Conceptos Fundamentales de Física: Termodinámica, Fluidos y Mecánica Clásica

Termodinámica y Transferencia de Calor

Formas de Transferencia de Calor

Existen tres mecanismos principales por los cuales la energía térmica se mueve entre sistemas o cuerpos:

• Conducción

  Transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

• Convección

  En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas. (Definición corregida)

• Radiación

  Es transportada por ondas electromagnéticas; por este motivo, la energía radiante puede transmitirse aún en el vacío. La emisión continua de energía radiante por un cuerpo se denomina radiación. (Definición corregida)

Leyes Fundamentales de la Termodinámica

• Ley Cero de la Termodinámica

  Si dos sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente con un tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí.

• Primera Ley de la Termodinámica (Conservación de la Energía)

  En cualquier sistema físico aislado de su entorno, la cantidad total de energía será siempre la misma.

• Segunda Ley de la Termodinámica (Entropía)

  La cantidad de entropía en el universo tiende a incrementarse en el tiempo.

Conceptos Termodinámicos Clave

• Calor

  Energía que se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a otro, una transferencia vinculada al movimiento de moléculas, átomos y otras partículas.

• Caloría

  Cantidad de calor o energía necesaria para aumentar 1 ºC la temperatura de 1 gramo de agua pura (desde 14,5 °C a 15,5 °C), a una presión normal de una atmósfera.

Mecánica de Fluidos

Principios y Teoremas Fundamentales

• Teorema de Torricelli

  La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio.

• Principio de Pascal

  La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

• Teorema de Bernoulli

  En todo fluido ideal, incompresible, en régimen laminar de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de todo su recorrido.

Conceptos de Flujo y Presión

• Presión Atmosférica

  Fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre. El valor de la presión atmosférica estándar es de 101 325 Pa.

• Presión Hidrostática

  Es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo.

• Empuje

  Fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo en un fluido (relacionado con el Principio de Arquímedes).

• Gasto (Caudal)

  Cantidad o volumen de fluido que pasa a través de un conducto, y el tiempo que tarda en fluir.

Mecánica Clásica y Resistencia de Materiales

Tipos de Esfuerzo Mecánico

Los esfuerzos son las fuerzas internas que experimenta un cuerpo cuando es sometido a cargas externas:

• Compresión

  Cuando las fuerzas tienden a chafarlo o aplastarlo.

• Tracción

  Cuando las fuerzas tienden a estirarlo o alargarlo.

• Flexión

  Cuando las fuerzas tienden a doblarlo.

• Torsión

  Cuando las fuerzas tienden a retorcerlo.

• Cortante

  Cuando las fuerzas tienden a cortarlo.

Colisiones e Interacciones

• Choque Elástico

  Choque entre dos o más cuerpos es elástico cuando se conserva la energía cinética total del sistema de cuerpos durante la interacción.

• Choque Inelástico

  Tipo de choque en el que la energía cinética no se conserva.

• Coeficiente de Restitución

  Medida del grado de conservación de la energía cinética en un choque entre partículas clásicas.

• Coeficiente de Fricción

  Vincula la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto según la intensidad del apoyo mutuo que experimentan.

Conceptos Fundamentales de Movimiento y Energía

• Trabajo

  Producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento.

• Potencia

  Cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

• Impulso

  Producto entre la fuerza y el tiempo durante el cual está aplicada dicha fuerza en el cuerpo.

• Cantidad de Movimiento (Momento Lineal)

  Magnitud física derivada de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier teoría mecánica.

• Energía Cinética

  Aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.

• Energía Potencial

  Energía mecánica asociada a la localización de un cuerpo dentro de un campo de fuerza o a la existencia de un campo de fuerza en el interior de un cuerpo.