Fundamentos Esenciales de la Física: Mecánica, Ondas y Óptica Geométrica

Conceptos Fundamentales de Mecánica y Cuerpos Rígidos

Teorema de Steiner

El momento de inercia de un sistema material respecto a una recta es igual al momento respecto a una recta paralela a la primera, trazada por el centro de gravedad (C.D.G.) del sistema, más el producto de la masa total del sistema por la distancia al cuadrado entre las dos rectas.

Teoremas de Pappus-Guldin

1. El área de la superficie de revolución engendrada por una línea plana y homogénea que gira alrededor de un eje de su plano, es igual a la longitud de dicha línea por la longitud de la circunferencia que describe su centro de masa.
2. El volumen del cuerpo engendrado por una superficie plana y homogénea que gira alrededor de un eje de su plano, es igual al producto del área de dicha superficie por la longitud de la circunferencia que describe el centro de masa (C.D.M.).

Sólido Rígido

Rama de la física que estudia el movimiento y equilibrio de sólidos materiales ignorando sus deformaciones. Se entiende por sólido rígido un conjunto de puntos del espacio que se mueven de tal manera que no se alteran las distancias entre ellos.

Eje Instantáneo de Rotación

Es el eje central del sistema de rotación.

Hodógrafa

Lugar del plano o del espacio determinado por los extremos de los vectores de un punto que recorre una trayectoria cualquiera, y que tienen un origen común.

Fenómenos Ondulatorios y Propagación

Movimiento Ondulatorio

Forma de transmisión de energía, mediante la propagación de alguna forma de perturbación; esta perturbación se llama onda.

Clasificación de Ondas

• Una onda es transversal si su dirección es perpendicular a la dirección de la oscilación que provoca en las partículas del medio perturbado.
• Una onda es longitudinal si su dirección de propagación es paralela a la dirección de la oscilación.

Ondas Estacionarias

Una onda estacionaria se forma por la interferencia de dos ondas con igual amplitud (A) y longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

Características

La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición. La frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Tienen puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima.

Principio de Huygens

Todo punto de un frente de onda se convierte en un centro puntual productor de ondas elementales secundarias, de igual velocidad y frecuencia que la onda inicial, cuya superficie envolvente constituye un nuevo frente de onda.

Difracción

Desviación en la propagación rectilínea de las ondas, cuando estas atraviesan una abertura o pasan próximas a un obstáculo.

Reflexión

Se da cuando llega una onda a la superficie de separación de dos medios y es devuelta al primero de ellos junto con una parte de la energía del movimiento ondulatorio, cambiando su dirección de propagación.

Leyes de la Reflexión

1. El rayo incidente, la normal a la superficie en el punto de incidencia y el rayo reflejado están situados en el mismo plano.
2. El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

Refracción

Se da cuando llega una onda a la superficie de separación de dos medios, penetra y se transmite en el segundo de ellos junto con una parte de la energía del movimiento ondulatorio, cambiando su dirección de propagación.

Leyes de la Refracción

1. El rayo refractado, la normal y el rayo incidente están en el mismo plano.
2. La razón entre el seno del ángulo de incidencia y el del ángulo de refracción es una constante igual a la razón entre las respectivas velocidades de propagación del movimiento ondulatorio.

Polarización

Es característica solo de las ondas transversales. Se dice que una onda no está polarizada cuando son igualmente posibles todas las direcciones de oscilación de las partículas del medio a lo largo del tiempo.

Tipos de Polarización

Existen distintos tipos de polarización: Lineal, Circular o Elíptica.

Intensidad de Onda

Energía que atraviesa por unidad de tiempo una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la onda.