30 abr. 2010

FÍSICA.

La física es una ciencia que estudia las propiedades del espacio, tiempo, materia y la energía así como sus interacciones.


MECÁNICA CLÁSICA.

Se conoce como mecánica clásica a la descripción del movimiento de cuerpos macroscopicos a velocidades muy pequeñas en comparación a la velocidad de la luz.


ELECTROMAGNETISMO.

El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos.


RELATIVIDAD.

La relatividad es la teoría formulada principalmente por Albert Einstein a principios del siglo XX, y se divide en dos cuerpos de investigación, la relatividad especial y la relatividad general.


TERMODINÁMICA Y MECÁNICA ESTADÍSTICA.

La termodinámica trata los procesos de transferencia de calor, que es una de las formas de energía, y como se puede realizar un trabajo con ella.


MECÁNICA CUÁNTICA:

La mecánica cuántica es la rama de la física que trata los sistemas atómicos y subatomicos, y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades observables.

UNIDADES BÁSICAS.

MAGNITUD FÍSICA.
UNIDAD BÁSICA.
SÍMBOLO.


Longitud.
Metro.
M.

Masa.
Kilogramo.
Kg.

Tiempo.
Segundo.
S.

Intensidad de corriente eléctrica.
Ampére.
A.

Temperatura.
Kelvin.
K.

Cantidad de sustancia.
Mol.
Mol.

Intensidad luminosa.
Lumen.
Lm.

UNIDADES DERIVADAS.

MAGNITUD FÍSICA.
NOMBRE DE LA UNIDAD.
SÍMBOLO DE LA UNIDAD.


Frecuencia.
Herzio.
Hz.

Fuerza.
Newton.
N.

Presión.
Pascal.
Pa.

Energía, Trabajo, Calor.
Joule.
J.

Potencia.
Watt.
W.

Carga Eléctrica.
Coulomb.
C.

Potencial eléctrico.
Volt.
V.

Resistencia Eléctrica.
Ohm.
Ω.

Capacitancia Eléctrica.
Faraday.
F.

Inducción Magnética.
Tesla.
T.

Temperatura Termodinámica.
Celcius.
°C.

POTENCIAS DE 10.

POSITIVAS:

10^0 = 1

10^1 = 10

10^2 = 100

10^3 = 1000

10^4 = 10000


NEGATIVAS:

10^-1 = 0.1

10^-2 = 0.01

10^-3 = 0.001

10^-4 = 0.0001

10^-5 = 0.00001

SUMA:

3x10^8 + 25000x10^4 = 3x10^8 + 2.5x10^8 = 5.5x10^8

0.0000251x10^-19 + 351x10^-19 = 25.1x10^-19 + 351x10^-19 = 376.1x10^-19 = 3.76x10-17

RESTA:

75x10^8 - 3.5x10^8 = 71.5x10^8 = 7.15x10^9

MULTIPLICACIÓN: Se suman los exponentes.

(0.2x10^-10)(7x10^-15) = 1.4x10^-25

(751x10^-20)(3x10^-7) = 2253x10^-13 = 2.253x10^-10

DIVISIÓN: Se restan los exponentes.

3x10^8/0.5x10^2 = 6x10^6

251x10^8/35x10^-3 = 7.1714x10^11


MOVIMIENTO.

En mecánica, el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición en el espacio que experimentan los cuerpos de un sistema con respecto a ellos mismos o a otro cuerpo que se toma como referencia.

La descripción y estudio del movimiento de un cuerpo exige determinar su posición en el espacio en función del tiempo. Para ello es necesario un sistema de referencia o referencial.


MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME:

Un movimiento es rectilíneo cuando el móvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula.

Se caracteriza por :

Movimiento que se realiza sobre una linea recta.

Velocidad constante; implica magnitud y dirección constantes.

La magnitud de la velocidad recibe el nombre de celeridad o rapidez.

Aceleración nula.


MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO.

Es aquel en que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.

PLANO INCLINADO.

El plano inclinado es una máquina simple que permite subir objetos realizando menos fuerza. Para calcular la tensión de la cuerda que equilibra el plano, descomponemos las fuerzas y hacemos la sumatoria sobre cada eje. Es recomendable girar el sistema de ejes de tal forma que uno de ellos quede paralelo al plano. Con esto se simplifican las cuentas ya que la sumatoria de fuerzas en X tiene el mismo ángulo que la tensión que lo equilibra.

Plano Inclinado

PLANO INCLINADO.

VECTORES.

Un vector es utilizado para representar una magnitud física el cual necesita de un modulo y una dirección para quedar definido.

