Fórmulas y Conceptos Fundamentales de Física y Química

Dinámica y Fuerzas

Fuerza: La fórmula fundamental es F = m · a. El Peso se calcula como la masa multiplicada por la gravedad (P = m · g), considerando una aceleración de la gravedad de 9,8 m/s².

Fuerzas con ángulos

Para descomponer una fuerza (por ejemplo, F₂ a 30 grados), identificamos el cateto contiguo (el que está en contacto con el ángulo) y el cateto opuesto (el que no lo toca). Las fórmulas son:

• F_x2 = F · cos(30°)
• F_y2 = F · sen(30°)

Este procedimiento se aplica a todas las fuerzas con sus respectivos ángulos. Posteriormente, se realiza el sumatorio de fuerzas: ΣF_x = F_x1 + F_x2 + F_x3... y se procede de igual forma para el eje y. Tras sumarlas, se calcula la Fuerza Total (F_T) mediante la raíz cuadrada: F_T = √(F_x² + F_y²). En lugar de expresar los resultados solo en Newtons (N), se pueden emplear los vectores unitarios i⃗ para las componentes en "x" y j⃗ para las componentes en "y".

Fuerzas con velocidad y masa

Fuerza = masa × aceleración. Si no se dispone del dato de la aceleración, esta se calcula como: a = (v_final – v_inicial) / tiempo.

Energía y Trabajo

La unidad de energía es el Julio: 1 J = 1 Nm. El Trabajo (W) se define como W = F · Δx · cos(α) o como la variación de la energía cinética: W = ΔE_c. Las fórmulas principales son:

• Energía Cinética (E_c): ½ m · v²
• Energía Potencial (E_p): m · g · h
• Energía Mecánica (E_m): E_p + E_c

El rendimiento de una máquina (r): r = trabajo útil / energía suministrada.

Cinemática

• Velocidad Media: espacio / tiempo.
• Aceleración Media: (v_final – v_inicial) / tiempo.
• MRU (Movimiento Rectilíneo Uniforme): s = s₀ + v · t
• MRUA (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado): v = v₀ + a · t; s = s₀ + v₀ · t + ½ a · t² (en caída libre, a = 9,8 m/s²).

Leyes de Kepler

1. Primera Ley: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual se sitúa en uno de los focos de la elipse. Se denomina perihelio al punto más cercano al Sol y afelio al punto más alejado. Las elipses son casi circulares.
2. Segunda Ley: El vector posición de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
3. Tercera Ley: El cuadrado del periodo de revolución (T) de un planeta es proporcional al cubo de la distancia media (r) al Sol: T² = k · r³, donde k es una constante igual para todos los planetas (k = T² / r³).

Ley de Gravitación Universal

F

Presión y Estática de Fluidos

Presión (p): Fuerza / Superficie (S). La unidad de presión en el SI es el Pascal: 1 Pa = 1 N / 1 m².

Principio fundamental de la estática de fluidos (hidrostática)

p = d · g · h. En el caso de los elevadores hidráulicos, se cumple la relación: F₁ / S₁ = F₂ / S₂.

Temperatura y Calor

Conversión de unidades:

• Celsius a Fahrenheit: T(°C) / 5 = (T(°F) - 32) / 9
• Celsius a Kelvin: T(K) = T(°C) + 273

Calor (Q): Q = m · C_e · (T_f - T_i), con resultado en Kelvin (K). En un sistema aislado: Q_absorbido + Q_cedido = 0. Para un cambio de estado, se utiliza: Q = L · m (donde L es la constante de calor latente y m es la masa).

Química: Estequiometría y Gases

Conceptos de Mol y Concentración

• Mol: gramos / Masa Molar (g/mol).
• Moléculas: Moles × Constante de Avogadro (moléculas/mol).
• Concentración: cantidad de soluto / cantidad de disolución.
• Porcentaje en masa (%masa): (masa soluto (g) / masa disolución (g)) × 100.
• Gramos por litro (g/L): masa soluto (g) / volumen disolución (L).
• Concentración molar (c): moles soluto (mol) / volumen disolución (L).

Ley de los gases ideales

La ecuación de estado es p · V = n · R · T, de la cual se deriva V = n · R · T / p. Otras leyes relacionadas son:

• V₁ / T₁ = V₂ / T₂
• P₁ / T₁ = P₂ / T₂