Fundamentos de la Física: Fuerza, Energía y Movimiento
Fundamentos de la Física
Fuerza
La fuerza es la acción capaz de alterar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo. Se define por un vector con cuatro elementos:
- Punto de aplicación: Punto en el eje de coordenadas donde se encuentra el cuerpo.
- Módulo: Longitud del vector (valor y unidad).
- Dirección: Recta que lo contiene (horizontal, vertical o diagonal).
- Sentido: Indicado por la flecha del vector (arriba, abajo, derecha o izquierda).
1N = 1Kg * 1m/s
Efectos de la Fuerza
Deformación
Las fuerzas pueden deformar los cuerpos:
- Rígidos: No se deforman al aplicarles una fuerza, generalmente se desplazan.
- Elásticos: Se deforman al aplicarles una fuerza, pero recuperan su forma inicial al cesar la fuerza.
- Plásticos: Se deforman al aplicarles una fuerza, pero no recuperan su forma inicial al cesar la fuerza.
Movimiento
Es el cambio de posición de un cuerpo respecto a un sistema de referencia al aplicarle una fuerza.
Vm = E/T
a = (Vf - V0) / t
Leyes de Newton
- 1ª Ley (Inercia): Si F=0, un cuerpo en reposo seguirá en reposo, o si se mueve a velocidad constante, seguirá así.
- 2ª Ley (Dinámica): Un cuerpo sometido a una fuerza se moverá en la misma dirección y sentido, proporcional a la fuerza. La constante de proporcionalidad es la masa (m = F/a, F = m*a, a = F/m).
Ley de la Gravitación Universal
Enunciada por Newton: dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
F = G * (m*m) / d² (Gtierra = 9,8 m/s²)
F = G * (Mtierra * m) / Rt²
Peso = m * g
Otros Tipos de Fuerza
- Eléctricas: Causadas por las cargas del cuerpo.
- Magnéticas: Se producen cuando un cuerpo entra en un campo magnético.
- Rozamiento:
Energía
La energía (Julio, J) es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. El trabajo es el producto de la fuerza sobre un cuerpo y el desplazamiento en la misma dirección de la fuerza (W = F * d).
- Si no hay desplazamiento, no hay trabajo.
- Si no hay fuerza, no hay trabajo.
- Si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares, no hay trabajo.
- Si hay ambos y van en el mismo sentido, hay trabajo.
Un Julio es la energía para realizar un trabajo con una fuerza de 1N y un desplazamiento de 1m (J = 1N * 1m).
Tipos de Energía
- Mecánica: Energía por la velocidad (cinética) o por estar en un campo gravitatorio (potencial). E.mecánica = E.cinética + E.potencial. E.cinética = 1/2 * mv². E.potencial = mgh.
- Eléctrica: Debida a las cargas del cuerpo.
- Térmica: Debida a la temperatura (movimiento de partículas).
- Nuclear: Debida al núcleo de los átomos.
- Química: Debida a las cargas de los átomos.
La energía térmica depende de:
- Temperatura: Mide la agitación de las partículas.
- Calor: Energía en tránsito de un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura.
Caloría: cantidad de calor para aumentar 1°C la temperatura de 1g de agua. El calor se puede transferir sin cambio de temperatura durante un cambio de estado.