Fundamentos de Física y Ciencias Naturales: Conceptos Esenciales y Aplicaciones

Conceptos Fundamentales de Física y Ciencias Naturales

Este documento presenta una recopilación de definiciones y principios clave en el ámbito de la física y otras ciencias naturales.

Física

La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, centrándose en los atributos capaces de ser medidos y cuantificados.

Magnitudes y Fórmulas Físicas Esenciales

Velocidad

Magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Su fórmula es V = Espacio / Tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s).

Aceleración

Indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo al cuadrado (m/s²).

Densidad

Cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Describe cuán compacta puede ser la materia. Su fórmula es D = Masa / Volumen (o d = m/V). Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m³).

Fuerza

Magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas. Es algo que se puede medir; el aparato utilizado para ello es el dinamómetro, y su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N).

Masa

Cantidad de materia que posee un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg).

Peso

Es la fuerza que se deriva de tener masa, específicamente la fuerza de atracción que un cuerpo celeste (como la Tierra) ejerce sobre un objeto. Su fórmula es P = Masa × Gravedad. Su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N).

El Universo y Nuestro Sistema Solar

Los planetas interiores del sistema solar son más pequeños que los planetas exteriores, poseen una mayor cantidad de rocas, rotan más rápidamente y son más calurosos. Los planetas más grandes tienden a tener más satélites. La Tierra tarda aproximadamente 1 día en dar una vuelta sobre su propio eje (movimiento de rotación) y 365 días en completar una órbita alrededor del Sol (movimiento de traslación).

La Materia: Composición y Propiedades

Definición de Materia

La Materia es aquello que ocupa espacio, posee volumen y podemos percibir. En el vacío, por definición, no hay materia. La materia se puede dividir, pero no es continua, ya que se puede llegar a su unidad mínima: el átomo. Existen aproximadamente 100 tipos de átomos que se combinan entre sí. En el núcleo del átomo se encuentran los protones y los neutrones.

La Molécula de Agua (H₂O) y sus Estados

La molécula de agua (H₂O) mantiene su composición en sus diferentes estados (sólido, líquido, gaseoso):

• En el hielo (estado sólido), las moléculas están fuertemente unidas por enlaces.
• En el líquido, las moléculas son más flexibles, se mueven y fluyen entre sí, manteniendo una cohesión.
• En el gas, las moléculas tienen una gran libertad de movimiento y están muy dispersas.

Propiedades Fundamentales de la Materia

Propiedades Intensivas

No dependen de la cantidad de materia que tengamos (ej. densidad, temperatura de ebullición).

Propiedades Extensivas

Sí dependen de la cantidad de materia que tengamos (ej. masa, volumen).

Temperatura

La Temperatura se relaciona directamente con la velocidad de las partículas de una sustancia. A mayor temperatura, mayor movimiento de las partículas; a menor temperatura, menor movimiento.

Tipos de Fuerza

Además de la definición general de fuerza, podemos clasificarla en:

• Fuerzas de contacto: Requieren contacto físico entre los objetos.
• Fuerzas a distancia: Actúan sin necesidad de contacto físico (ej. gravedad).

Las Fuerzas fundamentales del universo son:

• Gravitatoria
• Electromagnética
• Nuclear fuerte
• Nuclear débil

Formas de Transferencia de Energía

La energía puede transferirse de diversas maneras:

• Conducción: Transferencia de calor a través del contacto directo.
• Convección: Transferencia de calor por el movimiento de fluidos.
• Radiación: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas.

Volumen

El Volumen es la medida del espacio ocupado por un cuerpo. Se relaciona con la masa y la densidad (V = m/D).