Compendio de Fórmulas y Conceptos Fundamentales de Física Clásica

Mecánica: Cinemática y Dinámica

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

• Fórmula de posición: $x = x_0 + vt$
• Velocidad: $v = \text{cte}$ (constante)
• Aceleración: $a = 0$

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)

• Fórmula de posición: $x = x_0 + v_0t + \frac{1}{2}at^2$
• Fórmula de velocidad: $v = v_0 + at$
• Aceleración: $a = \text{cte}$ (constante)

Movimiento Circular Uniforme (MCU)

• Posición angular: $\theta = \theta_0 + \omega t$
• Velocidad tangencial: $v = \omega r$
• Aceleración normal (centrípeta): $a_n = v^2/r$
• Velocidad tangencial en función del periodo: $v = 2\pi r/T$
• Frecuencia: $f = 1/T$
• Unidad de medida: $\text{rpm} = \text{vueltas/min}$

Leyes de Newton y Dinámica

Fuerzas Fundamentales

• Ley de Hooke ($F=K \cdot \Delta L$): La fuerza con la que se estira un muelle es directamente proporcional a una constante de elasticidad ($K$) y al alargamiento ($\Delta L$) que sufre el muelle.

Principios de la Dinámica

1. Primera Ley de Newton (Inercia): Todo cuerpo preserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a no ser que se vea obligado a cambiar su estado por la acción de otras fuerzas.
2. Segunda Ley de Newton (Ley Fundamental de la Dinámica): La fuerza aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo.
3. Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción): Si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, este realiza sobre A otra fuerza igual y de sentido contrario.

Fórmulas de Dinámica y Planos Inclinados

• Fuerza neta: $F = m \cdot a$
• Componente de peso en eje X: $P_x = mg \cdot \text{sen}\alpha$
• Componente de peso en eje Y: $P_y = mg \cdot \text{cos}\alpha$
• Fuerza de rozamiento: $F_r = \mu \cdot N$
• Sumatoria de fuerzas: $\sum F = m \cdot a$
• En planos inclinados: $P_y = N$ (Fuerza Normal)

Fluidos y Presión

• Presión ($P = F/S$): Relación entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la que actúa.
• Presión Hidrostática ($P_h = \rho \cdot g \cdot h$): Depende de la densidad ($\rho$), la gravedad ($g$) y la profundidad ($h$).
• Presión Total: $P_{\text{total}} = P_a + P_h$. Donde $P_a$ (Presión Atmosférica) $\approx 101300 \text{ Pa}$.

Principios de la Hidrostática

• Principio de Pascal: Si en un punto de un fluido se ejerce una presión, esta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas las direcciones.
  • Fórmula: $F_1/S_1 = F_2/S_2$
• Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical y hacia arriba (Empuje) igual al peso del fluido desalojado.
  • Empuje: $E = \rho_{\text{fluido}} \cdot g \cdot V_{\text{sumergido}}$
  • Peso aparente: $P_{\text{aparente}} = P_{\text{real}} - E$
  • Peso real: $P_{\text{real}} = mg$
  • Peso aparente (desarrollado): $P_{\text{aparente}} = mg - \rho_{\text{fluido}} \cdot g \cdot V_{\text{sumergido}}$

Energía y Termodinámica

Concepto de Energía

La energía es la capacidad para producir cambio en otro sistema o en sí mismo. Su unidad es el julio (J) y también la caloría (cal). $1 \text{ cal} = 4,185 \text{ J}$.

Tipos de Sistemas

• Sistemas abiertos: Intercambian energía y materia.
• Sistemas cerrados: Solo pueden intercambiar energía.
• Sistemas aislados: No intercambian ni materia ni energía.

Fórmulas de Energía y Trabajo

• Trabajo: $W = |\vec{F}| \cdot |\Delta \vec{r}| \cdot \cos\alpha$
• Potencia: $P = W/\Delta t$. Equivalencia: $1 \text{ CV} = 736 \text{ W}$.
• Energía Cinética: $E_c = \frac{1}{2}m \cdot v^2$
• Energía Potencial Gravitatoria: $E_p = m \cdot g \cdot h$
• Energía Mecánica Total: $E_m = E_c + E_p$

Calor y Equilibrio Térmico

• Calor sensible: $Q = m \cdot C_e \cdot \Delta t$ ($C_e$: Calor específico)
• Calor latente (cambio de fase): $Q = m \cdot C_l$ ($C_l$: Calor latente)
• Conversión de temperatura: $^\circ\text{C} = K - 273$; $K = ^\circ\text{C} + 273$
• Ecuación general de equilibrio térmico: $Q_{\text{cedido}} = -Q_{\text{ganado}}$

Ondas y Óptica

Definición de Onda

Una onda es la propagación en un medio material o en el vacío de una perturbación en forma de punto que vibra, haciendo vibrar a los que están a su alrededor.

Clasificación de Ondas

Según la dirección de vibración

• Onda Transversal: Son aquellas en las que cada punto vibra perpendicularmente a la dirección de avance de la onda (ejemplos: agua, radiación electromagnética como la luz, la radio, el microondas, los rayos X).
• Onda Longitudinal: Son aquellas en las que la dirección de vibración y la propagación de las ondas coinciden (ejemplos: muelles, sonido).

Según el medio de propagación

• Onda Mecánica: Son aquellas que necesitan un medio material para propagarse (ejemplos: sonido, muelles).
• Onda Electromagnética: Son aquellas capaces de viajar por el vacío sin un medio material para propagarse (ejemplos: luz, ondas de radio, rayos X, microondas).

Según la dimensión de propagación

• Ondas Lineales (Unidimensionales): Se propagan en una dirección (en una línea).
• Ondas Superficiales (Bidimensionales): Se propagan en dos direcciones (ejemplo: ondas en el agua).
• Ondas Espaciales (Tridimensionales): Se propagan en las tres direcciones del espacio (ejemplo: sonido).

Velocidad y Fenómenos Ondulatorios

• Velocidad de la Luz ($c$): $3 \cdot 10^8 \text{ m/s}$
• Velocidad del Sonido ($v$): $340 \text{ m/s}$
• Nota sobre intensidad: Cuanta más amplitud tenga una onda, más intensidad posee.

Efecto Doppler

Consiste en la variación aparente de la frecuencia de una onda (luz o sonido) percibida por un observador cuando la fuente emisora o el observador están en movimiento relativo. El sonido cambia cuando la fuente pasa de estar frente a nosotros a estar a nuestras espaldas (ocurre lo mismo con la luz).

Intensidad del Sonido (Decibelios)

Un decibelio (dB) es equivalente a 10 veces el logaritmo decimal de la intensidad ($I$) entre la intensidad de referencia ($I_0$), donde $I_0$ es siempre $10^{-12} \text{ W/m}^2$.

Fórmula: $\text{dB} = 10 \cdot \log(I/I_0)$ o $\text{dB} = 10 \cdot \log(I/10^{-12})$

Leyes de la Reflexión

La reflexión consiste en el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz al incidir sobre superficies muy pulidas, denominadas espejos. Tiene dos leyes:

1. La primera ley establece que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
2. La segunda ley establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de la reflexión.