Conceptos Fundamentales de Física: Desde la Química hasta las Ondas Sonoras

Características de la Ciencia

• Descriptiva, explicativa y predictiva: No solo describe fenómenos, sino que también busca explicar sus causas y predecir su comportamiento futuro.
• Acumulativa: El conocimiento científico se construye sobre los descubrimientos previos, no existe el conocimiento único.
• Metódica y sistemática: Sigue pautas y procedimientos ordenados para llegar al conocimiento.
• Comprobable: Los resultados y teorías están sujetos a revisión y verificación.
• Provisional: El conocimiento científico no es absoluto, es perceptible y temporal, susceptible de cambio.
• Experimental: Se basa en la observación y la experimentación.
• Objetiva: Busca evitar la influencia de la visión personal del investigador.
• Especializada: Se divide en diferentes disciplinas para un estudio más profundo.
• Comunicable y universal: Se expresa mediante un lenguaje científico claro y preciso.

Tipos de Ciencias

Ciencias Formales

Establecen relaciones ideales que existen en la mente humana y son demostrables. Todos sus conceptos son analíticos. Estudian ideas o conceptos. Buscan la verdad lógica.

Ciencias Materiales (Fácticas)

Interpretan las formas ideales en términos de hechos y experiencias que necesitan experimentación. Estudian el mundo de los hechos. Buscan la verdad material.

El Método Científico

Proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones entre los hechos y enunciar leyes. Implica la realización de una serie de procesos específicos para adquirir conocimientos. Se basa en reglas o pasos bien definidos que permiten que, al final de su realización, se obtengan resultados fiables.

Pasos del Método Científico

1. Planteamiento del problema.
2. Construcción de un modelo teórico.
3. Deducción de consecuencias particulares de la teoría y de la hipótesis.
4. Prueba de hipótesis.
5. Comparación de las conclusiones con las predicciones.
6. Reajuste del modelo.
7. Sugerencias para futuras investigaciones.

Química: Disciplinas Principales

• Orgánica: Se encarga de estudiar las reacciones químicas y la combinación de los átomos de carbono e hidrocarburos.
• Inorgánica: Estudia las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de los compuestos de átomos que no sean de carbono.
• Física: Se enfoca en los métodos de detección y cuantificación de una sustancia en una muestra.
• Industrial: Desarrolla métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas.
• Bioquímica: Investiga las reacciones químicas en los seres vivos.

Teoría Cinética de la Materia

Teoría del siglo XIX que explica las propiedades de cada uno de los estados de agregación de la materia (sólido, líquido y gaseoso). Establece que la materia es discontinua, está constituida por partículas de pequeño tamaño que se encuentran en continuo movimiento, entre las que existen espacios vacíos.

Calor Latente

Se define como el calor absorbido o desprendido por la unidad de masa de una sustancia durante el cambio de estado (cambio de fase), manteniéndose la temperatura y presión constantes.

Conceptos Atómicos

• Número másico (A): Suma del número de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.
• Número atómico (Z): Número de protones que existen en el núcleo, que es igual al número de electrones que lo rodean.

Isótopos

Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número de protones, pero pueden diferenciarse en el número de neutrones. Los átomos que tienen el mismo número atómico y se diferencian en el número de neutrones son isótopos. Tienen masa diferente y distinto número de neutrones.

Radiactividad

Suele darse en aquellos elementos o isótopos que tienen un número de neutrones muy superior al de protones. Es un fenómeno en el cual los núcleos de átomos que no son estables emiten partículas y radiaciones de forma espontánea hasta estabilizarse. Esto hace que los núcleos de un elemento se transformen en núcleos de otro elemento diferente. Estos núcleos de isótopos radiactivos se denominan radioisótopos.

Propiedades de Metales y No Metales

• Metales: Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio), reflejan la luz de una forma característica (brillante), son dúctiles (se pueden estirar en hilos) y son maleables.
• No metales: No tienen brillo, pueden ser sólidos, líquidos o gases a temperatura ambiente, no conducen la electricidad y son frágiles.

Radio Iónico

• En el catión (+) es menor que el del átomo neutro. El electrón más externo está sujeto a una atracción nuclear más intensa.
• En el anión (-) el radio es mayor que el del átomo neutro.

Electronegatividad

Capacidad de un átomo de atraer hacia sí el par de electrones compartidos en un enlace covalente. Los elementos con altos valores de energía y afinidad tendrán valores elevados de electronegatividad. Determina el carácter metálico de un elemento.

Tipos de Enlace Químico

• Iónico: Transferencia de electrones, une metales con no metales.
• Covalente: Comparación de electrones, une no metales entre sí.
• Metálico: Cesión de electrones entre átomos de metal.

Magnitudes Físicas

Tipos de Magnitudes

• Fundamentales: Se obtienen directamente a partir de propiedades observables.
• Derivadas: Se definen en función de las magnitudes fundamentales.
• Intensivas: Su valor numérico no depende del tamaño del sistema (temperatura, densidad, velocidad).
• Extensivas: Su valor depende del tamaño del cuerpo (masa, volumen).
• Escalares: Quedan definidas por un valor numérico y su unidad.
• Vectoriales: Además del valor numérico y la unidad, se necesita especificar la dirección y el sentido (módulo, dirección, sentido, punto de aplicación).

Ley de Gravitación Universal

Las causas que provocan el movimiento son las fuerzas, que son interacciones de un cuerpo con lo que lo rodea. Las fuerzas pueden presentarse de diversas clases:

• Eléctricas: Se manifiestan entre cuerpos con cargas eléctricas.
• Magnéticas: Las que ejerce un imán sobre un objeto de hierro.
• Gravitatorias: Con las que la Tierra atrae a los cuerpos situados en sus alrededores.
• Nucleares: Las que mantienen unidos a protones y neutrones en el interior del núcleo atómico.

Aplicación de las Leyes de Newton

El movimiento de un cuerpo viene definido por las fuerzas que actúan sobre él y por la posición y velocidad iniciales. Las leyes de Newton nos permiten:

• Calcular la relación entre la fuerza resultante y la aceleración.
• Conocida la aceleración, la posición y la velocidad inicial, predecir las leyes del movimiento, la posición y la velocidad en otro instante.

Clasificación de las Ondas

Según la Dirección de Propagación

• Transversales: La dirección de propagación es perpendicular a la dirección en la que tiene lugar la perturbación.
• Longitudinales: La dirección de propagación coincide con la dirección en la que tiene lugar la perturbación.

Según la Dimensión de Propagación

• Unidimensional
• Bidimensional
• Tridimensional

Elementos de una Onda

• Cresta: Punto que ocupa la posición más alta.
• Valle: Punto más bajo.
• Elongación: Distancia entre dos puntos iguales de ondas sucesivas.
• Amplitud: Distancia vertical de la línea media a la cresta o al valle.
• Periodo: Tiempo que tarda en producirse una oscilación completa.
• Frecuencia: Número de ondas que pasan por un punto en un segundo.
• Velocidad: Rapidez con la que se propaga la onda en un determinado medio.

Cualidades del Sonido

• Intensidad: Energía transportada por unidad de superficie y de tiempo.
• Tono: Permite distinguir un sonido por su frecuencia.
• Timbre: Permite distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por focos diferentes.
• Resonancia: Vibración de un objeto inducido por otro próximo.
• Reflexión: Rebote de una onda sonora contra un obstáculo.
• Eco: Reflexión del sonido que se percibe de forma separada al emitido.
• Reverberación: Prolongación de un sonido una vez extinguido el real.
• Refracción: Las ondas cambian de velocidad y dirección cuando pasan de un medio a otro.