Conceptos Fundamentales de Física: Relatividad, Gravitación, Leyes de Newton y Termodinámica

Relatividad de Galileo

Consideremos dos observadores, 1 y 2, y una pelota. Analicemos las observaciones desde el punto de vista de cada observador en función del movimiento de un barco (observador 2) respecto a un muelle (observador 1):

• I) Si V_b = 0 (reposo):
  • Observaciones distintas: posiciones.
  • Observaciones iguales: desplazamientos, velocidades, aceleraciones y fuerzas en la pelota.
• II) Si V_b = constante (MRU):
  • Observaciones distintas: posiciones y desplazamientos, velocidades.
  • Observaciones iguales: fuerzas y aceleraciones en la pelota.
• III) Si el barco acelera: Todas las observaciones serían diferentes: posiciones, fuerzas, aceleraciones, velocidades y desplazamientos.

Principio de Relatividad de Galileo

Un sistema de referencia es equivalente a otro que tenga MRU respecto del primero.

Sistemas de Referencia:

• a) Inerciales (SRI):
  • Están en reposo o tienen MRU respecto de otro SRI.
  • No aparecen fuerzas ficticias.
  • Se cumplen las leyes de Newton.
• b) No Inerciales:
  • Tienen algún tipo de aceleración respecto de un SRI.
  • Aparecen fuerzas ficticias o de inercia.
  • No se cumplen las leyes de Newton.

Ley de Gravitación Universal

Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.

Leyes de Newton

• I) Primera Ley (Ley de Inercia): En ausencia de fuerzas, los objetos conservan su estado de movimiento.
• II) Segunda Ley: El cambio en el momento lineal de un cuerpo es igual a la fuerza neta que recibe.
• III) Tercera Ley (Principio de Acción y Reacción): Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, recibe de este la fuerza opuesta.

Conceptos Básicos

• Partícula: Cuerpo sin dimensiones o cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que las de su desplazamiento.
• Masa: Cantidad de materia que tiene un objeto (Kg). También se puede definir como la proporción entre la fuerza y la aceleración, o como la medida en la que un cuerpo atrae gravitatoriamente a otros.
• Movimiento Lineal: Cantidad de movimiento.
• Fuerza: Causa de un cambio en el movimiento lineal de una partícula.

Fuerzas Fundamentales

• Gravitatoria: Atracción entre las masas (intensidad relativa: 10^-42).
• Electromagnética: Conjunto de interacciones entre cargas eléctricas (intensidad relativa: 10^-2).
• Nuclear Débil: Explica la desintegración beta (intensidad relativa: 10^-12).
• Nuclear Fuerte: Atracción entre neutrones, protones y quarks.

Rozamiento

Tipos de rozamiento:

• Deslizamiento.
• Al atravesar un fluido.
• Rodadura.

Naturaleza del Rozamiento por Deslizamiento

Ideas clásicas (Coulomb):

• Asociado a la rugosidad.
• Independiente del área apoyada (macroscópica).
• Proporcional a la fuerza normal (N).
• Independiente de la velocidad.
• Más rozamiento para iniciar un deslizamiento que para mantenerlo.

Ideas más modernas (Investigación y Ciencia, 12/96):

• Si se alisan por completo las superficies, el rozamiento aumenta e incluso puede llegar a unirse (soldadura en frío).
• Proporcional al área de contacto (microscópico).
• Proporcional a la fuerza normal (N).
• Disminuye a altas velocidades (casi se anula a velocidades sónicas).
• Hay cambios químicos en los puntos de contacto.
• "Pista": parece que una clave está en el sonido.

Elasticidad y Trabajo

• Cuerpos Elásticos: Tienden a conservar su forma y dimensiones a pesar de ser deformados.
• Ley de Hooke: La fuerza recuperadora de un muelle es proporcional a su deformación.
• Trabajo: Intercambio de energía asociado a la acción de una fuerza sobre un desplazamiento.
• Energía: Capacidad para producir trabajo.
• Energía Cinética: Capacidad que tiene un sistema de realizar un trabajo perdiendo su velocidad.
• Teorema de la Energía Cinética: El trabajo total que recibe una partícula es igual al aumento que experimenta su energía cinética.

Fuerzas Conservativas y No Conservativas

• Fuerzas Conservativas: Aquellas cuyo trabajo entre dos puntos dados no depende de la trayectoria seguida. *Propiedad*: cada fuerza conservativa tiene asociada una función llamada energía potencial.
• Fuerzas No Conservativas: Aquellas cuyo trabajo depende de la trayectoria.

Termodinámica

Estudia las transferencias de calor y las propiedades asociadas a la temperatura.

• Termodinámica Clásica: Estudia las variables termodinámicas de un sistema sin interpretar su significado microscópico.
• Termodinámica Estadística: Interpreta microscópicamente las variables termodinámicas mediante procedimientos estadísticos.