Fundamentos de la Física: Movimiento Ondulatorio, Leyes de la Termodinámica y Gases Ideales

Movimiento Ondulatorio: Propagación y Tipos de Ondas

Clasificación de Ondas

Onda Transversal

Una onda en la que la perturbación es perpendicular a la dirección de propagación (ejemplo: una cuerda tensa).

Onda Longitudinal

La perturbación es paralela a la dirección de propagación (ejemplo: ondas sonoras).

Velocidad de las Ondas

Depende de las propiedades del medio y es independiente del movimiento de la fuente de las ondas.

Onda Periódica y Armónica

Si una onda periódica se mueve a lo largo de un medio, cada punto del medio oscila con el mismo periodo.

Longitud de Onda (λ)

Es la distancia mínima recorrida en el espacio hasta que la función de onda se repite (distancia entre crestas consecutivas).

Fenómenos Ondulatorios Específicos

Tipos de Ondas Físicas

• Ondas Sonoras: Ondas longitudinales que requieren un medio material para propagarse.
• Ondas Electromagnéticas (OEM): Incluyen la luz visible, rayos X, rayos gamma, microondas, etc. Solo difieren en su longitud de onda y frecuencia. Viajan a través del vacío con la velocidad de la luz: $c = 3 \times 10^8 \text{ m/s}$.

Difracción

Fenómeno que ocurre cuando una onda se encuentra un obstáculo o abertura y tiende a rodearlo. Este comportamiento del frente de onda se denomina difracción.

Ondas Ultrasónicas

Las ondas sonoras con frecuencias mayores a $20,000 \text{ Hz}$ se denominan ultrasónicas.

Efecto Doppler

Ocurre cuando un foco productor de ondas y un receptor se están moviendo uno respecto al otro. La frecuencia observada por el receptor no es la misma que la emitida por el foco:

• Si se están acercando entre sí, la frecuencia observada es mayor que la del foco.
• Si se están alejando, la frecuencia observada es menor que la del foco.

Termodinámica: Leyes Fundamentales y Transferencia de Energía

Principios de la Termodinámica

Principio Cero de la Termodinámica

Establece que si dos objetos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

Ley de los Gases Ideales

Describe el comportamiento de un gas ideal mediante la relación $PV = nRT$.

• Si se comprime un gas manteniendo su temperatura constante, la presión crece.
• Si el gas se expande, la presión decrece (relación descrita por la Ley de Boyle: $PV = \text{cte}$).

Capacidad Calorífica y Calor Específico

La Capacidad Calorífica ($C$) es la cantidad de energía transferida por calentamiento necesaria para aumentar un grado la temperatura de la sustancia.

El Calor Específico ($c$) es la capacidad calorífica por unidad de masa.

Equivalencia: $1 \text{ cal} = 4.18 \text{ J}$.

Primer Principio de la Termodinámica

Establece que la suma del calor ($Q$) añadido al sistema más el trabajo ($W$) realizado sobre él es igual a la variación de la energía interna ($\Delta U$) del sistema.

$$\Delta U = Q + W$$