Manual de Física elemental: Conceptos, fundamentos y ejercicios

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Contents

  1. Temario de Física
  2. ¿Qué es la física?
  3. Descargar Manual de Física elemental: Conceptos, fundamentos y ejercicios, Miguel D'Addario
  4. Física para principiantes

La variación de energía de un sistema es igual en magnitud al trabajo requerido para llevar al sistema desde un estado inicial al estado actual. El estado inicial es totalmente arbitrario. Si en una región del espacio existe un campo de fuerzas conservativo, entonces el trabajo requerido para mover una masa cualquiera desde un punto de referencia, usualmente llamado nivel de tierra y otro es la energía potencial del campo.

Por definición el nivel de tierra tiene energía potencial nula. Es igual en magnitud al trabajo requerido para llevar la partícula al estado en el que se encuentra. Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades.

En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complemetarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo. Para calcular el trabajo a lo largo de toda la trayectoria basta con integrar entre los puntos inicial y final de la curva.

Temario de Física

También se llama trabajo a la energía usada para deformar un cuerpo o, en general, alterar la energía de cualquier sistema físico. Es una magnitud de gran importancia para establecer nexos entre las distintas ramas de la física. Trabajo y energía son conceptos que empezaron a utilizarse cuando se abordó el estudio del movimiento de los cuerpos. En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema internacional SI es el vatio W , el cual es equivalente a un julio por segundo. El concepto de campo en física se refiere a una magnitud que presenta cierta variación sobre una región del espacio.

Históricamente fue introducido para explicar la acción a distancia de las fuerzas de gravedad, eléctrica y magnética, aunque con el tiempo su significado se ha extendido substancialmente. En física el concepto surge ante la necesidad de explicar la forma de interacción entre cuerpos en ausencia de contacto físico y sin medios de sustentación para las posibles interacciones. La acción a distancia se explica, entonces, mediante efectos provocados por la entidad causante de la interacción, sobre el espacio mismo que la rodea, permitiendo asignar a dicho espacio propiedades medibles.

La energía potencial puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Posee un cuerpo en función de la posición que ocupa. La energía potencial puede definirse solamente cuando la fuerza es conservativa , es decir que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:.

Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes es decir que cualquiera de ellas implica la otra. En estas condiciones, la energía potencial se define como. De la definición se sigue que si la energía potencial es conocida, se puede obtener la fuerza a partir del gradiente de U:. También puede recorrerse el camino inverso: suponer la existencia una función energía potencial y definir la fuerza correspondiente mediante la fórmula anterior. Se puede demostrar que toda fuerza así definida es conservativa.

Evidentemente la forma funcional de la energía potencial depende de la fuerza de que se trate; así, para el campo gravitatorio o eléctrico el resultado del producto de las masas o cargas por una constante dividido por la distancia entre las masas cargas , por lo que va disminuyendo a medida que se incrementa dicha distancia. Por tanto la variación de la energía potencial gravitatoria al desplazarse un cuerpo de masa m desde una altura h 1 hasta una altura h 2 es:. Dado que la energía potencial se anula cuando la distancia es infinita, frecuentemente se asigna energía potencial cero a la altura correspondiente a la del suelo, ya que lo que es de interés no es el valor absoluto de V , sino su variación durante el movimiento.

¿Qué es la física?

Un impulso se calcula como la integral de la fuerza con respecto al tiempo. En un sistema aislado en el cual las fuerzas externas son cero, el momento lineal total se conserva. Al sistema o conjunto de partículas, que cumple esta ley se le llama Sistema inercial:. A esto se le conoce como conservación de momento. Hay que resaltar que cuando Newton describió su Segunda Ley, en la que se describe qué es una fuerza, lo hizo derivando el momento lineal.


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Llegó a la conclusión de que para variar el momento lineal de una partícula, habría que aplicarle una fuerza. Finalmente, en la interacción entre dos cuerpos, si el momento ha de conservarse el cambio de momento de uno de los cuerpos debe ser el negativo del cambio de momento del otro. Su energía cinética de traslación es aquella que posee este cuerpo por el mero hecho de encontrarse su centro de masas en movimiento. Ésta viene dada por la expresión:.

Su energía cinética de rotación es aquella que posee este cuerpo por el mero hecho de encontrarse en movimiento circular respecto a su propio centro de masas.

Descargar Manual de Física elemental: Conceptos, fundamentos y ejercicios, Miguel D'Addario

Así, como hemos visto, un cuerpo no solo posee energía cinética por su velocidad lineal de traslación, si no que también posee energía debido a su movimiento de rotacion con respecto a su centro de masas. En física el campo gravitatorio o campo gravitacional es un campo de fuerzas que representa la fuerza gravitatoria. En física newtoniana, el campo gravitatorio es un campo vectorial conservativo cuyas líneas de campo son abiertas. Sus unidades son, por lo tanto, las de una aceleración, m s Ejemplo: el movimiento de un planeta se puede describir como el movimiento orbital del planeta en presencia de un campo gravitatorio creado por el Sol.