TIPOS DE VECTORES:

Según los criterios que se utilicen para determinar la igualdad de dos vectores, pueden distinguirse distintos tipos de los mismos:

VECTORES LIBRES: no están aplicados en ningún punto en particular.
VECTORES DESLIZANTES: su punto de aplicación puede deslizar a lo largo de su recta de acción.
VECTORES FIJOS O LIGADOS: están aplicados en un punto en particular.

Podemos referirnos también a:


VECTORES UNITARIOS: vectores de módulo unidad.
VECTORES CONCURRENTES: sus rectas de acción concurren en un punto propio o impropio (paralelos).
VECTORES OPUESTOS: vectores de igual magnitud, pero dirección contraria.
VECTORES COLINEALES: los vectores que comparten una misma recta de acción.
VECTORES COPLANARIOS: los vectores cuyas rectas de acción son coplanarias (situadas en un mismo plano).


MÉTODO DEL POLÍGONO:

Consiste en dibujar a una escala adecuada los vectores que se desean adicionar conservando su modulo, dirección y sentido. Uniendo el origen del primero con el extremo del ultimo obtendrá el vector suma.

LEYES DE NEWTON.

PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA:

Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado.

Un cuerpo no puede cambiar por si solo su estado inicial, a menos que se aplique una fuerza sobre él. Newton toma en cuenta que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción.

EJEMPLO: Un niño toma su auto favorito y le da una fuerza inicial y nota que el auto no tarda en detenerse, después decide hacerlo en una superficie recién encerada, el niño se da cuenta que se demoro mucho mas. Imaginemos una superficie muy bien pulida y sin roce del viento, el auto podría tener su velocidad constante hasta el infinito o hasta que una fuerza externa haga que se detenga o modifique su movimiento.


SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la linea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Si actúa una fuerza sobre un cuerpo en movimiento; la fuerza modificara el estado e movimiento, cambiando la velocidad en modo o dirección.

EJEMPLO: Fuerza con que la tierra atrae un cuerpo. Un cuerpo que cae libremente experimenta una aceleración que actúa hacia el centro de la tierra.


TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN.

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas.

Para cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo; es decir, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

EJEMPLO: Cuando dos autos chocan, los cuales instantáneamente se separan y se dirigen en direcciones opuestas.

TERMODINÁMICA.

La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas a un nivel macroscópico. Explica los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA:

Establece que si un sistema esta en equilibrio térmico con otro sistema y este ultimo sistema esta en equilibrio con otro sistema diferente del primero, entonces este y el primero están en equilibrio térmico, en pocas palabras, la energía de dos cuerpos se intercambia hasta que su temperatura sea igual a la ambiental.


TEMPERATURA:

Es una magnitud referida a las nociones comunes del caliente o frió. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

Esta relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como energía sensible, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta mas caliente, es decir, que su temperatura es mayor.

La temperatura se puede definir como la cuantificacion de la actividad molecular de la materia.

La temperatura se puede medir con termómetro, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura.


ESCALAS DE TEMPERATURA:

En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala Celsius, la escala Farenheit, la escala Kelvin y la escala Rankine o escala termodinámica internacional. En la escala Celcius, también conocida como escala centígrada, el punto de congelación del agua equivale a 0°C y su punto de ebullición a 100°C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo científico. La escala Farenheit se emplea en los países anglosajones para medidas no científicas y en ella el punto de congelación del agua se define como 32°F y su punto de ebullición como 212°F. En la escala Kelvin, la escala termodinámica de temperatura mas empleada, el cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, -273.15°C. La magnitud de su unidad, llamada Kelvin y simbolizada por K se define como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto mas bajo es la escala Rankine, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Farenheit. En la escala Rankine el punto de congelación de agua equivale a 492°R, y su punto de ebullición a 672°R.


TEMPERATURAS ABSOLUTAS:

Es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala iniciada en el cero absoluto, se trata de uno de los parámetros principales empleados extensamente en termodinámica y medicina estadística. En el sistema internacional de unidades se representan en Kelvin con el símbolo K.


PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Se postula a partir del siguiente hecho experimental:

En un sistema cerrado adiabatico que evoluciona de un estado inicial a otro estado final, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido.

La variación de energía es igual al intercambio de calor y trabajo.



CALOR:

Transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura. La energía térmica puede ser generada por reacciones químicas, reacciones nucleares, disipación electromagnética por disposición mecánica.

El calor siempre se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentra a diferentes temperaturas y el flujo de calor siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.

El calor puede transferirse por diferentes mecanismos, la radiación, la conducción y la convección, aunque la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en menor o mayor grado.

El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entrono depende del tipo de transformación que se efectué sobre ese cuerpo y por lo tanto depende del camino. los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.

Las unidades de medida de calor son calorías o kilo-calorías y joules.


