Fundamentos de Física: Mecánica, Fuerzas y Energía

Introducción a la Mecánica

Definición de mecánica: Es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento de los cuerpos, su equilibrio y el estado de reposo de los mismos.

Ramas de la Mecánica

• Cinemática: Estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo producen.
• Dinámica: Estudia el movimiento de los cuerpos teniendo en cuenta las causas (fuerzas) que lo producen.
• Estática: Analiza las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo cuando este permanece en equilibrio o no se mueve.

Magnitudes y Vectores

Tipos de Magnitudes

• Vectoriales: Son aquellas que tienen dirección y sentido determinados. Ejemplos: tensión, desplazamiento, gravedad, fuerza e impulso.
• Escalares: No tienen dirección ni sentido determinado. Ejemplos: masa, tiempo, velocidad, temperatura, distancia y energía.

Representación de Vectores

Un vector es la representación gráfica de una cantidad o magnitud vectorial.

Elementos de un vector:

• Magnitud
• Dirección
• Sentido
• Punto de aplicación

Cómo se grafica:

Para graficar un vector se requiere de una escala adecuada, un sistema cartesiano, el uso de regla y transportador para medir el ángulo y la magnitud.

Cinemática: Trayectoria y Desplazamiento

• Trayectoria: Es el camino o ruta que sigue un móvil en su recorrido.
• Desplazamiento: Es la distancia medida entre un punto inicial y un punto final en una dirección y sentido específicos.
• Aceleración de un cuerpo: Magnitud que expresa el incremento o cambio de velocidad de un cuerpo en el tiempo.

Tipos de Movimiento

• Tiro vertical: El cuerpo se mueve únicamente hacia arriba o hacia abajo.
• Tiro horizontal: El movimiento se desplaza lateralmente.
• Tiro parabólico: Combina el movimiento horizontal con el vertical, describiendo una parábola.

Concepto y Tipos de Fuerza

Definición de fuerza: Es un fenómeno físico capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo o de producir una deformación en él.

Efectos de la fuerza:

1. Cambio de posición.
2. Deformación del cuerpo.

Tipos de interacción:

1. Contacto: La fuerza está en contacto directo con el objeto a mover.
2. A distancia: No existe contacto directo entre los cuerpos.

Clasificación de las fuerzas:

• Eléctricas: Las cargas opuestas se atraen entre sí.
• Gravitacionales: Fenómeno natural donde los objetos con masa o energía se atraen entre sí.
• Magnéticas: Interacción entre objetos con carga y la misma dirección de movimiento.
• Nucleares: Interacción atractiva que une los núcleos atómicos, superando la repulsión entre protones.

Calor y Temperatura

• Definición de calor: Es una forma de energía que se transfiere entre distintas partes de un cuerpo o entre diferentes cuerpos.
• Definición de temperatura: Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor o frío de los cuerpos o del ambiente.

Escalas Termométricas

• Escala Celsius: Define 0°C para el punto de fusión del agua y 100°C para su ebullición.
• Escala Fahrenheit: Establece 32°F para la congelación y 212°F para la ebullición.
• Escala Kelvin: Basada en el cero absoluto, donde los átomos y moléculas presentan la menor energía térmica posible.
• Escala Rankine: Mide en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto; no posee valores negativos.

Calor específico: Es la cantidad de calor que se debe aplicar a una unidad de masa de una sustancia para aumentar su temperatura en un grado.

Energía y sus Formas

Definición de energía: Capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo. Se mide en Joules (J).

Tipos de energía:

• Cinética: La que posee un cuerpo en razón de su movimiento.
• Potencial: Energía mecánica asociada a la localización de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas.
• Mecánica: Es la suma de la energía cinética y la energía potencial.
• Eléctrica: Resulta del movimiento de electrones entre dos puntos con diferencia de potencial.
• Eólica: Se obtiene a partir de la fuerza del viento.
• Química: Se libera cuando una sustancia se transforma en otra mediante una reacción química.
• Hidráulica: Aprovechamiento del movimiento del agua.

Transferencia de Calor

• Convección: Transferencia de calor por el movimiento de un fluido debido a diferencias de densidad y temperatura.
• Radiación: Transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas a través del espacio o de un medio transparente, sin necesidad de contacto material.