Conceptos Fundamentales de Física: Óptica, Gravitación y Electroestática
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Fenómenos Ópticos
Reflexión y Refracción
Ángulo Límite y Reflexión Total
Cuando un rayo de luz pasa a un medio con un índice de refracción menor, el rayo se aleja de la normal. Existirá una dirección de incidencia para la cual el rayo refractado se aleje de la normal lo máximo posible (ángulo de 90º). El ángulo de esta dirección es el ángulo límite.
Para direcciones del rayo incidente mayores que el ángulo límite, el rayo no pasa al segundo medio y no hay refracción. Este fenómeno es conocido como la reflexión total.
Propiedades de la Luz
Dispersión de la Luz
Es la separación de un rayo de luz en sus colores constituyentes debido a su distinto índice de refracción. Esto provoca que cada color tenga una distinta longitud de onda en cada medio.
Absorción de la Luz
Es la transformación de la energía luminosa en otro tipo de energía al propagarse la luz por un medio. Depende de las características físicas del medio y de la onda.
- Cuando un medio absorbe toda la radiación visible, se produce la absorción general y el medio se percibe de color negro.
- Los cuerpos que se ven de distintos colores presentan absorción selectiva, absorbiendo las radiaciones de todos los colores excepto las del color que reflejan y por el cual se ven.
Fenómenos Ondulatorios de la Luz
Interferencia
Fenómeno que aparece en una región del espacio cuando se superponen ondas coherentes con la misma frecuencia (f) y amplitud (A).
Difracción de la Luz
Desviación que sufre una onda sin cambiar de medio, cuando se encuentra con un obstáculo de dimensiones similares a su longitud de onda.
Polarización de la Luz
Propiedad de las ondas transversales consistente en la vibración del campo eléctrico y del campo magnético en una dirección preferente sobre las demás.
Polarización Lineal
Ocurre si el vector campo eléctrico vibra siempre en la misma dirección. A medida que avanza la onda, la vibración del vector permanece en un plano que contiene la dirección de propagación (plano de polarización).
Polarización Circular
Ocurre si el vector es de módulo constante cuyo extremo dibuja una circunferencia en el plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Esta polarización se puede obtener sumando dos ondas linealmente polarizadas en direcciones perpendiculares, de igual amplitud (A) y frecuencia (f), desfasadas 90º.
Polarización Elíptica
Se manifiesta cuando las ondas que se suman para obtener polarización circular no son de igual amplitud. La suma de los vectores resulta una variación en forma de elipse.
Gravitación y Leyes de Kepler
Leyes del Movimiento Planetario
- Primera Ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas planas en uno de cuyos focos está el Sol.
- Segunda Ley de Kepler: Un radio vector que une el Sol con el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
- Tercera Ley de Kepler: Los cuadrados de los periodos de revolución de los planetas son proporcionales al cubo de la distancia media que los separa del Sol.
Justificación de la Tercera Ley
Una vez reconocida la atracción gravitatoria como la fuerza centrípeta necesaria para que se produzca el movimiento de los planetas alrededor del Sol, y de los satélites alrededor de los planetas, se puede justificar la Tercera Ley de Kepler identificando el valor de dichas fuerzas si se considera que las órbitas son circulares en vez de elípticas.
Conceptos de Campo Gravitatorio
Líneas de Campo Gravitatorio
Líneas tangentes en cada punto a la dirección del vector campo gravitatorio. Tienen su origen en el infinito y llegan a las partículas materiales, considerando a estas como sumideros de líneas de campo. En cada punto, la línea de campo coincide con la de la fuerza que experimentaría una masa que se colocara en él.
Principio de Superposición de Campos
Por este principio, el campo gravitatorio creado por dos o más partículas materiales es igual a la suma vectorial de los campos creados por cada una de ellas.
Campo Conservativo
Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo realizado por las fuerzas del campo, para llevar una partícula de un punto a otro, depende solo de los puntos inicial y final y no de la trayectoria seguida.
Electroestática
Principios Fundamentales
Principio de Conservación de la Carga Eléctrica
En un sistema aislado, la carga eléctrica permanece constante, ya que la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía.
Ley de Coulomb
La fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al valor de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Campo Eléctrico
Principio de Superposición de Campos Eléctricos
La intensidad del campo eléctrico en un punto debido a un sistema discreto de cargas es igual a la suma de las intensidades de los campos debidos a cada una de ellas.
Sistemas de Carga
- Sistema de Carga Discreto: Si se trata de una distribución de cargas por el espacio en la que se consideran cargas puntuales aisladas unas de otras.
- Sistema de Carga Continuo: Si se considera que toda la carga eléctrica está distribuida uniformemente en un volumen.
Líneas de Fuerza del Campo Eléctrico
Líneas imaginarias tangentes en cada punto al vector intensidad del campo eléctrico.
Superficies Equipotenciales
Lugar geométrico de los puntos del campo que tienen igual potencial eléctrico. Son perpendiculares a las líneas de campo.