Conceptos Fundamentales de Física: Dinámica, Calor y Energía

Leyes de Newton

• Principio de inercia (Primera Ley): Si, desde un sistema de referencia inercial, un cuerpo está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, permanecerá en ese estado hasta que una fuerza neta actúe sobre él.
• Ley fundamental de la dinámica (Segunda Ley): Cuando una fuerza neta actúa sobre un cuerpo, este cambia su estado de movimiento (velocidad, intensidad o dirección) de manera proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masa (F = m · a).
• Principio de acción y reacción (Tercera Ley): Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este último ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero.

Peso

El peso de un cuerpo es la fuerza con la que un campo gravitatorio (como el de la Tierra) lo atrae, de acuerdo con la ley fundamental de la dinámica.

P = m · g

Potencia

La potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

P = W/t, donde W es el trabajo y t es el intervalo de tiempo.

Trabajo y Fuerza

Una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo realizado por una fuerza sobre un cuerpo es equivalente a la energía transferida para moverlo o desplazarlo. El trabajo es una magnitud física que se representa con la letra W (del inglés *work*) y su unidad en el Sistema Internacional es el Joule (J).

Calor Específico

El calor específico es la magnitud física que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius (o Kelvin). Se expresa comúnmente con el símbolo c o Ce.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Conducción

Es la transferencia de calor entre dos cuerpos o zonas a diferentes temperaturas, sin que haya desplazamiento de masa de las moléculas.

Convección

Hay movimiento de moléculas. Se realiza a través del movimiento de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor. Puede ser natural (por diferencias de densidad) o forzada (mediante un mecanismo externo, como una bomba o ventilador).

Radiación

Es la transmisión de calor que se da entre dos cuerpos que están a distinta temperatura, sin necesidad de un medio material. Se emite en forma de ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos con una temperatura superior al cero absoluto emiten radiación. Un ejemplo claro es el calor que recibimos del Sol.

Ley de Fourier

La Ley de Fourier describe la conducción de calor, especialmente en cuerpos en estado sólido. Establece que la tasa de transferencia de calor a través de un material es proporcional al área de la sección transversal y al gradiente de temperatura. Implica que la transmisión de calor ocurre en cuerpos cuyas moléculas están fijas, pero vibran, transfiriendo energía.

Dilatación

La dilatación es un proceso por el cual un cambio en la temperatura de un cuerpo altera su volumen o dimensiones. Este fenómeno ocurre en los estados líquido, sólido y gaseoso. Prácticamente todos los materiales se dilatan con el aumento de temperatura, incluyendo vidrios, plásticos, cartón, madera, papel y metales.

Dilatación Lineal

Es el cambio en la longitud de un cuerpo debido a una variación de temperatura. En este tipo de dilatación, el aumento se produce predominantemente en una dimensión (el largo), mientras que las otras dimensiones (ancho y espesor) son despreciables en comparación, como ocurre al calentar un alambre.

Peso y Masa

La masa de un cuerpo permanece constante, sin importar la cantidad de fuerza que se le imponga o el lugar donde se encuentre. Esto nos permite diferenciar la masa del peso, ya que el peso depende tanto de la cantidad de masa como de la gravedad local. Esto significa que, aunque una persona pese menos en la Luna (debido a su menor gravedad en comparación con la Tierra), su masa continúa siendo la misma.

La Masa

Es la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Se relaciona con la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo y la aceleración (cambio en la velocidad) que este adquiere, según la segunda ley de Newton.

La Energía

Todas aquellas acciones en las que se producen transformaciones en el movimiento, cambios de temperatura o modificaciones en la forma de los objetos, necesitan energía para llevarse a cabo. La energía se encuentra en todas partes, pero solo podemos observar los efectos que esta produce en los cuerpos. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el Joule (J), que equivale a 1 N · m o 1 kg · m²/s².

Conservación de la Energía

La energía se puede almacenar, transformar y transferir, según el Principio de Conservación de la Energía, que establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma o se transfiere, por lo que se conserva y no se "gasta" en el sentido de desaparecer.