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Los campos gravitatorios son aditivos. Es decir el campo gravitatorio creado por una distribución de masa es igual a la suma de los campos creados por sus diferentes elementos. La naturaleza conservativa del campo permite definir una energía potencial gravitatoria tal que la suma de la energía potencial y energía cinética del sistema es una cantidad constante. De la definición de trabajo se puede calcular el trabajo ejercido por la fuerza gravitatoria de atracción de dos masas.

Para ello realizaremos la integral a lo largo de la línea que une los centros de ambas masas. Se entiende que una fuerza es conservativa cuando el trabajo realizado por la misma entre dos puntos cualesquiera, no depende de la trayectoria seguida. Para que una fuerza sea conservativa ha de poder escribirse como el gradiente de un escalar. Para demostralo supongamos que sea posible, entonces. Para la gravedad si recordamos el resultado para una trayectoria particular podremos ver una posible forma el potencial de la fuerza gravitatoria.

Johannes Kepler basó sus leyes en los primero estudios de Copérnico, quien fórmulo el modeo heliocentrico. La diferencia fue que Kepler, concluye que las órbitas de los planetas son elípticas con el Sol en uno de sus focos. El centro de gravedad C. En física, el entronice, el centro de gravedad y el centro de masas pueden, bajo ciertas circunstancias, coincidir entre sí.

El centroide es un concepto puramente geométrico, mientras que los otros dos términos se relacionan con las propiedades físicas de un cuerpo. Para que el centroide coincida con el centro de masas, el objeto tiene que tener densidad uniforme, o la distribución de materia a través del objeto debe tener ciertas propiedades, tales como simetría. Para que un centro de coincida con el centro de gravedad, el entronice debe coincidir con el centro de masas de un cuerpo u objeto, y éste debe estar bajo la influencia de un campo gravitatorio uniforme.

Para la resolución de problemas aquellos en los que el equilibrio se puede alcanzar con distintas combinaciones de esfuerzos es necesario considerar ecuaciones de compatibilidad. Un sólido rigido esta formado por un conjunto de masas puntuales cuyas posiciones relativas entre sí no varían en el tiempo.

En el apartado de discusión del principio de conservación del momento angular se define el momento angular como:. Sustituyendo en la expresión del momento angular total se llega a la expresión:. Considerse el trabajo para desplazar el cuerpo de un punto 1 a otro 2 por un camino S1 y de nuevo a A por S2. Por la hipótesis de campo conservativo el trabajo total ha de anularse. Calculemos la deriva parcial respecto a x de la funcion energía pontencial, para ello consideremos un pequeño desplazamiento en dicha dirección.

Física para principiantes

Las condiciones de equilibrio en un campo de fuerzas implican que la fuerza se anula en el punto y tiene derivadas parciales negativas. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Por tanto esta fuerza resultante se compone de la fuerza normal perpendicular a las superficies en contacto y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto. En el movimiento de un automóvil la fuerza de rozamiento es la responsable de mover el auto hacia adelante y en este caso acompaña al movimiento.

El auto no puede ejercer fuerza sobre si mismo. El primero es aquel que impide que un objeto inicie un movimiento y es igual a la fuerza neta aplicada sobre el cuerpo, solo que con sentido opuesto ya que impide el movimiento. El segundo es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó.

Para cualquier fuerza que cumpla con la expresión. Rotación es el movimiento de cambio de orientación de un cuerpo extenso de forma que, dado un punto cualquiera del mismo, este permanece a una distancia constante de un punto fijo. En un espacio tridimensional, para un movimiento de rotación dado, existe una línea de puntos fijos denominada eje de rotación.


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Otras unidades que se pueden utilizar son Hercios ciclos por segundo o revoluciones por minuto rpm. La rotación es una propiedad vectorial de un cuerpo. El vector representativo de la velocidad angular es paralelo a la dirección del eje de rotación y su sentido indica el sentido de la rotación siendo el sentido horario negativo y el sentido antihorario positivo.

En ocasiones se utiliza también la frecuencia como medida escalar de la velocidad de rotación. El período es el inverso de la frecuencia y representa el tiempo que se tarda en dar una revolución completa. Período y frecuencia se representan respectivamente como:.

La matriz de transformación tiene la propiedad de ser una matriz unitaria, es decir, es ortogonal y su determinante es 1.


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Sea un vector A en el plano cartesiano definido por sus componentes x e y , descrito vectorialmente a través de sus componentes:. La operación de rotación del punto señalado por este vector alrededor de un eje de giro puede siempre escribirse como la acción de un operador lineal representado por una matriz actuando sobre el vector multiplicando al vector. En dos dimensiones la matriz de rotación para el vector dado puede escribirse de la manera siguiente:. Uno de los tipos de movimiento con los que nos encontramos son movimientos repetitivos en los que la posición del objeto que se se muevo vuelve a su posición original.

Para definirlo consideremos un segmento de longitud constante que barre la superficie de un círculo. En el caso estudiado de un partícula que describe un movimiento circular se puede determinar la velocidad lineal como. La descripción de dicho vector unitario y el vector unitario radial en coordenadas cartesianas es. Para producir una variación en el momento angular es necesario actuar sobre el sistema con fuerzas que ejerzan un momento de fuerza.