Movimiento Armónico Simple y Termodinámica: Conceptos Fundamentales

Movimiento Armónico Simple (MAS)

El MAS se produce cuando las fuerzas son proporcionales al desplazamiento. Es un movimiento periódico, es decir, se repite cada cierto tiempo las posiciones, velocidades y aceleración.

Ecuación general: a + ω²x = 0

Donde:

• a = aceleración
• ω = pulsación o frecuencia angular (rad/s)
• x = elongación (distancia en cada instante a la posición de equilibrio)

Normalmente son fuerzas recuperadoras, es decir, se oponen a la causa que las produce.

Ecuaciones del MAS:

• x(t) = A ⋅ sen(ωt + φ₀)
• v(t) = A ⋅ ω ⋅ cos(ωt + φ₀)
• a(t) = -A ⋅ ω² ⋅ sen(ωt + φ₀)

Energía Mecánica:

• E_m = Ec + Ep
• Ec = ½ ⋅ k ⋅ (A² - x²)
• Ep = ½ ⋅ k ⋅ x²
• Em = ½ ⋅ k ⋅ A²

Termodinámica

Es la parte de la física que estudia los cambios de energía en los procesos.

Proceso: cualquier transformación que tiene lugar en un sistema. Algunos tipos son:

• Isotermo (temperatura = cte)
• Isobárico (presión = cte)
• Isocórico (volumen = cte)
• Adiabático (ocurre sin intercambio de calor con el exterior, p ⋅ v = cte)

Sistema: parte que es objeto del estudio.

Tipos de sistemas:

• Abiertos (permiten el intercambio de energía y materia)
• Cerrados (permiten el intercambio de energía, pero no de materia)
• Aislados (no permiten el cambio de energía ni de materia)

Alrededores: es lo que rodea al sistema.

Universo: es la suma del sistema y los alrededores.

El Calor

El calor es energía en tránsito. Puede producir 3 efectos:

1. Modificador de la temperatura (calor sensible): Q = m ⋅ C ⋅ ΔT, donde ΔT = temperatura final - temperatura inicial.
2. Cambio de estado (calor latente): Q = m ⋅ λ, donde λ = valor del calor latente.
3. Cambio de volumen (dilatación térmica): el calor produce un aumento del tamaño. 3 tipos: lineal, volumétrica y superficial.

Equilibrio Térmico

Se da cuando dos cuerpos de distinta temperatura entran en contacto. Se cumple que el calor pasa del cuerpo más caliente al más frío. Al finalizar, se cumple que: Q_cedido = Q_absorbido (en valor absoluto, siempre positivo).

Primer Principio de la Termodinámica

Es imposible realizar un trabajo sin gastar una cantidad equivalente de calor. Equivale al principio de conservación de la energía.

Segundo Principio de la Termodinámica

No se puede construir una máquina que realice trabajo cíclicamente pasando calor de un foco frío a uno caliente.

ΔS_universo ≥ 0. "El universo tiende al caos". S = entropía (variable termodinámica que mide el grado de desorden de un sistema).

ΔS = ∫dQ/T

Tercer Principio de la Termodinámica

El cero absoluto es inalcanzable.