Física: Conceptos Fundamentales de Magnitudes, Vectores, Cinemática, Energía y Termodinámica
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Conceptos fundamentales de la Física
La Física es la ciencia que estudia los cambios que tienen lugar en el universo. A diferencia de la Química, en la que unas sustancias se transforman en otras, la Física no produce la transformación de unas sustancias en otras.
Una ley física es un enunciado breve y de carácter general sobre las regularidades observadas experimentalmente en la naturaleza.
Una teoría es una explicación que la ciencia propone para establecer las causas de las regularidades observadas en un conjunto de fenómenos.
Magnitudes y medida
Una magnitud es cualquier cualidad que puede medirse. El resultado de medir una magnitud es la cantidad. La unidad es la cantidad a la que asignamos el valor 1.
- Cota de error absoluto: es el margen de incertidumbre en el resultado obtenido al realizar la medición.
- Cota de error relativo: es el cociente entre la cota de error absoluto y la cantidad medida. Cuanto menor sea el error relativo, más precisa será la medida correspondiente.
Vectores
Un vector es un segmento orientado y tiene los siguientes elementos:
- Módulo: es la cantidad de la magnitud vectorial en valor absoluto. Gráficamente se representa mediante la longitud del vector.
- Dirección: es la recta que contiene el vector y se llama línea de acción.
- Sentido: es el que indica la punta de la flecha.
Dos vectores son equipolentes cuando poseen igual módulo, dirección y sentido.
Según su aplicación, los vectores pueden ser fijos, deslizantes o libres.
Un vector unitario es aquel cuyo módulo es 1.
Cinemática
Desplazamiento y velocidad
El desplazamiento es la longitud del arco de trayectoria comprendida entre la posición inicial y la posición final de un móvil (Δs = s − s₀).
La velocidad media entre dos instantes es el desplazamiento que realiza el móvil por unidad de tiempo entre esos instantes (vm = Δs / Δt).
La velocidad instantánea es el límite al que tiende la velocidad media cuando el incremento de tiempo tiende a 0.
Aceleración
La aceleración media es el incremento de velocidad instantánea en cada unidad de tiempo (am = Δv / Δt).
El vector posición de un móvil puntual es el vector que tiene su origen en el origen de coordenadas y su extremo en el punto donde se encuentra el móvil.
El vector desplazamiento es el vector que tiene el origen en la posición inicial del móvil y el extremo en su posición final.
Tiro parabólico
El tiro parabólico es el movimiento con aceleración constante en el que la aceleración es la gravedad.
Movimiento circular
La velocidad angular es el ángulo que describe el móvil por unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el rad/s (v = ωr).
El movimiento circular uniforme es aquel que posee velocidad angular y lineal constantes (ωm = Δφ / Δt).
La aceleración centrípeta en el movimiento circular uniforme tiene sentido hacia el centro de la trayectoria y su valor es: |a| = v² / r.
Trabajo y energía
Trabajo
El trabajo es una magnitud escalar que es igual al producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.
Principio de conservación de la energía
La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma o transmite de unos cuerpos a otros.
Tipos de energía
- Energía cinética: es la que posee un cuerpo a causa de su movimiento. Si el movimiento es de translación, su valor es Ek = ½ mv².
- Energía potencial: es la que depende de su posición en un campo de fuerzas. Mientras la aceleración de la gravedad sea constante, la energía potencial gravitatoria de un cuerpo a una altura h es Ep = mgh.
- Energía interna de la materia: es la que poseen a nivel microscópico las partículas que constituyen los cuerpos.
Calor y termodinámica
El calor es la magnitud física que mide la energía transmitida de un cuerpo a otro como consecuencia de la diferencia entre sus temperaturas.
El rendimiento es el cociente entre la energía útil y la energía total consumida (η = Eu / Et).
El calor específico es la cantidad de energía en forma de calor que hay que suministrar a la unidad de masa.
Principio de la termodinámica
La energía que un sistema recibe en forma de calor más el trabajo realizado sobre él es igual al incremento de su energía interna.