Fórmulas de Física: Gravitación, Ondas, Electromagnetismo, Óptica, Relatividad, Cuántica y Física Nuclear

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Gravitación

3.ª ley de Kepler: k = T²/r³

Ley de la gravitación universal: F = -(GMm)/r² ; E = -GM/r²

Velocidad orbital: vorbital = √(GM/r) ; T = √(r³/GM)

Campo gravitatorio: g = F/m = -(GM)/r²

Campo gravitatorio con profundidad: g = (GM)r/R³

Energía potencial: Ep = -GMm/r

Potencial: V = -GM/r

Energía cinética: Ec = GMm/2r ; Etotal = -Ec

Velocidad de escape: vescape = √(2gR)

Movimiento Armónico Simple (MAS)

Elongación: y = A sen(ωt + φ)

Pulsación: ω = 2π/T

Velocidad: v(t) = Aω cos(ωt + φ) ; v(y) = ±ω√(A² - y²) ; vmáx = ±Aω

Aceleración: a(t) = -Aω² sen(ωt + φ) ; a(y) = -ω²y

Muelle

Periodo: T = 2π√(m/k)

Energía cinética: Ec = (1/2)k(A² - y²) ; Energía potencial: Ep = (1/2)ky² ; Energía mecánica: Em = (1/2)kA²

Movimiento Ondulatorio

Velocidad de propagación: vp = λ/T ; k = 2π/λ

Ecuación de onda: y(x,t) = A sen(ωt - kx + φ)

Efecto Doppler

El foco se mueve a vf y emite una frecuencia f, que se propaga a vp.

Frecuencia percibida (foco que se acerca): fa = f·vp/(vp - vf)

Frecuencia percibida (foco que se aleja): fb = f·vp/(vp + vf)

Identidades trigonométricas

sen A + sen B = 2 sen((A+B)/2) cos((A-B)/2)

sen A - sen B = 2 cos((A+B)/2) sen((A-B)/2)

cos A + cos B = 2 cos((A+B)/2) cos((A-B)/2)

cos A - cos B = 2 sen((A+B)/2) sen((B-A)/2)

Ondas estacionarias

Ecuación: y = 2A cos(kx) sen(ωt)

Cuerda con dos extremos fijos: f = n·vp/(2L)

Sonido en un tubo: f = (2n+1)·vp/(4L)

Sonoridad: β = 10 log(I/I0)

Campo Eléctrico

Fuerza de Coulomb: Fe = Kqq'/r² ; K = 1/(4πε)

Campo eléctrico: E = F/q = KQ/r²

Energía potencial: Ep = Kqq'/r ; Potencial: V = KQ/r ; Ep = qV

Campo Magnético

Corriente rectilínea indefinida: B = (μ/4π)·(2I/a)

Espiras: B = N(μ/2)(I/r)

Solenoide: B = μ(N/l)I ; K' = μ/4π

Ley de Lorentz: F = q(v × B) (vectorial)

Radio de la órbita: R = mv/(qB) ; Pulsación: ω = qB/m ; Periodo: T = 2πm/(qB)

2.ª ley de Laplace: F = I(l × B) (interacción de dos conductores)

Fuerza entre conductores: F1/l1 = F2/l2 = μI1I2/(2πd)

Inducción Electromagnética

Experimento de Henry: al mover una barra se mide corriente con un galvanómetro. Fm = q(v × B)

Experimento de Faraday: al mover un imán dentro de una bobina se mide corriente con un galvanómetro.

Ley de Faraday: fem = -ΔΦ/Δt = -N dΦ/dt = NBSω sen(ωt)

Transformadores: V2/V1 = I1/I2 = N2/N1

Óptica

Ley de Snell: n1·sen i = n2·sen r ; sen r = n2/n1

Reflexión

Ecuación de los espejos: 1/s + 1/s' = 1/f ; A = y'/y = -s'/s

Donde s es la distancia del objeto al vértice del espejo e y la altura del objeto.

Lentes

Lentes convergentes: 1/s' - 1/s = 1/f ; A = y'/y = s'/s

Relatividad

Dilatación temporal: t = t0/√(1 - v²/c²)

Contracción de la longitud: l = l0√(1 - v²/c²)

Física Cuántica

Energía umbral y efecto fotoeléctrico: E = hf = Wextr + Ecmáx = hf0 + Ecmáx ; Ecmáx = eVfrenado

Hipótesis de De Broglie: λ = h/(mv)

Principio de indeterminación de Heisenberg: Δx·Δp ≥ h/(2π) ; ΔE·Δt ≥ h/(2π)

Física Nuclear

Número atómico (Z): número de protones.

Número másico (A): número de protones + neutrones.

Energía de enlace por nucleón (E/A): energía que se libera al añadir a un núcleo uno de sus nucleones constituyentes.

Radiaciones

Alfa (α): 42He

Beta (β): p → n + e⁺ + ν (según el proceso indicado)

Gamma (γ): AZX → AZX + γ

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