Física: Principios, Energía, Trabajo y Termodinámica

Principio de Pascal y Arquímedes

Principio de Pascal: Este principio dice que "la presión ejercida sobre un punto cualquiera de un líquido incompresible se transmite en todas direcciones y con la misma intensidad a los restantes puntos de ese líquido".

Principio de Arquímedes: Cuando un cuerpo sólido se introduce en un líquido, el sólido puede flotar como consecuencia de la fuerza que el líquido ejerce sobre el sólido. A esta fuerza se le llama empuje (E) y se mide en Newtons (N). El principio de Arquímedes enuncia que "todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del líquido que desaloja".

Fórmula del empuje: E = Vs ⋅ dL ⋅ g

• E: Empuje (N)
• Vs: Volumen del sólido (m³)
• g: Aceleración de la gravedad (9.8 m/s²)
• dL: Densidad del líquido

Energía: Es una magnitud derivada y escalar. Se representa con la letra E y se define como la capacidad que tiene un cuerpo de producir un trabajo. En el Sistema Internacional (SI) se mide en Julios (J). Hay muchos tipos de energía: mecánica, eólica, mareomotriz, eléctrica, química, hidráulica, solar, nuclear y geotérmica.

Energía Mecánica: La energía mecánica de un cuerpo o sistema es la suma de su energía cinética y potencial. Fórmula: Em = Ec + Ep

Energía Cinética: Es la energía que posee un cuerpo como consecuencia de encontrarse en movimiento. Fórmula: Ec = 1/2mv²

Trabajo, Energía Potencial y Cambios de Estado

Trabajo: Es una magnitud derivada y escalar. Se representa con la letra W. Se calcula multiplicando la fuerza ejercida por el espacio recorrido. Fórmula: W = F ⋅ Δs. El trabajo y la fuerza son directamente proporcionales, es decir, a mayor fuerza, mayor trabajo. También el trabajo y el espacio son directamente proporcionales: a mayor espacio recorrido, mayor trabajo realizado. Si no hay espacio recorrido, no hay trabajo.

Energía Potencial Gravitatoria: Es la que posee un cuerpo como consecuencia de encontrarse dentro del campo gravitatorio terrestre. Fórmula: Ep = m ⋅ g ⋅ h

Energía Potencial Elástica: Es la energía que tiene un cuerpo elástico, como un muelle, cuando se estira o se comprime. Fórmula: Ep = 1/2K ⋅ x²

Cambios de Estado

Tienen lugar gracias a un intercambio de energías. En la naturaleza, la materia se encuentra en tres estados de agregación y puede cambiar de uno a otro.

Dilatación de Sólidos

1. Dilatación lineal: Es el aumento de longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado. Fórmula: Lf = Lo (1 + λ ⋅ Δt)
   • Lf: Longitud final (metros)
   • Lo: Longitud inicial (metros)
   • λ: Coeficiente de dilatación lineal (°C⁻¹)
   • Δt: Variación de temperatura (°C)
2. Dilatación superficial: Es el aumento de superficie que experimenta un cuerpo por efecto del calor. Fórmula: Sf = So (1 + β ⋅ ΔT)
   • Sf: Superficie final (m²)
   • So: Superficie inicial (m²)
   • β: Coeficiente de dilatación superficial (°C⁻¹)
3. Dilatación cúbica: Es el aumento de volumen que experimenta un sólido al elevar su temperatura. Fórmula: Vf = Vo (1 + ∂ ⋅ Δt)
   • Vf: Volumen final (m³)
   • Vo: Volumen inicial (m³)
   • ∂: Coeficiente de dilatación cúbica (°C⁻¹)

Dilatación de Líquidos

La dilatación aparente de un líquido es la dilatación real o propia del líquido menos la que experimenta el volumen del recipiente que lo contiene. El agua presenta una dilatación anómala y tiene un volumen mínimo y una densidad máxima a 4°C.

Dilatación de Gases

Al variar la temperatura de un gas, el volumen varía al mantener la presión constante (Ley de Gay-Lussac). Fórmula: Vo / To = Vf / Tf

• Vo: Volumen inicial (litros)
• Vf: Volumen final (litros)
• To: Temperatura inicial (Kelvin)
• Tf: Temperatura final (Kelvin)

Conducción

El proceso por el cual la energía térmica se transmite por un sólido se denomina conducción. Ejemplo: calentando una olla de metal.

Convección

El proceso por el cual se transmite energía térmica a través de un fluido por el movimiento del propio fluido se llama convección. Ejemplo: calentamos un recipiente de agua.

Máquina Térmica

Una máquina térmica es un dispositivo que puede transformar energía térmica en otras formas de energía, como la electricidad o la mecánica.