Fundamentos de Física: Movimiento, Fuerzas e Interacciones Energéticas
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Fundamentos de la Física: Movimiento, Fuerzas y Energía
El Movimiento: Tiempo, Espacio y Velocidad
El tiempo y el espacio se combinan creando el movimiento a diferentes escalas de observación.
El movimiento de un objeto es el cambio de posición del mismo respecto a otros objetos que sirven de sistema de referencia.
Conceptos Clave del Movimiento
- Vector: Segmento orientado.
- Módulo: Lo que mide el vector.
- Dirección: Dirección de la recta que lo contiene.
- Sentido: Determina el origen y el extremo.
Tipos de Velocidad
- Velocidad media: Resultado de dividir el espacio recorrido entre el tiempo.
- Velocidad instantánea: Es la que se lleva en cada momento.
La velocidad informa de cómo es el movimiento y puede representarse gráfica y matemáticamente.
Aceleración y Representación Matemática
La unidad internacional de aceleración es el metro por segundo al cuadrado (m/s²).
Representación matemática de la velocidad: La velocidad cambia en proporción al tiempo y se puede representar como v = a · t. La constante 'a' es la aceleración y expresa cuánto cambia la velocidad. Donde 'g' es la aceleración de la gravedad y tiene un valor de 9,8 m/s².
Galileo invirtió en el siglo XVII el razonamiento, afirmando que es el cambio de velocidad lo que necesita explicación.
Fuerzas e Interacciones
Suma de Fuerzas y Resultante
Las fuerzas se suman: Sobre un cuerpo pueden actuar varias fuerzas a la vez, y a la suma de todas ellas se denomina resultante.
Si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero, el cuerpo mantiene su velocidad.
La interacción entre dos cuerpos da lugar a dos fuerzas iguales y de sentido contrario que actúan sobre cada uno de ellos.
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza resultante e inversamente proporcional a su masa.
Interacción Gravitatoria y Peso
La interacción gravitatoria: La Tierra posee una masa muy grande y atrae todo lo que se encuentra a su alrededor con una fuerza que llamamos peso.
El peso (p) se puede calcular según la siguiente expresión matemática: p = m · g, siendo 'm' la masa del objeto y 'g' el valor de la aceleración de la gravedad.
El kilopondio es el peso en la superficie terrestre de un cuerpo que posee un kilogramo de masa.
El peso de un objeto en la Tierra es la fuerza con la que esta lo atrae en ese lugar.
La Energía: Transformaciones y Fuentes
Conceptos Fundamentales de Energía
La energía es una propiedad de la materia que le confiere capacidad para producir cambios y nos permite describir de una forma sencilla las transformaciones.
Tipos de Energía Mecánica
- Energía cinética: Es la capacidad de producir cambios que poseen los cuerpos por el hecho de moverse respecto a otros.
- Energía potencial: Es la capacidad de producir cambios que poseen los cuerpos por el hecho de ser atraídos por otros o estar en tensión.
La cantidad total de energía siempre permanece constante, ya que se transforma y pasa de unos cuerpos a otros.
La degradación de la energía es el paso de formas útiles de energía a otras no aprovechables.
Trabajo Mecánico y Energía
El trabajo mecánico es la medida de la energía que damos a un cuerpo realizando cambios en él con una fuerza. El trabajo mecánico (W) se calcula multiplicando la fuerza realizada (F) por la distancia recorrida por el cuerpo en la dirección de la fuerza (D).
Su unidad en el Sistema Internacional es el julio (J), y se define como el trabajo realizado con una fuerza de 1 newton a lo largo de una distancia de 1 metro.
La energía mecánica de un cuerpo es la suma de la energía cinética y la energía potencial que posee.
Temperatura y Calor
La temperatura expresa el nivel de agitación térmica de un cuerpo.
Calor: Magnitud física que mide la energía transmitida de un cuerpo a otro como consecuencia de la diferencia de sus temperaturas.
Caloría: Calor necesario para elevar en un grado Celsius (Cº) la temperatura de un gramo de agua.
El calor y el trabajo son dos formas de cambiar la energía de un cuerpo.
Fuentes de Energía
Las fuentes de energía son las diferentes materias primas y tecnologías utilizadas para obtener energía.
Fuentes de Energía No Renovables
- Energía de los combustibles fósiles: Arden fácilmente.
- Energía nuclear: Materiales como el uranio pueden sufrir un proceso llamado fisión nuclear.
Fuentes de Energía Renovables
- Hidráulica: Aprovechamiento de la energía del agua embalsada.
- Eólica: El viento impulsa un generador eléctrico, transformándola en energía eléctrica.
- Solar fotovoltaica: Utilizando materiales con silicio.
- Solar térmica: La energía se transforma en energía térmica mediante colectores.