Compendio de Conceptos Fundamentales de Física: Ondas, Mecánica y Termodinámica

Fundamentos de las Ondas y el Sonido

Características de las Ondas

Las ondas se definen por las siguientes propiedades:

• Frecuencia: Es la cantidad de veces que se repite una onda por segundo. Su unidad es el Hertz (Hz).
• Periodo: Es el tiempo que tarda en repetirse una onda completa, medido de cresta a cresta o de valle a valle.
• Velocidad de propagación (V): Mide la rapidez y la dirección con que se dirige la onda.

La relación entre estas variables se expresa comúnmente como: V = λ · f (Velocidad = longitud de onda · frecuencia).

El Sonido

El sonido consiste en ondas producidas por vibraciones de objetos, transmitiendo una perturbación al medio material. Su onda es de tipo longitudinal y es captada por el oído. El sonido origina fenómenos como la reflexión, la refracción y la interferencia.

Cualidades del Sonido

Las cualidades que definen la percepción del sonido son:

• Intensidad: Se refiere a si el sonido es débil o fuerte.
• Sonoridad: Relacionada con la frecuencia y la duración del sonido.
• Tono: Determina si el sonido es grave, medio o agudo.
• Timbre: Permite distinguir la fuente o el instrumento que produce el sonido.

Principios de la Mecánica Clásica

La Fuerza

La Fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro, capaz de modificar su forma, velocidad o dirección. Se clasifica en:

Tipos de Fuerza

• Fuerzas de contacto o a distancia.
• Fuerzas fundamentales: Mecánicas, eléctricas, nucleares, gravitacionales (gravedad) y magnéticas.
• Fuerzas aplicadas: Centrípeta, de fricción, humanas, hidráulica, eólica.
• Fuerzas según su disposición: Coplanares (o polineales), paralelas, angulares y cuplas (pares de fuerzas).

La unidad de medida de la fuerza es el Newton (N) o la Dina. Su fórmula fundamental es la Segunda Ley de Newton: F = m · a (Fuerza = masa · aceleración). Las fuerzas se manifiestan en líquidos, sólidos y gases.

El Vector

Un Vector es una representación gráfica por medio de flechas utilizada para describir magnitudes vectoriales. Las magnitudes físicas se dividen en escalares y vectoriales.

Partes de un Vector

Todo vector posee:

• Magnitud (o módulo)
• Sentido
• Dirección

Leyes de Newton

Las tres leyes fundamentales de la dinámica son:

• 1ª Ley de Newton (Inercia): Un cuerpo permanece en estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Se relaciona directamente con la masa.
• 2ª Ley de Newton (Fuerza y Aceleración): Establece la relación directa entre la fuerza aplicada y la masa del objeto (F=m·a).
• 3ª Ley de Newton (Acción y Reacción): A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto.

Energía y Modelos Científicos

La Energía

La Energía es todo aquello capaz de hacer que se mueva un cuerpo o de realizar un trabajo. Se manifiesta en diversas formas:

• Eólica
• Eléctrica
• Geotérmica
• Química
• Mecánica
• Nuclear
• Solar
• Calorífica (Térmica)
• Luminosa
• Magnética o Electromagnética
• Sonora
• Hidráulica

El Modelo Científico

Un Modelo Científico es una representación sencilla, a menudo a escala, de algo real o de un fenómeno complejo. Pueden ser:

• Modelo cinético de partículas
• Modelo atómico
• Modelos tridimensionales
• Diagramas, esquemas o símbolos

Propiedades de la Materia

Propiedades Generales

Son aquellas características que presenta toda la materia, independientemente de su composición:

• Volumen
• Peso
• Masa
• Inercia
• Divisibilidad
• Impenetrabilidad

Propiedades Particulares

Son las características que presentan solo algunos cuerpos o tipos de materia:

• Dureza
• Tenacidad
• Maleabilidad
• Ductilidad
• Elasticidad
• Porosidad

Propiedades Específicas

Son aquellas propiedades únicas que permiten identificar una sustancia:

• Organolépticas (percibidas por los sentidos)
• Densidad
• Solubilidad
• Punto de fusión
• Punto de ebullición

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

Calor y Temperatura

• Calor: Es la suma total del movimiento cinético de las partículas de un cuerpo.
• Temperatura: Es la medida de la intensidad de la energía cinética promedio de las partículas. Se mide en escalas como Celsius, Kelvin y Fahrenheit.
• Caloría: Es la cantidad de calor que se requiere para aumentar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia.

Equilibrio Térmico

El Equilibrio Térmico se alcanza al poner en contacto dos cuerpos, ya sean caliente o frío, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura.

Dilatación

La Dilatación es el aumento de volumen o tamaño de un cuerpo al aplicarle calor. Se clasifica según el estado de la materia:

• Sólidos: Dilatación lineal.
• Líquidos: Dilatación superficial.
• Gases: Dilatación volumétrica (o dimensional).