [Hertz, ciclos/s] T = Período [s]

Longitud de Onda Es la distancia que hay entre dos crestas o dos valles. Amplitud de Onda Es el máximo desplazamiento de las partículas de una onda. Velocidad de propagación (V) Es la velocidad con que se mueve una onda a través de un medio y es igual al producto de la longitud de onda por su frecuencia.

Donde: λ = Longitud de Onda A = amplitud

V= λ * F V=λ/T

CARACTERISTICAS Frecuencia (f) Es el número de ondas que pasan por un punto en la unidad de tiempo F=1/T Donde: F = Frecuencia [Hertz, ciclos/s] T = Período [s]

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VII.

ELECTROMAGNETISMO

Donde:

CONCEPTOS BÁSICOS La materia en general esta formada por átomos, que a su vez, están constituidos por electrones, protones y neutrones.

F = Fuerza de atracción / repulsión= q1, q2 = Cargas eléctricas = r = distancia entre cargas = K = Constante de Coulomb =

Los electrones y protones tienen una propiedad conocida como “carga eléctrica”. Los neutrones son partículas eléctricamente neutras, los electrones poseen una carga eléctrica negativa y la de los protones es positiva. La unidad fundamental de la carga internacional es el Coulomb “C”. Carga del electrón [e-] Carga del protón [p+]

= -1.6 x 10-19 C = +1.6 x 10-19C

LEY DE COULOMB

CAMPO ELECTRICO El campo eléctrico es la región del espacio que rodea a una carga eléctrica. La magnitud de un campo eléctrico es producido por un campo de fuerza “F” sobre una carga de prueba “q” a una distancia determinada”r”, de lo cual se deriva la siguiente formula:

F q1

E

La magnitud de la fuerza de atracción o repulsión que experimentan dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Cuando las cargas son del mismo signo, la fuerza es repulsiva, y cuando son de signos opuestos la fuerza es de atracción.

q1 q 2 F

K

r2

[Newton, N] [Coulombs, C] [metros] 9x109 Nm2/C2

K

q2 r2

LEY DE OHM Para que se produzca una corriente eléctrica (I) en un conductor debe existir una diferencia de potencial (V) entre sus extremos, en donde la corriente eléctrica es proporcional a la diferencia de potencial aplicada; al duplicar la diferencia de potencial se duplica la corriente, al triplicar la diferencia de potencial se triplica la corriente y así sucesivamente. Esta relación se conoce como la LEY DE OHM, la cual se expresa :

V

I R

Entre mayor sea la resistencia de un conductor, menor será la corriente que circule por él al aplicársele una diferencia de potencial. La ley de Ohm no constituye un principio físico sino una relación experimental que obedece la mayoría de los metales dentro de un amplio intervalo de valores de V e I.

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LEY DE WATT (Potencia Eléctrica)

Circuitos en paralelo.

La potencia eléctrica es la rapidez con que se realiza trabajo para mantener una corriente eléctrica, se expresa por medio del producto de la corriente (I) y la diferencia de potencial (V), matemáticamente su forma es:

Cuando las resistencias se conectan en paralelo sus terminal4es se unen en dos bornes que se enlazan a la fuente de energía o voltaje. Esto significa que la corriente eléctrica se divide en cada una de las derivaciones del circuito, ésta situación matemáticamente se expresa como:

P

V I

Si el conductor o dispositivo a través del cual circula corriente obedece la ley de Ohm, la potencia consumida puede expresarse en las formas:

Circuitos en Serie Todos los circuitos conectados en serie presentan las siguientes características: Arreglo de resistores en serie.- Al conectar dos o más resistencias en serie se puede obtener la resistencia equivalente, está es aquella que presenta la misma oposición al paso de la corriente eléctrica que el arreglo en conjunto. La expresión matemática que permite obtener la resistencia equivalente es:

R1

R2

R3

...

VE

V1

Rn

El voltaje se reparte entre cada una de las resistencias del circuito, por lo que se denomina (VE) a la diferencia de potencial entre los extremos, es decir:

VE

V1

1 R2

1 R3

...

1 Rn

La diferencia de potencial entre cada una de las derivaciones o ramificaciones será igual a la de la fuente de alimentación:

CIRCUITOS DE RESITENCIAS

RE

1 R1

V2 R

I2 R

P

1

RE

V2

V3

...

Vn

La intensidad de corriente en cada resistencia es la misma en todas las resistencias

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V2

V3

...

Vn

CONCEPTO DE PRESIÓN Y SUS UNIDADES

VIII. MECÁNICA DE FLUIDOS

La presión indica la relación que hay entre una fuerza aplicada y el área sobre la que actúa. En cualquier caso en que exista presión, una fuerza estará actuando perpendicularmente sobre una superficie. Matemáticamente la presión se expresa por.

