Conceptos Clave de Física: Oscilaciones, Fluidos, Termodinámica y Estática

Oscilaciones y Ondas

Movimiento Armónico Simple (MAS)

• En el Movimiento Armónico Simple (MAS) de un sistema masa-resorte, la frecuencia no depende de la amplitud del movimiento.
• La frecuencia depende de la constante del resorte (k) y de la masa (m).
• Fuerza de restitución: Es la fuerza que tiende a devolver un sistema a su posición de equilibrio cuando ha sido desplazado de ella (ej. la fuerza ejercida por un resorte).
• Si un resorte uniforme se corta a la mitad, cada mitad tendrá una constante de resorte (k) diferente (el doble) a la del resorte original. (Afirmación original: Falso)

Ondas Estacionarias

• La frecuencia fundamental se corresponde con la frecuencia más baja o primer armónico de una onda estacionaria sobre una cuerda fija en ambos extremos. (Verdadero)
• La amplitud del movimiento es máxima en un antinodo, no en un nodo. (Afirmación original: Falso)

Mecánica de Fluidos

Flotación y Densidad

• Para que un objeto flote sobre un fluido, se requiere que la densidad del objeto sea menor que la densidad del fluido.
• Densidad (ρ): Es la relación entre la masa (m) y el volumen (V) de una sustancia (ρ = m/V).
• Gravedad específica (o densidad relativa): Es la razón entre la densidad de una sustancia y la densidad de una sustancia de referencia (generalmente agua para líquidos y sólidos).

Presión en Fluidos

• La presión de un fluido en la base de un recipiente no depende de la forma del recipiente, solo de la altura del fluido y su densidad. (Verdadero)
• Presión (P): En física, es la fuerza (F) ejercida perpendicularmente sobre una superficie (A), dividida por el área de esa superficie (P = F/A).
• Funcionamiento del barómetro de mercurio: Consiste en llenar un tubo de vidrio cerrado por un extremo con mercurio y luego invertirlo sobre un recipiente con mercurio. La altura de la columna de mercurio en el tubo equilibra la presión atmosférica.

Principios Fundamentales

• Principio de Pascal: Si se ejerce una presión sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, esta presión se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
• Principio de Arquímedes: Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja.

Termodinámica

Temperatura y Escalas

• Temperatura: Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo. Determina la dirección del flujo de calor (de mayor a menor temperatura).
• Las escalas de temperatura Celsius (°C) y Fahrenheit (°F) se basan en los puntos de congelación (0 °C = 32 °F) y ebullición (100 °C = 212 °F) del agua. (Verdadero)
• Un intervalo de un grado Celsius es igual a un intervalo de 9/5 grados Fahrenheit. (Verdadero)
• La escala Kelvin (K) tiene su cero (0 K) en la temperatura extrapolada de presión cero para un termómetro de gas ideal, correspondiente a -273.15 °C (cero absoluto). (Verdadero)
• Las temperaturas en la escala Kelvin se miden en kelvin (K), no en 'grados Kelvin'. (Verdadero)

Calor y Transferencia

• Calor: Es una forma de energía en tránsito que fluye entre cuerpos debido a una diferencia de temperatura. Puede causar cambios de temperatura, volumen o estado en los cuerpos.
• Convección: Es una forma de transmisión de calor en fluidos (líquidos y gases) mediante el movimiento macroscópico del propio fluido.
• El calor específico del agua es aproximadamente 4190 J/(kg·K) o 1 cal/(g·°C) o 1 Btu/(lb·°F). (Verdadero)

Gases Ideales

• Gas ideal: Es un modelo teórico de gas cuyas partículas no interactúan entre sí y ocupan un volumen despreciable. Cumple la ecuación PV = nRT bajo ciertas condiciones (baja presión, alta temperatura).

Expansión Térmica

• Cuando un objeto sufre expansión térmica, cualquier agujero que contenga también se expande como si estuviera hecho del mismo material del objeto. (Verdadero)

Estática, Gravedad y Propiedades de Materiales

Equilibrio y Centro de Gravedad

• Para evitar vuelcos o giros, el centro de gravedad de un objeto debe estar dentro del área de soporte. Si está fuera del área de soporte, no hay equilibrio estable. (Afirmación original: Falso)
• Un objeto puede estar en equilibrio aun si se encuentra en movimiento (a velocidad constante, se denomina equilibrio dinámico). (Verdadero)
• El centro de gravedad es el punto donde se considera aplicada la fuerza total de gravedad (el peso) sobre un cuerpo extendido. No es necesariamente el centro geométrico. (Afirmación original: Falso)

Gravitación

• La magnitud de la fuerza gravitacional del Sol sobre la Luna es igual a la magnitud de la fuerza gravitacional de la Luna sobre el Sol (consecuencia de la Tercera Ley de Newton). (Afirmación original: Falso)
• La aceleración debida a la gravedad (g) cerca de la superficie de un planeta no depende de la masa del objeto que cae, sino principalmente de la masa y el radio del planeta. (Afirmación original: Falso)

Propiedades de los Materiales

• El módulo de Young y el esfuerzo de tensión son dos cantidades que tienen las mismas unidades de medida (unidades de presión, como Pascales). (Verdadero)