Conceptos Esenciales de Física: Magnitudes, Sistemas de Referencia, Composición Atmosférica y Leyes de la Dinámica

Magnitudes Físicas y Sistemas de Referencia

Magnitudes Fundamentales y Derivadas

Las magnitudes fundamentales son aquellas que se obtienen mediante una medición directa y no dependen de otras magnitudes para ser definidas. Son independientes entre sí. Ejemplos de estas son:

• Longitud (m)
• Masa (Kg)
• Temperatura (ºC)
• Tiempo (s)

Las magnitudes derivadas, en cambio, se calculan a partir de relaciones entre magnitudes fundamentales. Algunos ejemplos son:

• Superficie (m²)
• Volumen (m³ o l)
• Densidad, m/v (Kg/l)
• Velocidad, x/t (m/s)
• Aceleración, v/t = x/t² (m/s²)

Sistemas de Referencia: Cartesiano y Polar

Un sistema de referencia es un conjunto de coordenadas que nos permite determinar la posición de un punto o un objeto en el espacio.

• Sistema Cartesiano: Se basa en ejes perpendiculares entre sí (x, y, z). Según el estudio que se quiera realizar, se puede emplear:

  • Unidimensional: Se utiliza un solo eje (x) para movimientos rectilíneos. A la derecha del cero se encuentran los números positivos y a la izquierda los negativos.
  • Bidimensional: Se utilizan dos ejes (x, y) para movimientos en el plano. Los ejes forman un ángulo de 90º. A la derecha (eje x) y arriba (eje y) se encuentran los números positivos, mientras que a la izquierda (eje x) y abajo (eje y) se encuentran los negativos.
  • Tridimensional: Se utilizan tres ejes (x, y, z) para movimientos en el espacio.

• Sistema Polar: Se utiliza un vector de posición, que es una magnitud que requiere un módulo, una dirección y un sentido.

  • Rectilíneo: El vector mantiene siempre la misma dirección, por lo que solo se necesita conocer el módulo. El sentido viene dado por el signo del módulo.
  • En el plano: Se necesita conocer el módulo del vector y un ángulo (respecto a 'x' o respecto a 'y').
  • Tridimensional: Se necesita el módulo del vector y el ángulo que forma la proyección del vector 'r' con respecto al plano.

Composición Atmosférica

La atmósfera es una mezcla de varios gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión). Una de sus funciones principales es mantener condiciones aptas para la vida en su interior. Su composición es bastante homogénea debido a una serie de procesos de mezclado. Los gases más abundantes son el nitrógeno (N₂) y el oxígeno (O₂). A pesar de estar en bajas cantidades, los gases que provocan el efecto invernadero juegan un papel crucial en la dinámica atmosférica. Entre estos se encuentran el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄), los óxidos nitrosos, el ozono y los halocarbonos, entre otros.

Leyes de la Dinámica de Newton

Primer Principio de la Dinámica - Principio de Inercia

Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero, el cuerpo mantendrá su estado de reposo si estaba inicialmente en reposo, o continuará en movimiento rectilíneo uniforme si estaba en movimiento.

Segundo Principio de la Dinámica - Principio de Acción de una Fuerza

Newton establece que la fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional al producto de la masa del cuerpo por la aceleración que experimenta. Se define como fuerza el producto de la masa 'm' de un cuerpo por la aceleración 'a' a la que se ve sometido. Matemáticamente se expresa como: F = m * a.

Tercer Principio de la Dinámica - Principio de Acción y Reacción

Si un cuerpo 'a' ejerce una fuerza sobre otro cuerpo 'b' (fuerza de acción), entonces 'b' ejercerá sobre 'a' una fuerza de igual módulo y dirección, pero de sentido opuesto (fuerza de reacción). Se expresa como: F_acción = - F_reacción o F_A,B = - F_B,A.