La transmisión de calor se da de diferentes maneras, como se había mencionado antes, estas son:

CONDUCCIÓN: Se da por contacto directo entre dos cuerpos.


CONVECCIÓN: Solo se produce en fluidos, implica movimiento de volúmenes de fluido.


RADIACIÓN: Se transmite a través de ondas electromagnéticas.


ENERGÍA:

Capacidad para realizar un trabajo.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

La energía se manifiesta en los cambios físicos y en los cambios químicos.

La energía no es un estado físico real, ni una sustancia intangible sino solo una magnitud escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos.


TRABAJO TERMODINÁMICO Y MECÁNICO:

El trabajo termodinámico es una magnitud escalar que depende del modulo de una fuerza aplicada sobre un punto material y el desplazamiento que esta le produce.

El trabajo mecánico se da cuando una fuerza que actúa sobre el sistema hace que este se mueva una cierta distancia.

29 abr. 2010

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.

"La cantidad de entropia de cualquier sistema aislado termodinamicamente tiende a incrementarse con el tiempo". Mas sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrando interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
En general afirma que las diferencias entre un sistema y sus alrededores tiende a igualarse.

ENTROPIA:

Describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. La entropia (s) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se da de forma natural.


MAQUINA DE CARNOT Y CICLO DE CARNOT:

La maquina de Carnot, es una maquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo, en ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso ciclico de expansion y contraccion entre dos temperaturas. el ciclo termodinámico utilizado se denomina Ciclo de Carnot.

El funcionamiento de la maquina de Carnot es:

EXPANSIÓN ISOTÉRMICA: El gas ocupa el volumen mínimo a la temperatura (t2) y a presión alta. Se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura (t2) haciendo que el gas se expanda. Al expandirse el gas tiende a enfriarse pero absorbe calor de t2 y mantiene su temperatura constante.

EXPANSIÓN ADIABATICA: Esta hace que el gas se enfrié hasta alcanzar exactamente la temperatura t1 en el momento en que el pistón alcanza el puto máximo de su carrera y el gas alcanza su volumen máximo.

COMPRESIÓN ISOTÉRMICA: Se pone en contacto con el cilindro la fuente de calor de temperatura t1 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría.

COMPRESIÓN ADIABATICA: La fuente t1 se retira en el momento adecuado para que durante el resto de la compresión el gas eleve su temperatura hasta alcanzar exactamente el calor t2 al mismo tiempo que el volumen del gas alcanza su valor mínimo.

A todo lo anterior se le llama ciclo de Carnot.

Que en general se puede decir que trabaja absorbiendo una cantidad de calor q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.


EFICIENCIA DE UNA MAQUINA DE CARNOT Y DE UNA MAQUINA TÉRMICA:

La maquina térmica depende entre que temperaturas trabaje, ya que esto es fundamental.

Lo mas importante es que esto junto con las características de fabricación de dicha maquina hace que se produzcan determinadas perdidas de calor, que producen una disminución de la eficiencia y por lo tanto la maquina no entrega el 100% de su rendimiento como seria en un caso ideal, sino que tiene un rendimiento mayor a de la llamada maquina de Carnot, que se determina en base a las temperaturas entre las cuales operaria dicha maquina, pero seria en condiciones también ideales para la fabricación de la maquina.

Por supuesto, existen consideraciones de diseño que impiden que las maquinas reales alcancen el rendimiento de la maquina de Carnot. Así, las indeseables perdidas de energía por fricción, conducción y radiación reducen drasticamente el rendimiento de las maquinas reales. Pero estas perdidas de rendimiento se pueden suprimir en parte mediante nuevos diseños, materiales mas avanzados o mejores lubricantes, haciendo que se acerque el rendimiento de la maquina real al de la maquina de Carnot.

GAS IDEAL.

Se denomina gas perfecto o ideal, a aquel que obedece exactamente las leyes de Boyle, en cualquier circunstancia. Un gas que se comporta exactamente como describe la teoría cinética, también se le llama gas perfecto. en realidad no existen gases ideales, pero en ciertas condiciones temperatura y presión, los gases tienden al comportamiento ideal.



VARIABLES TERMODINAMICAS.

Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las mas importantes en el estudio de la termodinámica son:

MASA: Magnitud escalar que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo, su unidad es el kilogramo (Kg).


VOLUMEN: Magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo, su unidad de medida puede ser el metro cubico (m^3) o el litro (lt). V=masa/densidad.


DENSIDAD: Magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, se simboliza con la letra griega p.


PRESIÓN: Magnitud física que mide la fuera por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie, se mide en pascales (Pa).


TEMPERATURA: Magnitud escalar relacionada con la energía interna de un termodinámico, referida a las nociones comunes de caliente o frió.