Conceptos Fundamentales de Física: Cinemática, Hidrostática y Energía

Conceptos Esenciales de la Física Clásica

I. Cinemática del Movimiento Circular

• Movimiento Circular Uniforme (MCU): Movimiento de un cuerpo cuya trayectoria es una circunferencia y que describe arcos iguales en tiempos iguales.
• Radián: Ángulo cuya longitud de arco es igual al radio con el que se ha trazado dicho arco.
• Periodo (T): Tiempo que tarda un cuerpo con MCU en dar una vuelta o ciclo completo.
• Frecuencia (f): Número de vueltas que describe un cuerpo con MCU en la unidad de tiempo.

II. Leyes de la Gravitación

Características de las Fuerzas de Gravitación:

• Es universal: Todos los cuerpos con masa están sometidos a esta fuerza.
• Es una fuerza de atracción.
• Su dirección es la de la recta que une los centros de gravedad de los cuerpos.
• Su intensidad viene determinada por la ecuación de la Ley de Gravitación Universal.

III. Fundamentos de la Hidrostática y Fluidos

Definiciones de Presión:

• Presión: Fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.
• Pascal (Pa): Presión que ejerce una fuerza de un newton sobre la superficie de un metro cuadrado (1 N/m²).

Principios Fundamentales de la Estática de Fluidos:

Principio de la Hidrostática:

La diferencia de presión entre dos puntos de un líquido homogéneo en equilibrio es igual al producto de la densidad ($\rho$), por la aceleración de la gravedad ($g$) y por la diferencia de altura ($\Delta h$) entre dichos dos puntos: $\Delta P = \rho g \Delta h$.

Principio de Pascal:

La presión ejercida en un líquido incompresible, encerrado dentro de un recipiente, se transmite por igual a cada punto del líquido y a las paredes del recipiente en todas direcciones.

Principio de Arquímedes:

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba de igual valor que el peso del volumen del fluido desalojado.

Observaciones sobre el Empuje Hidrostático:

• Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje hacia arriba.
• El empuje que recibe el cuerpo es igual al peso del volumen del líquido que desaloja.
• El empuje no depende del material del que esté hecho el cuerpo que se introduce en el fluido, sino del volumen de dicho cuerpo.

IV. Conceptos de Energía y Trabajo

• Energía: Capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones. No se crea ni se destruye, solo se transforma (Ley de Conservación de la Energía).
• Trabajo Mecánico (W): Cantidad de energía que pone en juego un determinado proceso.
• Potencia (P): Rapidez con la que se realiza un trabajo.
• Vatio (W): Potencia necesaria para realizar un trabajo de un julio en un segundo (1 J/s).
• Rendimiento ($\eta$): Cantidad de energía útil obtenida en relación con la energía suministrada (a menudo expresado como la energía que *no* se pierde).
• Energía Cinética ($E_k$): Capacidad para efectuar trabajo por medio del movimiento; depende de la masa del cuerpo y su velocidad ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$).
• Energía Potencial ($E_p$): Energía que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa.
• Energía Potencial Gravitatoria ($E_{pg}$): Trabajo que se realiza para elevar un cuerpo a una determinada altura ($E_{pg} = mgh$).
• Fuerza de Rozamiento: Fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto.