Física: Resumen Completo de Conceptos Fundamentales

Mecánica

Movimiento Lineal y Angular

Momento lineal (p): p = m * v

Momento angular (Lo): Lo = r * m * v * sen(r,v)

Momento de fuerza (Mf): Mf = r * F * sen(r,f)

Leyes de Kepler

1. Ley de Kepler (Ley de las Órbitas): Los planetas giran alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol en uno de sus focos. Como Mf externas = 0, Lo = cte; ra * va = rp * vp

2. Ley de Kepler (Ley de las Áreas): Los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales.

Velocidad Areolar: Vareolar = r * v / 2 (m²/s)

3. Ley de Kepler: Los cuadrados de los períodos de revolución alrededor del Sol son proporcionales al cubo de la distancia media al Sol: T²/R³ = cte

Ley de Gravitación Universal

Fuerza gravitatoria (F): F = -G * (m1 * m2 / r²)

Intensidad de campo gravitatorio (g): g = G * m.crea / r²

Órbitas

Como mcu, Fg = Fcentrípeta; Vorb = ω * r; Vorb = 2πR / T; G * m1 * m2 / (R.orb)² = Mc * V.orb² / Rr

Velocidad orbital (Vorb): Vorb = √(G * Mp / R.orb)

T²/R³ = cte

Energía cinética: Ec = 0,5 * m * V²

Energía potencial: Ep = -G * m * M / R

Energía mecánica: Em = Ec + Ep

Ondas

Movimiento Ondulatorio

Ecuación de onda (y(x,t)): y(x,t) = Asen(ωt ± Kx + φo) (+ Izquierda - Derecha)

Frecuencia angular (ω) (rad/s): ω = 2π / T

Número de onda (K) (nº ondas rad/m): K = 2π / λ

Velocidad de propagación (V): V = λ / T

Velocidad en una cuerda tensa (V_{cuerda tensa}): V_{cuerda tensa} = √(Tensión / μ)

Densidad lineal (μ): μ = Masa / Longitud

Velocidad máxima (Vmax): Vmax = Aωcos(...)

Aceleración máxima (Amax): Amax = ±Aω²

Ondas Estacionarias

Cuerda/tubo con 2 extremos fijos: λ = 2L / n; f = n * Vp / 2L

Cuerda/tubo con 1 extremo fijo: L = n * λ / 4; f = v * n / 4L

Sonido

Intensidad del Sonido

Intensidad (I) (W/m²): I = P / 4πR²

Nivel de intensidad sonora (dB): 10log(I / Io)

Reflexión y Refracción

Ley de Snell: ni * senθi = nr * senθr

Velocidad en un medio (V_medio): V_medio = V_vacío / n

Ángulo límite: θi para que θr = 90°

Frecuencia (f) = cte

Cualidades del Sonido

Intensidad: Cantidad de energía que atraviesa en un segundo la unidad de superficie colocada perpendicularmente a la dirección de propagación del sonido. Se mide en vatios (W)/m². Depende de la amplitud de la onda.

Tono: Cualidad relacionada con la frecuencia del sonido. Permite distinguir entre sonidos agudos (frecuencia alta) y graves (frecuencia baja).

Timbre: Cualidad que permite distinguir dos sonidos con la misma intensidad y el mismo tono, emitidos por dos instrumentos diferentes. Está relacionado con la forma de la onda.

Electromagnetismo

Campo Eléctrico

Fuerza eléctrica (F): F = K * |q1| * |q2| / r²

Prefijos: mc = 10⁻³; μc = 10⁻⁶; nc = 10⁻⁹; pc = 10⁻¹²

Intensidad de campo eléctrico (E) (N/C): E = K * |q_crea| / r²

Fuerza dentro de un campo eléctrico (F): F = |q| * |E|

Energía potencial eléctrica (Ep) (entre 2 cargas): Ep = K * q1 * q2 / d

Potencial eléctrico (V): V = K * q_crea / d

Trabajo eléctrico (W): W = -∆Ep = -q_crea(V_fin - V_inic)

Campo Magnético

Inducción magnética (B) (Teslas): B = (μ_o / 2π) * (I / r)

Fuerza sobre una carga en movimiento (|F|): |F| = |q| * |B| * |V| * sen(B^V)

Fuerza magnética como fuerza centrípeta: Fmg = F_centrípeta -> |q| * |B| * |V| = m * V² / R

Radio de la trayectoria circular (R): R = m * |v| / |q| * |B|

Fuerza sobre una corriente (|F|): |F| = I * |B| * |L| * sen(B^L)

Fuerza por unidad de longitud (F/L): F/L = I * B * senα

Fuerza entre corrientes (F): F = (μ_o / 2π) * (I₁ * I₂ * L) / D

Ley de Lorentz

Cuando un cuerpo cargado penetra con una velocidad v en una región del espacio donde existe un campo magnético B, se ve sometido a una fuerza: Fb = q x v x B. Fb es perpendicular a v y B.

Amperio

Intensidad de corriente eléctrica que debe circular por dos conductores rectilíneos, paralelos e indefinidos, para que separados a una distancia de 1 m ejerzan una fuerza entre ellos de 2 x 10⁻⁷ N por cada metro de conductor.

Campo Creado por una Distribución de Cargas Puntuales

La intensidad del campo electrostático en un punto es la suma vectorial de los campos que crearían cada uno de esos cuerpos si solo estuviese él en esa región del espacio. Se conoce como principio de superposición.

Ley de Coulomb

La interacción electrostática entre dos partículas consideradas puntuales cargadas eléctricamente (q1 y q2) es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (r), y depende de la naturaleza del medio que les rodea. Las fuerzas electrostáticas que actúan sobre cada una de las partículas cargadas, F12 y F21, forman un par de fuerzas de acción y reacción, por lo que su dirección es la de la recta que une sus centros y su sentido es de atracción si las cargas tienen distinto signo y de repulsión si las cargas tienen el mismo signo. Escalarmente: F = k * Q * q / r²

Óptica

Principio de Huygens

Los puntos situados en un frente de ondas se convierten en fuentes de ondas secundarias, cuya envolvente constituye un nuevo frente de ondas primario. La forma de aplicarlo es la siguiente: se trazan pequeños círculos de igual radio con centros en diferentes puntos de un frente de ondas, y luego se traza la envolvente de los círculos, la cual constituye el nuevo frente de ondas. La comprobación experimental del principio se puede realizar en la cubeta de ondas, siendo válido para todo tipo de ondas, materiales o no. Una consecuencia del principio de Huygens es que todos los rayos tardan el mismo tiempo entre dos frentes de onda consecutivos. Los rayos son líneas perpendiculares a los frentes de onda y corresponden a la línea de propagación de la onda.

Reflexión

Se produce cuando una onda choca con la superficie que separa dos medios distintos y retrocede avanzando por el mismo medio original.

Leyes de la reflexión:

• El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
• El ángulo que forma el rayo incidente con la normal es igual al que forma el rayo reflejado con ella.

Refracción

Se produce cuando una onda llega a la superficie que separa dos medios distintos y avanza por el segundo medio. En cada uno de ellos se moverá con velocidad distinta, por lo que cambiará la dirección en la que se propaga.

Leyes de la refracción:

• El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano.
• Cuando el rayo incidente se propaga a mayor velocidad que el refractado, el ángulo de incidencia es mayor al de refracción.

Ondas Longitudinales y Transversales

Ondas longitudinales: Si la dirección de vibración de las partículas del medio coincide con la dirección de propagación de la onda. Ejemplos: sonido, ondas sísmicas P.

Ondas transversales: Si la dirección de vibración de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Ejemplos: ondas en una cuerda, ondas sísmicas S, ondas electromagnéticas.

Ley de Faraday

El valor de la fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual y de signo opuesto a la rapidez con la que varía el flujo magnético a través de la superficie limitada por el mismo, independientemente de las causas que provoquen la variación del flujo. El signo negativo de esta ley lo explica la Ley de Lenz: la dirección y sentido de la corriente inducida es tal que el campo magnético creado por ella se opone a la variación del flujo magnético que la produce, tiende a mantener su estado y sentido original. También es una forma de enunciar el principio de conservación de la energía, ya que para mantener la corriente inducida (o la fem inducida) se debe realizar un trabajo externo.

Dos principios básicos de la inducción electromagnética:

1. Toda variación del flujo de un campo magnético externo que atraviesa un circuito cerrado produce en éste una fem inducida y, por tanto, una corriente eléctrica inducida que se opone a esa variación.
2. La corriente inducida es una corriente instantánea, pues sólo dura mientras dura la variación del flujo.