CONCEPTOS BÁSICOS Hidrostática Es parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los líquidos en reposo.

P

F A

Hidrodinámica. Es parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.

Donde: P = Presión en N/m2 = Pascal F = Fuerza perpendicular a la superficie en Newton. A = Área o superficie sobre la que actúa la fuerza en m 2.

Fluido. Se denomina de esta forma a las sustancias que al someterlas a un esfuerzo cortante estas fluyen en vez de presentar una deformación elástica; como fluido se consideran a los líquidos y a los gases.

Unidades de presión.

Densidad ( ).- Se define como la masa de una sustancia entre el volumen que ocupa dicha masa. Matemáticamente:

PRINCIPIO DE PASCAL

m V Peso Específico (Pe).- Se define como la relación del peso de una sustancia entre el volumen que ocupa dicha sustancia.

Pe

w V

1 bar = 0.987 Atm = 100000 Pascales = 1.02 Kg/cm2 = 750 mmHg = 10.2 m.c.a = 14 lb / Pulg2

g

Un líquido produce una presión llamada hidrostática, debido a su peso, pero si el líquido se encierra herméticamente dentro de un recipiente se puede aplicar otra presión utilizando un émbolo. Dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido. Esto explica si recordamos que los líquidos a diferencia de los gases y sólidos son prácticamente incomprensibles. La anterior observación fue hecha por el físico francés Blaise Pascal (1623-1662), enunciando el siguiente principio que lleva su nombre. “ Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido”.

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El principio de pascal puede ser comprobado utilizando una esfera hueca, a la que se le han hecho agujeros el diferentes lugares y que esta provista de un émbolo. Al llenarse la esfera con agua y ejercer una presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.

Como la presión en el émbolo menor esta dada por la relación f/a, así como la presión en el émbolo mayor esta dada por F/A y de acuerdo con el principio de pascal, ambas presiones son iguales. La Fórmula para la prensa hidráulica es:

F A

f a

Donde: F = Fuerza obtenida en el émbolo mayor en Newtons. A = Área en el émbolo mayor, en m2. F = Fuerza obtenida en el émbolo menor en Newtons. A = área en émbolo menor en, m2. Jeringa de Pascal con ella se observa que la presión que recibe el líquido, se transmite en todas direcciones. La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de diferente diámetro, cada uno con sus respectivos émbolo, unidos por medio de un tubo de comunicación, se llenan de líquido el tubo y los cilindros y al aplicar una fuerza en el émbolo de menor tamaño la presión que genera se transmite íntegramente al émbolo mayor. Al penetrar el líquido por el cilindro mayor empuja el émbolo hacia arriba que esta unido a una plataforma. Con este dispositivo, una fuerza pequeña actuando sobre el émbolo menor produce una gran fuerza sobre el émbolo mayor

F

f

A

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Cuando sumergimos un cuerpo en un fluido, por ejemplo, un trozo de madera en el agua, notamos que el fluido ejerce en dicho cuerpo una fuerza de sustentación. En el caso de un madero sumergido en el agua se siente inmediatamente que esto lo empuja hacia arriba, tal fuerza que es vertical, se dirige de abajo hacia arriba, y se denomina empuje. Arquímedes fue el pionero en estudiar este fenómeno y como resultado de sus experimentos e ideas formuló el principio que lleva su nombre. “Cualquier cuerpo sumergido en un fluido recibe una fuerza de empuje hacia arriba igual al peso del volumen desplazado”. Es importante señalar los siguientes aspectos que permitirán comprender mejor este principio.

a

La presión en el émbolo menor es la misma que hay en el émbolo mayor.

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El principio de Arquímedes se aplica a un objeto ya sea total o parcialmente sumergido. El empuje que experimenta un objeto sumergido en un fluido depende, tanto del volumen desplazado como de la densidad absoluta del líquido. De acuerdo al principio de Arquímedes el empuje es igual al peso del fluido es decir:

E = fVg ¿Porque unos objetos flotan y otros no.? Sobre un objeto sumergido actúan dos fuerzas: su peso es vertical y hacia abajo, el empuje que también es vertical, pero hacia arriba. Por tanto, se pueden presentar los siguientes casos: Que el peso sea mayor que el empuje: en este caso el objeto se hunde hasta el fondo. Que el peso sea igual al empuje: “El objeto queda flotando entre dos aguas” Que el empuje sea mayor que el peso: El cuerpo sube hasta la superficie y flota. Así: El peso del objeto (W) es mayor que el empuje si la densidad del objeto ( i) es mayor que la densidad del fluido( f) W > E si i > f El objeto de hunde.

MaTheMaTics My SpAcE http://mathematicsmyspace.blogspot.com Al ser el submarino más pesado que el líquido este se hunde