Leyes de Kepler, Gravitación y Fenómenos Ondulatorios: Conceptos Esenciales de Física

Leyes de Kepler

Primera Ley de Kepler: "Los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol, que está situado en uno de sus focos".

Segunda Ley de Kepler: "La línea imaginaria que une el Sol con el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales". Es decir, la velocidad areolar de los planetas es constante.

Tercera Ley de Kepler: "El cociente entre el cuadrado de los períodos orbitales de los planetas y el cubo de sus distancias medias al Sol se mantiene constante".

Ley de la gravitación universal

Ley de gravitación universal: "La fuerza con la que interaccionan dos cuerpos es de tipo atractivo y central; es directamente proporcional al producto de las masas de los cuerpos (M y m) y varía inversamente con el cuadrado de la distancia (R) que separa los centros de las masas".

Energía potencial y campo gravitatorio

Energía potencial: La energía potencial es, junto con la energía cinética, el otro tipo de energía mecánica que pueden tener los cuerpos. A diferencia de la energía cinética, la energía potencial está asociada a la posición que tienen los cuerpos, y no a su movimiento.

Campo gravitatorio: Si situamos una masa m, ésta ejerce una influencia sobre el espacio que la rodea. Si situamos otro cuerpo de masa m' en cualquier región de dicho campo, este notará la existencia del campo en forma de interacción atractiva.

Fenómenos ondulatorios

Reflexión de onda

Reflexión de onda: La reflexión de una onda consiste en el cambio de dirección de propagación al incidir sobre una superficie de separación de dos medios, de modo que la onda sigue propagándose sin cambiar de medio.

Refracción de onda

Refracción de una onda: La refracción de una onda consiste en un cambio de dirección de propagación cuando la onda pasa de un medio a otro en el que la velocidad de propagación es diferente.

Reflexión total y ángulo límite

Reflexión total: Cuando una onda pasa de un medio a otro en el que se propaga con una velocidad mayor, sucede que el rayo refractado se aleja de la normal; de este modo, a medida que el ángulo de incidencia aumenta, el de refracción también lo hace. El ángulo de incidencia que establece la separación entre la existencia o no del fenómeno de la refracción se conoce como ángulo límite. Cuando la onda incide con un ángulo mayor que el ángulo límite, no se produce la refracción: la onda no cambia de medio y a este fenómeno se le conoce como reflexión total.

Por lo tanto, para que se produzca la reflexión total deben darse dos condiciones:

• La onda debe incidir desde un medio de mayor índice de refracción (o mayor densidad óptica) sobre la superficie de separación con un medio de menor índice de refracción.
• El ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo límite.

Ángulo límite: Es el ángulo de incidencia al que le corresponde un ángulo de refracción de 90°, siempre que la onda viaje desde un medio de menor velocidad de propagación a otro medio de mayor velocidad.

Cualidades del sonido

Cualidades del sonido:

• Intensidad: Es la cantidad de energía que atraviesa en un segundo la unidad de superficie colocada perpendicularmente a la dirección de propagación del sonido. Se mide en vatios (W)/m². La intensidad depende de la amplitud de la onda y permite distinguir entre sonidos fuertes (ondas de gran amplitud) y débiles (ondas de poca amplitud).
• Tono: Es una cualidad relacionada con la frecuencia del sonido. Nos permite distinguir entre sonidos agudos (frecuencia alta) y sonidos graves (frecuencia baja).
• Timbre: Es una cualidad que nos permite distinguir dos sonidos con la misma intensidad y el mismo tono, emitidos por dos instrumentos diferentes. Está relacionado con la forma de la onda.

Leyes del electromagnetismo y ondas estacionarias

Ley de Coulomb

Ley de Coulomb: La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

Ley de Faraday y ley de Lenz

Ley de Faraday y Lenz: La ley de inducción electromagnética de Faraday establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa cualquier superficie cuyo borde sea el circuito. La ley de Lenz añade que la dirección de la corriente inducida es tal que se opone al cambio del flujo magnético que la produce. Matemáticamente, la fem inducida viene dada por ε = -dΦ/dt, donde Φ es el flujo magnético.

Onda estacionaria

Onda estacionaria: Una onda estacionaria es el resultado de la superposición de dos movimientos ondulatorios armónicos de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos a través de un medio.